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1、化工热力学课程综合复习资料一、单选题1 .超临界流体是下列（）条件下存在的物质。 A、高于临界温度Tc和高于临界压力pcB、临界温度Tc和高于临界压力pc下C、低于临界温度Tc和高于临界压力pc D、高于临界温度Tc和低于临界压力pc 答案：A2 .若z为小y的连续函数，有全微分dz = Mdx+Ml），则有（）。C、隹咨dx）y dy）xD、其他选项都不对答案：A3 .下列哪个不是热力学基本方程（即四大微分方程）？A、dU = 7US dVB、dH = TdS + VdpC、（iG = Vdp-S（TD、（4 = /?dV-SdT答案：D4 .计算焙值时要选取参考态To、po,参考态的压力p
2、o应选择（）。A、任意选择B、应足够低C应足够高D、其他选项都不对答案：BK产y/r；汽液平衡数据的热力学一致性检验就是利用热力学的基本原理（或者 Gibbs-Duhem方程）来检验实验测定的汽液平衡7-p-x-y数据可靠性的方法，若符合热 力学原理，实验数据就是热力学一致性的。4 .请比较节流膨胀与绝热做功膨胀优缺点。答案：节流膨胀与绝热做功膨胀优缺点比较如下膨胀类型节流膨胀绝热做外功膨胀（等燧膨胀）特点A”=0AS=O温降与制冷 量温降A77/小,制冷量小温降亦大，制冷量大预冷个别气体需预冷才能获得冷效应不需预冷，任何气体温度均下降做功Ws不做功Ws=O做功Ws0o在孤立体系中一 切能够自
3、发进行的过程都必须是燧值增大的过程，而当煽值增加到最大时，体系就达 到平衡状态，此即为过程的最大限度。只有可逆过程才使孤立体系的熠值保持不变。7 .请给出化工过程能量分析的三种方法，分别指出每种方法的特点，并简单比较。答案：（1）能量衡算法：以热力学第一定律为基础，以能量平衡方程为依据。从能量转换的 数量关系来评价过程和装置在能量利用上的完善性。缺点：只能计算出能量的损失值, 不能揭示过程不可逆性而引起的能量损失。（2）燧分析法：以热力学第一与第二定律 为基础，能够计算不可逆过程的燃产生量，以损失功作为主要评价指标。缺点：不能 确定排出体系物流和能流的可用性，以及由此造成的烟损失。（3）娴（有
4、效能）分析 法：以热力学第一、第二定律为基础，通过加平衡方程来确定过程或装置的爆损失和 爆效率，可指出过程烟损失的大小、原因及分布情况，还能判断单体设备的能量利用 情况和节能潜力。能量衡算法仅能表达能量转换的数量关系，而焰分析法与娟分析法 所得的结果是一致的，且烧分析法能够计算排出体系的能流和物流损失，分析更为全 面。四、计算题1.已知氯彷（1）和甲醇（2）组成的二元溶液，在50时，各组分的无限稀释活度系数分别 为%” = 2.3,行=7.0,饱和蒸汽压分别为：Px =67.58kPa, Pi =17.63kPao请问： 假定该体系服从van Laar方程，请计算50时与加=0.3成平衡关系的
5、汽相组成产。（2） 在50时由纯组分混合形成Imol上述溶液的AG值。已知van Laar方程式如下：42M2 7IA2-1答案：解：（1）对Van Laar方程：= In y： =In 2.3 = 0.8334】=In 岩=In 7.0 = 1.946加=0.3时=两组分的活度系数为0.833 = 0.5948+ 0.833x0.3 YI +；in y2=- A.2 A 2,1I 9467 = 0.04676,1.946x0.7 Y 1 +；/1 =1.8126/2 = 1.()48二 X|%P|y2P = x?y?P2= 0.3xl.8126x67.58 + 0.7xl.048x 17.6
6、3 =49.68 kPa汽相组成为：%二=0.3xl.8126 x67.58 =() Pi101325 =12951p； 78.26= 10L325 = 1 57()-p； 64.53计算Van Laar方程的方程常数：即=0.65,由=1 汨=0.35=In 1.29.1 +=(X97260.65x In 1.295= lnL57(U()-65xlnL295T 0.35 x In 1.570 J= 1.921(2) h=0.25时，两组分的活度系数为In%0.97261 +7 = 0.712ln/2=71.921= 0.0401、1.921x0.75 )1 + 0.9726x0.25 J%
7、= 2.038为= 1.041Y 二 W；丁2 =2%； P = xypl+x2y2p=0.25x2.038x78.26 + 0.75xl.041x64.53 =90.25 kPa汽相组成为：y = 必左=。3 2.038 x78.26二 0时？ p90.253.乙醇一苯恒沸混合物的组成幻=0.448,其在常压(101.325kPa)下的沸点为68.2, 如果气相可视为理想气体，液相服从van Laar方程。并已知纯组分在68.2下的饱和 蒸汽压分别为：Pi =66.87kPa, Pi =68.93kPa 求：(i)vanLaar 方程的常数；68.2C 时与工尸0.3成平衡关系的汽相组成产。
8、已知van Laar方程式如卜：I + .212L1 +Il 心”其中 1 + 2&=叱 |+3I xJA ny2）答案： 解：（1）由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液 VLE时有：yiP = xiYiPSi对恒沸点有必=玉 A /. = P/Pi_p= 101325 =15151 p； 66.87_=10L325 p； 68.93= 1.470= 1.907= 1.355,A,ln/i=7r = 0.7420 丫；,AhIn y2 =+ A/1.355l + 0.71.907x0.3 JT = 0.1918计算，2111方程的方程常数：为=0.448,%2=0.552=In 1.5
9、15 1 +I 0.448x In 1.515；,.0.448x In 1.515=In 1.47。1 +I 0.552x In 1.470（2） k=（）.3时，两组分的活度系数为=2.100/2 = 1.211MP = X1%P； y2P = X2/2P2 p = xyp； +x2y2p=0.3X2.100X66.87 + 0.7xl.211x68.93=100.56 kPa汽相组成为：y =百4江=0.30 x 2.100 x 66.87 =。1 p100.564.已知正丙醇（1） 一甲苯（2）共沸混合物的组成工尸0.6,其在101.325kPa下的沸点为92.6,且在此温度下，P =8
10、5.04kPa,同=58.96kPa。如果气相可视为理想气体，液相服从Margules方程。试计算92.6C与xi=0.2时的泡点压力及与之成平衡的汽相组成V。ln72=x122l+2(y412-AI)x2已知Margules方程式如下：1”|=42+2%-4巩其中4=V ln%+驷& =耳句”,+也1x2XXjx2答案：解：（1）由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液.VLE 时有：yiP = xi/iPi对恒沸点有丫 =七 Yi = Pl P-= 1.191p 101.3257.=1 p； 85.04p 101.3251 wy= = 1.7192 p； 58.96计算Margules
11、方程的方程常数x,一x , 21ny24=-71In /, +-=1.587& %X 一招 I , 2 In /(A2= i、- In/2 4-=1.1754 %(2)用二0.2时，两组分的活度系数为In% =毛4 +2(&i -4)% =0.9102In % =汇A +2(、- 4此=0.0734% = 2.485/2 = 1.076:= =仪2；=0.2X2.485X85.04+0.8x 1.076x58.96 = 93.02 kPa汽相组成为：弘=聚血=。-2 x 2.485x85.04 = 04541p68.765.在一定温度下，二元溶液的摩尔焙为：H = 5x+ 10x2 4- 15
12、xjX2 (kJ/mol)试求组分1和2的偏摩尔焰瓦和瓦表达式(用曾表示)。答案：,解：用12二1:化简题给表达式H = 5%1 +1 Ox2+15石.=5X1 +10(1 - X1) 4-15X (1 - Xj)= 10+10.-15 片 = 10-30 x,*, 白 用解析法求解组分1的偏摩尔焰H=H-x, = H + dx2四= 10 +10% - 15x：+ 0 _ x)(io _ 30x,)= 20-30x1+15x11 dx=10 + 10X1 -15 %|2 - Xj (10 - 30X1)=10+ 15 :5 .关于剩余性质Mt理想气体性质下列公式正确的是。A、MR=Af+Mi
13、gB、MR=M-2MigC、Mr =/W-MigD、M,g=M + MR答案：C6 .在远离临界温度的条件下，蒸汽视为理想气体，假定蒸发焙所叩不随温度变化，则 得到蒸气压方程为：lnp，=A-B/7,式中A、3两个常数常用（）两个数据点来确定。A、三相点和临界点B、正常沸点和临界点C、正常沸点和三相点D、任意两个点答案：B7 .下列各式中，化学位的定义式是（）。答案：A8 .下列偏摩尔性质与溶液性质关系式中，mol溶液性质M=（）oA、n阀B、C、x siD、画答案：D9 .有关AM、AA7,的关系式，下列式子不正确的是（）。N _A、AM = Z 为 f=） NB、AM = M - Z Xj
14、Mj i=lC、AM. = limA/W, 巧T1 1ND、=0 i=l答案：C10 .在一定温度、压力条件下，体系处于汽液平衡状态，则汽液平衡的判据是（）。A、VrLB、尸=开C、户=产D、=广答案：B11 .混合物中组分i的逸度，既可以由逸度系数表示，也可以由活度系数表示，具体的 表达式不包括下列的（）。a、Z = y& pb、/=叼/。 Ac、Z =yap答案：c12 .已知体系压力与液相组成刘，求泡点温度了与汽相组成在实际进行计算时， 需要（）oA、给定温度的初始值B、假定各组分的活度系数y尸1C、给定汽相组成v的初始值答案：A13 .用KP = x/p：进行汽液平衡计算时，除了可以直
15、接测定的八和方之外，只需要对饱和蒸气压和活度系数进行计算，其中计算活度系数可以选用相应的活度系数模 型，下列()模型不在选用范围。A、Wilson 方程B、van Laar 方程C、SRK方程D、NRTL方程答案：C14 .稳定流动过程，以过程的设备为体系，即为稳流体系。下列()不是其特点。A、ddrw2万+ gzB、C、Z恤=恤=inoutD、于。答案：C15 .流体流过保温良好的换热器、反应器、混合器等设备时稳流体系热力学第一定律的 数学表达式为()。A、A/7=-lVsB、H=Q答案：C16 .流体经过节流阀门或多孔塞等绝热过程时，其能量平衡方程可化简为()。A、H=W.B、AH=0C、
16、答案：B17 .从状态1变化到状态2,可通过可逆过程A到达，也可以通过不可逆过程B到达, 则这两个过程的燃变（）。A、ASa=ASbB、ASa ASbC、ASaVASbD、不能确定答案：A18 .根据端增原理可以判断过程进行的方向和限度，下列判断的依据，错误的是（）。A、dSisoOB、dS（0C、dSsurrOD、（dSsysl+dSsurr）N。答案：c19 .过热蒸汽经绝热可逆膨胀，对外做功为Ws,经过计算此过程的理想功为Wid,则|Wd|（）|Ws|。A、大于B、等于C、小于D、不能确定答案：B20 .流体（。、0）经节流膨胀后，流体的温度（）。A、不变B、下降C、增加D、前三者都有可
17、能答案：D21 .指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸气压时，则物质的状态为（）。A、饱和蒸汽B、超临界流体C、过热蒸汽D、液体答案：c22 .下列()不属于偏摩尔性质计算过程中的常用工具。A、集合公式B、截距公式C、道尔顿分压定律Gibbs-Duhem 方程答案：C23 .相平衡判据(或相平衡准则)，不包括下列()。A、各相的温度相等B、各相的压力相等C、各相的逸度相等D、各组分i在各相中的组分逸度相等答案：C24 .热力学第一定律的本质是()oA、能量守恒B、质量守恒C、端守恒D、烟守恒答案：A25 .下列()是不具有轴功的设备。A、泵B、压缩机C、换热器D、透平答案：C二、判断
18、题1 .室温下加压可使天然气变成液化天然气，天然气的主成分甲烷7-82.55, r=4. 60MPa答案：错2 .在/lO或者g8时，任何的状态方程都还原为理想气体方程。答案：对3 .Virial方程中&反映了异分子间的相互作用力，因此几二0的气体必定是理想气体混合物。答案：错4 .偏心因子出表示分子的偏心度或非球性，对简单球形流体（氮、氟、氤）的3巾。答案：对5 .偏心因子可用于正常流体，也可用于压、He等量子流体或强极性流体和氢键流体。答案：错6 .普遍化压缩因子法适用于对比压力axi, y2X2o答案：错19 .结合低压下汽液平衡关系式，可得到共沸体系总压/严与活度系数之间的关系答案：对
19、20 .热量有效能,0不仅与热量Q有关，而且与环境温度7b及热源温度7（或7m）有关。答案：对21 .将实际过程变成理想模型加校正是化工热力学常用的处理问题的方法。答案：对22 .随着温度的升高，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的摩尔体积的差别越来越小。答案：对23 .状态方程的混合规则很多，不同的混合规则有不同的计算精度和适用范围。答案：对24 .对于多组分敞开系统，体系的状态函数仅与温度和压力有关。答案：错25 .混合变量形成的根本原因，可理解为混合溶液中各组分的偏摩尔性质与其纯物质摩 尔性质之间的差异。答案：对26 .实验数据确定活度系数，其目的在于求活度系数关联式中的方程参数。答案：对27
20、.稳态流动过程的理想功与具体的变化途径有关。答案：错28 .换热设备即使没有散热损失，热量在数量上完全回收，仍然有功损失。答案：对29 .理想气体经节流膨胀后，温度不变。答案：对30 .经等燧膨胀后流体的温度一定下降。答案：对三、问答题1 .请解释：相律、相对挥发度答案：相律是多组分多相平衡体系所遵循的最普遍规律，说明确定多组分多相平衡状态所需要的独立强度量的数目。上GP+2相对挥发度定义为汽液平衡时，八,两组分汽液平衡比的比值。2 .请写出至少3个活度系数模型（关联式）的名称，并简述他们的特点。答案：关联式使用范围优点缺点对称方程正规溶液，组分性质 比较相近的体系简单大量溶液不符合此 方程van Laar 方 程组元性质相差不太 大的体系方程简单，误差相对 较大不适合强极性、强非 理想性体系，难用于 多元系Margules 方 程组元分子体积相差 不太大的体系方程简单，误差相对 较大不适合强极性、强非 理想性体系，难用于 多元系Wilson方程适用于含烧、醇、酸 、酮、酯、水等各种 不同的互溶体系计算精度高,适用范 围广，能从二元数据 推算多元的相平衡 数据不能用于部分互溶 的体系3.请解释：汽液平衡比（或汽液平衡常数）、汽液平衡数据的热力学一致性检验答案：汽液平衡系统中组分z在汽相中的摩尔分数，与在液相中的摩尔分数r的比值。