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1、华东理工大学 20-20学年第学期化工热力学课程模拟考试试卷 A (答案)题序一二三四总分得分评卷人开课学院：化工学院，专业：化学工程与工艺 考试形式：闭卷，所需时间： 120 分钟考生姓名：学号：班级：任课教师：一、是非题共 24 分，每题 2 分，对的打，错的打1. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。()2. 纯物质的三相点随着所处压力的不同而转变。()3. 用一个相当准确的状态方程，就可以计算全部的均相热力学性质随着状态的变化。()4. 气体混合物的Virial 系数，如B，C，是温度和组成的函数。()5. 在肯定压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是一样的，且等于沸点。()6.
2、对于抱负溶液，全部的混合过程性质变化均为零。()7. 在二元系统的汽液平衡中, 假设组分 1 是轻组分，组分 2 是重组分，假设温度一定，则系统的压力随着 x的增大而增大。()1 (nH ) H 8. 偏摩尔焓的定义可表示为 Hi = n= x 。()iT , p , nj i iT , p , nj i 9Gibbs-Duhem 方程可以用来检验热力学试验数据的全都性。()10自然界一切实际过程总能量守恒，有效能无损失。()11能量衡算法用于过程的合理用能分析与熵分析法具有一样的功能。()12当化学反响到达平衡时，反响的 Gibbs 自由焓变化值DG 等于零。 ()二、单项选择题共 20 分
3、，每题 2 分1. 指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则物质的状态为：D(A) 饱和蒸汽； (B) 超临界流体；(C) 压缩液体；(D) 过热蒸汽2. 单元操作的经济性分析中，功消耗用和以下哪个因素有关 C。(A) 抱负功；(B) 有效能；(C) 损耗功；(D) 环境温度3. 一流体从状态 1 分别经受可逆过程 R 与不行逆过程 NR 到达状态 2，两个过程的环境状态一样，则过程 R 的抱负功比过程 NR 的抱负功要： A(A) 相等；(B) 大；(C) 小；(D) 不确定4. 由混合物的逸度的表达式G = Gig + RT ln f 知， G ig 的状态为： Biiii
4、(A) 系统温度， p = 1 的纯组分 i；(B) 系统温度、 p = 1 的纯组分 i 的抱负气体状态；(C) 系统温度，系统压力的纯组分 i 的抱负气体状态；(D) 系统温度，系统压力，系统组成的温度的抱负混合物。5. 对抱负溶液的性质，以下说法描述不正确的选项是：C(A) G id - Gii= RT ln xi(B) Gi- G idi= RT lngi(C) DS = S E(D)DH = H E6. a 、 b 两相到达平衡，系统的热力学性质表述中错误的选项是 A。(A)Ga = G b(B)f a = f b(C) T a = T b(D)pa = p bii7. 气液平衡计算
5、关系式 py j = g x psjs exp p V Lidp ，(i=1, 2,N)，在中压时，iii iiips RTi上式可简化为 B。(A) py j V Ljg=xs exp()p - ps(B) py j= g xpsjsiiii ii RTiiii iii(C) pyi= x ps(D)pyiii= g x psi ii8. 某封闭体系经受一不行逆过程，系统所做的功和排出的热量分别为 100kJ 和45kJ，问系统的熵变 D。(A) 小于零(B) 大于零(C) 等于零(D) 说不清楚9. 合理地评价化工过程能量综合利用所承受的方法是 C。(A) 热力学第肯定律；(B) 热力学其
6、次定律；(C) 热力学第肯定律与其次定律(D)热力学第三定律2210. 反响H S + 2H O 3H+ SO ，初始物质含量 H S 为 1mol，H O 为 3mol。2222dni当反响进度为e 时，SO2 的摩尔分数为 A： ni= de (A)(C)e4 + ee7 + e(B)(D)1 - e5 + e3e7 + e三、计算题 50 分18 分用 PR 方程计算正丁烷在 50下饱和汽相摩尔体积。：(1) PR 方程为 p =RT-a，其中：a = aca (T )rV - bV 2 + 2bV - b2R2T 2a= 0.457235ccpca(T )r= 1+ (0.37646
7、+1.54226w - 0.26992w2 )(1- T 0.5 )rcb = 0.077796 RT。pc(2) 可供参考的迭代关系式为：RTV (k +1) = b +，初值可选用抱负气体计算。p +aV (k )2 + 2bV (k ) - b2(3) 正丁烷的蒸汽压方程为 ln ps = 6.8146 -2151.63T - 36.24，各物理量单位：ps /MPa，T/K；临界参数为： Tc= 425.4K ， pc= 3.797MPa ， w = 0.193解：1由ln ps = 6.8146 -T323.152151.63= -0.68472 ps = 0.504(MPa)323
8、.15 - 36.242Tr= 0.75964T425.4cR2T 2(8.314 425.4)2()a= 0.457235ca(c= 0.457235pc3.797)(= 1.50631106MPa cm6 mol -2)= 1+0.37646 +1.54226w - 0.26992w2(1- T 0.5r) ()= 1+ 0.37646 +1.54226 0.193 - 0.26992 0.1932= 1.08528a (Tr )= 1.17784 1- 0.759640.5a = a(ca (Tr)= 1.50631106 1.17784 = 1.7742 106 (MPa cm6 mo
9、l-2 )cb = 0.0777996 RTpc= 0.077796 8.314 425.4 = 72.463.797cm3 mol-1 )V (k +1) = b +RTps +a= 72.46 +0.504 +V (k )2 + 2bV (k ) - b28.314 323.151.7742 106= 72.46 +0.504 +V (k )2V ( k )2+144.92V ( k ) - 5250.45 2686.66911.7742 106+144.92V ( k ) - 5250.4516取V (0)= RT = 8.314 223.15 = 5330.69(cm3 mol-1)为
10、初值ps0.504()(则，V (1) = 4829.36 ，V (2) = 4721.71，V (3) = 4694.86 ，V (4) = 4687.93V (5)= 4686.13 ，V(6)= 4685.7cm3 mol-1， V V m= 4685.7cm3 mol-1 )2 8分 某二元混合物， 在肯定的温度和压力下， 其逸度表达式为ln f = a + bx1+ cx 2 ，a，b，c 为常数，试求： 111 f, f2；2ln g，ln g1。二组分均以 Lewis-Randall 规章为标准态逸度。2 f (n ln f )： 偏摩尔量与摩尔量之间的关系为： lni= iix
11、 nfT , p,n；j i g=i(组分 i 的标准状态 f Q 是以 Lewis-Randall 规章为基准)。if xiii1解： n ln f = na + bn + c n 21n na + bn+ c n2 1f (n ln f )1 1n 2n n - n 2ln( 1 ) = = = a + b + c 11 xn11nn2T , p,n2n2()= a + b + 2cx1- cx 2 = a + b + c12x - x 211同理得到： na + bn+ c n2 f (n ln f )n 11 n 2ln( 2 ) = =xnn= a - c 1 = a - cx 22
12、2T , p,n1n212n1 f ()ln f Q = lim ln 1 = lim a + b + c 2x - x 2 = a + b + c1x 1 x x 11111 1 f ()ln fQ = lim ln2 = lim a - cx 2= a2x 1 x x 1122 2f由于g=ii则：f xii f Q()()ln g= ln 1 - ln f= a + b + c 2x - x 2- a - b - c = c 2x - x 21x111111 f ln g= ln 2 - ln f Q = a - cx 2 - a = -cx 22x2112312 分丙酮(1)-甲醇(2
13、)二元系统在 98.66kPa 及 327.6K 时形成共沸物，其共沸组成 xaz = y az =0.796。设该二元系可承受 Van Laar 活度系数关联式。11（1） 试求 Van Laar 方程常数 A、A；1221（2） 试求该系统在 327.6K 时及 x1= 0.3 时的平衡压力及汽相组成 y1。此温度下的 ps = 95.39kPa,ps = 65.06kPa 。假设此系统符合低压汽液平衡关12系 py= p s x g(i = 1,2)，在共沸点时有 xaz= yaz 。iiiiiiVan Laar 活度系数关联式：ln g1=12AA x 2lng2=21AA x 21+
14、12 1 A x21 21+21 2 A x12 1其中方程参数可承受下式计算：xaz lng az 2xaz lng az 2A= 1+22 lng azA= 1+11 lng az12xaz lng az 121xaz lng az 21122解：1由共沸点数据知： p = psg1 1= psg，则22g =p =98.66= 1.034；g=p =98.66= 1.5161ps95.3912ps265.06活度系数承受 Van Laar 方程计算，其中的方程参数计算如下：xaz lng az 20.204ln1.516 2A= 1+22 lng az= 1+ ln1.034 = 0.5
15、8912xaz lng az 1110.796ln1.034 xaz lng az 2A= 1+ 11lng az = 1+ 0.796 ln1.034 ln1.516 = 0.718221xaz lng az 20.204 ln1.516 22（2） 当 x1= 0.3 时ln g1=12AA x=0.58921 + 0.589 0.3 2= 0.3224g1= 1.38lng1 +=12 1 AxA21 221=0.718 0.7 0.718= 0.0486g= 1.052A x21+ 0.718 0.7 221+ 21 2 0.589 0.3 A x12 1p = ps x g + ps
16、 x g1 1 12 2 2= 95.39 0.5 1.38 + 65.06 0.5 1.05 = 100.0 (kPa )ps x g95.39 0.5 1.38y =1 1 1 = 0.6581p100.0412 分753K、1.5MPa 的过热蒸汽推动透平机，并在0.07MPa 下排出。此透平机既不绝热也不行逆，过程的热量损失为 7.1kJ kg-1 蒸汽，初始状态下蒸汽的焓 、 熵 值 为 H1= 3426.7kJ kg-1 ， S1= 7.5182kJ kg-1 K-1 ， 在 0.07MPa ，S = 7.5182kJ kg-1 K-1 时蒸汽的焓值 H = 2674.2kJ kg
17、-1 ，实际由于过程的不行逆22性，出口乏汽H= 2780kJ kg-1 ， S= 7.7838kJ kg-1 K-1 ，试求：该过程对外实际 22输出的轴功W s，过程的损耗功W L 和热力学效率h II 。设环境温度为T Q=293K。已 知 ： 稳 流 过 程 的 热 力 学 第 一 定 律 D H = Q -Ws ； 热 力 学 第 二 定 律(m S )- (m S )+ D S+ D S= 0 ； 损 耗 功 W= T QD S， 理 想 功i i inj j outfgLgijWW= -DH + T QDS ，热力学效率hidII=s 。Wid解：以 1kg 蒸汽为计算基准，依据
18、热力学第肯定律： D H = Q -Ws()()(-1)则： Ws = -D H + Q = -H2 - H1 + Q = - 2780-3426.7- 7.1 = 639.6 kJ kg由热力学其次定律： -D Ssys+ Q + D S= 0T gD S= D S- Q = S - S -Q = (7.7838-7.5182)+ 7.1= 0.2898(kJ kg-1 K-1 )gsysT 21T 293W= T QD SLg= 293 0.2898 = 84.9 (kJ kg-1 )热力学效率WW639.6639.6h=s =SIIWW + W=100% = 88.3% 639.6 +
19、84.9724.5idSL或W= -DH + T QDS = (3426.7-2780 )+ 293 (7.7838 - 7.5182 )= 724.5 (kJ kg-1 ) idWh=SIIWid= 639.6 100% = 88.3%724.5510 分某制冷机承受氨作为制冷剂，制冷力量为60000 kJ h-1 ，蒸发温度为-15，压缩机在绝热可逆下操作，压缩后蒸汽冷凝温度为 30，承受节流膨胀阀，试计算：1） 制冷剂每小时的循环量， kg h-1 ；2） 压缩机消耗的功率， kW ；3） 该循环的制冷系数；4该循环作逆 Carnot 循环的制冷系数。23L14：题 5 附图中的各状态点
20、参数为T1： H1= 1661kJ kg-1 ；2： H2= 1891.17kJ kg-13： H= 560.66kJ kg-1 ；L： H= 351.46kJ kg-1 。3L-WsL制冷系数x =Q， x=CT。LT- THL解： H= H= 560.66kJ kg-143QQ60000()m =t =tQH - H= 54.53 kg h-11661 - 560.66L1-mWN4m(H- H )54.53 (1891.17 -1661)题 5 附图S()=s =21= 3.49 kWT360036003600QH - H1661- 560.66x = - L=14 = 4.78WH-
21、Hs211891.17 -1661T273.15 -15x=L= 5.74CT- THL30 - (-15)四、推导与证明题 6 分依据热力学根本方程及Maxwell关系式，导出等熵膨胀系数计算式为：= T m p ST V =cT，并说明为什么任何气体在等熵膨胀下总是温度降低的，Spp得到冷效应。热力学根本方程为： dU = TdS - pdV ;dH = TdS + Vdp;dA = -SdT - pdV ; dG = -SdT + Vdp 。解： S = S (T , p) 得： dS = (S T ) dT + (S p ) dp 则：pT(S p )(S T )T T m= -SpSp H S S 1 H c由于dH = TdS + Vdp 则： = T =p T p T pT pT T Tp又dG = -SdT + Vdp 则： S = - V m= T V Sc T p p T T pp TQ c 0;T 0; Vp 0 ms 0Q dp 0 DT 0 即：T T21