化工热力学复习题及答案

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1、化工热力学课程模拟考试试卷A开课学院：化工学院，专业:材料化学工程考试形式：_,所需时间：分钟题序二三总分1234512得分评卷人I卜考生姓名：学号：班级：任课教师:一、基本概念题(共40分，每小题2分)(选择、填空与判断题，判断题对的写T,错的写F)1.理想气体的压缩因子Z1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子_。(A)小于1(B)大于1(C)可能小于1也可能大于1(D)说不清楚2.甲烷P=4-599MPa，处在pr-3时，甲烷的压力为_。(A)15.33MPa(B)2.7594MPa；(C)1.3797MPa(D)1.1746MPa3. 关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确

2、的是_。(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。(B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S,G)。(D)可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的p-V-T的问题。4. 对于流体混合物，下面式子错误的是。(A)MslimM1x,1(B)iHU+pViii(C)理想溶液的Vi匕，UiU(D)理想溶液的SiS.，GiG5. 剩余性质Mr的概念是表示什么差别的_。(A)真实溶液与理想溶液(B)理想气体与真实气体(C)浓度与活度(D)压力与逸

3、度6. 纯物质在临界点处的状态，通常都是_。(A)气体状态(B)液体状态(C)固体状态(D)气液不分状态7. 关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是()。891011121314151617181920(A) 判断新工艺的可行性(B)反应速率预测(C)化工过程能量分析(D)相平衡研究对单位质量，定组成的均相流体系统，在非流动条件下有_。(A)dH=TdS+Vdp(B)dH=SdT+Vdp(C)dH=SdT+Vdp(D)dH=TdSVdp对lmol符合VanderWaals状态方程的气体，有_。(A)as)r丽厂口(B)asrav)_v-bTasr(C)laVV+b(D)汽液平衡关系py.

4、孕&的适用的条件(A)无限制条件(B)低压条件下的非理想液相(C) 理想气体和理想溶液(D)理想溶液和非理想气体在0条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是_。(A)过量偏摩尔混合热HE(B)过量偏摩尔混合热sE(C)过量化学位豆E(D)过量偏摩尔热力学能ue在0条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数x为_。(A)x0(B)X0(C)x=0(D)x=1/2当物体的温度大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态称为超临界流体。()若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：HQ-Ws，则该式对可逆与不可逆过程均适用。()工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计

5、算：-叭:Vdp。()l对绝热混合过程，物系熵变Ssys0。()物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状态无关。()理想溶液丫i，f。对二元溶液，溶液性质M与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为_。节流过程为过程。可逆绝热压缩(膨胀)过程为_过程。、计算题(50分，共5小题，每小题10分)1试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。已知丙烷的物性参数为：T369.8K、pc4.246MPa、=0.152。剩余焓与剩余熵的计算公式为：HRB（0）dB(0)B(1)dB（i）SRdB（0）dBp+rnpRTr-TrdTJrT

6、rdTJr一；R9rdTrdTr0.4220.172B（0）0.083B0.139其中：I；弓.2，T、Pr分别为对比温度和对比压力。2在473K、5MPa下二元气体混合物的逸度系数满足下列关系：lnyiy21+y2），式中yi，y2为组分1和组分2的摩尔分率，试求f、f2的表达式，并求出当人二5时的f、f2各为多少?已知：lnlniipyi“(nln)“niT,p,nji3. 已知环己烷(1)苯酚(2)二元系统在144C的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组成亍晋0.294。已知144C时物质的饱和蒸气压p175.20kPa，p23166kPa。该溶液的过量Gibbs函数Ge与组成的关系为GERT=

7、Bx】二，其中B仅是温度的函数。求该二元系在珥6时的平衡压力及气相组成，假设气相近似为理想气体。已知：活度系数与过量偏摩尔Gibbs函数之间的关系为InYidni6(nGeRT)t,p宀i；汽液相平衡关系符合关系式ppSX1Y1p2X2Y2。4某冷冻装置每小时必需获得冷冻量Q0418x105kJ-h-1，它采用氨蒸汽压缩制冷循环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点的焓值为H11450kJ-kg-1，H2=1570kJ-kg-1，H3H4405kJ-kg-1，试求该制冷循环中每kg氨的冷冻能力q0，氨的循环速率m/kg-h-1，压缩机所需的功Ws/kJ-h-1，制冷系数。已知制冷系数5.在温

8、度308K下的PS-环己烷卩溶剂，当溶液浓度为c二736,103kg丄1，其渗透压为4.3Pa,试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数B*、Flory-Huggins相互作用参数、PS的PS和PS的分子量Mn。已知Virial方程为兀c=RTMn+B2J,相互作用参数与溶解度参数的关系为=苗2)2，=16.7Gcm3)2，环己烷的摩尔体积为V=108cm3.moLi。三、简答题(10分，每小题5分)何为高分子理想溶液？试比较小分子理想溶液与高分子理想溶液的不同点。可用Flory-Huggins相互作用参数x和第二Virial系数B*来判断溶剂优劣试问它们分别为何

9、值时，溶剂是高分子化合物的良溶剂、0溶剂、非溶剂以及高分子在上述三种溶液中的热力学特征和形态是怎样的?化工热力学课程模拟考试试卷A(答案)开课学院：化工学院,专业：材料化学工程考试形式：_,所需时间：分钟考生姓题序一一二三总分1234512得分评卷人名：学号：班级：任课教师:一、基本概念题(共40分，每小题2分)(选择、填空与判断题，判断题对的写T,错的写F)1.理想气体的压缩因子Z1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子(C)。(A)小于1(B)大于1(C)可能小于1也可能大于1(D)说不清楚2.甲烷pc4599MPa，处在0.3时，甲烷的压力为_(C)_。(A)15.33MPa

10、(B)2.7594MPa；(C)1.3797MPa(D)1.1746MPa3. 关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是(B)。(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。(B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S，G)。(D) 可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的p-V-T的问题。4. 对于流体混合物，下面式子错误的是(D)。Ma=limM(A)ix,oi(B)Hi=Ui+pVii(C)理想溶液的Vi=Y,Ui=U(D)理想溶液

11、的Si=-,Gi=G5. 剩余性质Mr的概念是表示什么差别的(B)。(A)真实溶液与理想溶液(B)理想气体与真实气体(C)浓度与活度(D)压力与逸度6. 纯物质在临界点处的状态，通常都是(D)。(A)气体状态(B)液体状态(C)固体状态(D)气液不分状态7. 关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是(B)。(A)判断新工艺的可行性(B)反应速率预测891011121314151617181920(C)化工过程能量分析(D)相平衡研究对单位质量，定组成的均相流体系统，在非流动条件下有(A)。(A)dH=TdS+Vdp(B)dH=SdT+Vdp(C)dH=SdT+Vdp(D)dH=TdSVdp

12、对lmol符合VanderWaals状态方程的气体，有(A)。(A)as)r丽厂Vb(B)as)rav)_v-bT(C)as)raV厂VZb(D)as)pav丿b-vT汽液平衡关系pyip爭和的适用的条件_(B)_。(A)无限制条件(B)低压条件下的非理想液相(C)理想气体和理想溶液(D)理想溶液和非理想气体在0条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是_0_。(A)过量偏摩尔混合热HE(B)过量偏摩尔混合热SE(C)过量化学位耳E(D)过量偏摩尔热力学能uE在0条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数x为(D)。(A)x0(B)X0(C)x=0(D)x=1/2当物体的温度

13、大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态称为超临界流体。(T)若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：HQ-Ws，则该式对可逆与不可逆过程均适用。(T)工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计算：-WsJ；Vdp。(F)对绝热混合过程，物系熵变Ssys0。(T)物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状态无关。(F)理想溶液丫i丄，ffX-。对二元溶液，溶液性质M与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为MX1M1+X2M2。节流过程为等焓过程。可逆绝热压缩(膨胀)过程为等熵过程。、计算题（50分，共5小题，每小题10分）=4.246MPa、=0.15

14、2。剩余焓1试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。已知丙烷的物性参数为：T=369.8K、pc与剩余熵的计算公式为：HRRT=PrB(0)dB(0)、矿丿rrBdB、矿丿rrSR下=pdB(0)dB+edTdTrrJ0.422B(0)=0.083其中：Tr1.60.172B(1)=0.139T4.2，r，Tr、pr分别为对比温度和对比压力。解：T=TT=378369.8=1.022ppp0.5074.2460.119rc0.4220.422B(0)=0.083-一=0.083=0.325T1.61.0221.6r0.1720.172B(1)=0.

15、139=0.139=0.018T4.21.0224.2rdB(0)0.6750.675dB(1)0.7220.722=0.638=0.645dTT2.61.0222.6,dTT5.21.0225.2rr,rrB(1)dB、Td丿rrHRRT=PrB(0)dB(0)0.119xdT丿r0.3250.638+0.152x(1.022丿r严0.645(1.022丿=0.126Hr=0.126RT=0.126x8.314x378=396J-mol-1SR下=PrdB(0)dB+edTdTrrJ=0.119x0.638+0.152x(0.645)=0.088SR=0.088R=0.088x8.314=0

16、.732J“mol-1“K-12在473K、5MPa下二元气体混合物的逸度系数满足下列关系：In-=y1y2（1+y2,式中y1,y2为组分1和组分2的摩尔分率，试求4f2的表达式，并求出当y1=5时的f、f各为多少?ln=i已知：(nln)niT,p,njinnnln=解：n2(nln-)=2y3ln(p=(nln-)n122T,p,n,n2ln=1+n2),则y2(1+2y)12T,p,n1，(=1,2)22又py.，因此/=pye2y2，/=py2ey2(1+2时，当p=5MPa，y1=y?=0,5时，py2y2=50.5e2x0.53=3.21(MPaf=pyeyf(1+2y2)=50

17、.5e0.52(1,2x0.5)=4.122(MPa)223已知环己烷(1)苯酚(2)二元系统在144的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组成xaz二yaz二0.294。已知144时物质的饱和蒸气压p1二75-20kPa，p2二3166kPa。该溶液的过量Gibbs函数Ge与组成的关系为GERT=Bxix2，其Iny=i5ni中B仅是温度的函数。求该二元系在x1=6时的平衡压力及气相组成，假设气相近似为理想气体。已知：活度系数与过量偏摩尔Gibbs函数之间的关系为_5(nGeRT)T,p厲i；汽液相平衡关系符合关系式p=p：x1y1+p2x2y2。nGEnn解：RT=B12n，则：的冷冻能力q0，氨的

18、循环速率m/kgh-1，压缩机所需的功Ws/kJh-1,制冷系数匕。已知制冷系数为Qo，_WS)5(nGe/RT)dn1T,p,n2=Bx2Iny=225(nGE/RT)5n2=Bx2iT,p,ni由气液相平衡关系pyi=p：xyi及恒沸点关系攀=y叱一x12)=ln，解得B=2.1yazyaz2P2p1,代入数据得:当x=0.4lny=2.1x2=一2.10.62=0.756112丫1二47;同理,lny=2.1x2=一2.10.42=一0336y=0.71521，2p=p：xy,p：xy=75.200.40.47,31.660.60.715=27.72(kPa111222psxy75.20

19、0.40.47y=-11=0.5101P27.72题二、4小题附图S4某冷冻装置每小时必需获得冷冻量Qo二48105kJh-i,它采用氨蒸汽压缩制冷循环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点的焓值为H=1450kJkg-i,H2=1570kJ-kg-i,H3=H4=405kJkg-1，试求该制冷循环中每kg氨m48X105400(kgh-1)qH-H1045Gkg-J014解：H-H1450-405-Wm(H-H)400x(1570-1450)48000(kJh-i)s21斗418X1058.71(W)48000s5.在温度308K下的PS-环己烷卩溶剂，当溶液浓度为c736x10-3kgL

20、-1，其渗透压为4.3Pa，试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数B*、Flory-Huggins相互作用参数、PS的PS和PS的分子量Mn。已知Virial方程为兀cRTMn+B2c)，相互作用参数与溶解度参数的关系为z=RF(51-S2，s116.7GCm-3)2，环己烷的摩尔体积为V1108cm3.mol-1。解：兀C=RMn+B*,因为环己烷是PS的溶剂，因此B；0，12。MRTc兀n&314x103x308x7364.383x1064.3*R(81-82)2，已知816.7(Jcm-3)12根据RT，而V1108cm3mol-1，因此RT16.7-三、

21、简答题(10分，每小题5分):888-PS218314x308x513.3(Jcm-3)12108何为高分子理想溶液？试比较小分子理想溶液与高分子理想溶液的不同点。解答：在卩温度下，高分子溶液的过量化学位为零，是高分子理想溶液。亦即卩溶液的情况，此时高分子“链段”间与高分子“链段”与溶剂分子间的相互作用抵消，高分子处于无扰状态，排斥体积为零。对于小分子溶液：HeAH0，SeASASid0，GeAGAGid0对于高分子溶液：GEAHE-TASE0，但He丰0，Se丰0。可用Flory-Huggins相互作用参数x和第二Virial系数B*来判断溶剂优劣试问它们分别为何值时，溶剂是高分子化合物的良溶剂、溶剂、非溶剂以及高分子在上述三种溶液中的热力学特征和形态是怎样的?解答：良溶剂溶剂非良溶剂111-222B*0=002高分子状态高分子链扩张高分子链为自然状态高分子紧缩析出