2007-化工热力学期末考试闭卷A1及答案

南京工业大学A ）卷（闭）

2006~2007年度第二学期 使用班级 2007.6．

班级 学号 姓名 成绩

本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表：

1．关于化工热力学应用的下列说法中不正确的是（

）

A ．可以判断新工艺、新方法的可行性 B ．预测反应的速率

C ．通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据 D ．相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础

2．超临界流体是下列（ ）条件下存在的物质

A. 高于T C 和高于P C B ．高于T C 和低于P C C ．低于T C 和高于P C D ．T C 和P C 3． 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸汽的摩尔体积随着温度的升高而减小。

A. 正确 B. 错误

4在压力趋于零的极限条件下，所有的流体将成为简单流体。

A. 正确 B. 错误

5. 对应态原理认为，在相同的对比态下，所有物质表现出相同的性质。即( )

A. 若V r , Pr 相同，则ω相同 B. Tr , Zr 相同，则V r 相同 C. 若P r , ω相同，则V r 相同 D. 若T r , Pr 相同，则V r 相同 6. 关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是（ ）。

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。

7．纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ） A ．饱和蒸汽 B. 饱和液体 C ．过冷液体 D. 过热蒸汽

8. 剩余体积M R 的概念是表示同温同压下（ ）的 差别，其表达式为（ ） 。

A. 真实溶液与理想溶液；M R =M-Mid B. 真实气体与理想气体；M R =M-M* C ．真实气体与理想气体；M R =M-Mid D. 真实溶液与理想溶液；M R =M-M*

9．对1mol 符合P =RT /(V -b ) 状态方程的气体， (∂S /∂V ) T 应是（ ）

10.. 对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下，错误的热力学基本关系式是（ ）。

A ． dH = TdS + Vdp B ．dU = SdT–pdV C ． dG = -SdT + Vdp D ．dA = -SdT–pdV

11. Vg 和V l 分别为饱和蒸汽和饱和液体的体积，x 为湿蒸汽干度，则湿蒸汽的体积V 为： A. V= x(Vg - Vl ) + Vg B. V= (Vg - Vl ) + x Vl C. V= x(Vg - Vl ) +Vl D. V=(1-x)Vg + x Vl

A. R/（V-b ） B. R C. -R/P D. R/T

12. 普遍化方法有普遍化压缩因子图法和普遍化维里系数法两种方法，它的用处非常广泛，可计算( ) ，计算方便。这两种方法的对比温度、对比压力的使用范围是( ) 的。 A. 压缩因子、剩余焓和剩余熵、逸度系数; 相同 B 压缩因子、剩余焓和剩余熵、活度系数; 不同 C. 压缩因子、剩余焓和剩余熵、逸度系数; 不同 D. 压缩因子、剩余焓和剩余熵、活度系数; 相同

13. 利用麦克斯韦关系式，其目的是将难测的（ ）与易测的（ ）联系起来。

A. H，U ，S ，G ； x, y B. 逸度系数，活度系数；P 、V 、T C. H，U ，S ，G ； P 、V 、T D. 逸度系数，活度系数； x, y

14．关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是（ ）

A. 偏摩尔性质与温度、压力和组成有关 B ．偏摩尔焓等于化学位 C ．偏摩尔性质是强度性质 D. 偏摩尔自由焓等于化学位

15. 等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔焓随A 浓度的增加而增加，则B 的偏摩尔焓将随B 浓度的增加而( )

A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定

16. 理想溶液组分i 以及在真实气体混合物P→0时组分i 的逸度系数φi 分别等于（ ）

17. 超额性质的定义式为（ ）

A.M E =M-M* 。 B. ME =M-Mid C. ME =M-MR D. ME =M-M0

18. 关于理想溶液的各种表达中错误的是 （ ）

A. 分子结构相似，大小一样；分子间的作用力相同；混合时没有热量和体积变化;

A. φi ，φi B.1，1 C. φi ，1 D.

∧

φi ， φi

∧

B. 在全浓度范围内，每个组分均遵守Lewis-Randall 定则。 ˆid =f 0x D. ∆H , ∆G , ∆V 均为零; C. f i i i

19. 对理想溶液具有负偏差的体系中，各组分活度系数γi （ ）。

20．气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值（ ）

21．不可逆过程中孤立体系的（ ）

A. 总熵是增加的，

C. 总熵是减少的， 但

A. 增加 B ． 减少 C ．不变 D. 不能确定 A ． >1 B. = 0 C. = 1 D.

也是增加的 B. 总熵是减少的，

是增加的 D. 总熵是增加的，但

也是减少的 是减少的

22. 在431.15K 与286.15K 之间工作的热机的最大效率是 （ ）

A. 91.77% B.50.70% C. 33.63% D.39.67%

22. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ）

A 压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。 B 温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。 C 温度相同，高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽强。

23. 损失功也是过程可逆与否的标志，因此有（ ）

D 放出的热相同，高温高压蒸汽的作功本领比低温低压蒸汽的大。

A. WL =T0*△S 体 B.W L =T0*△S 环 C. WL =T0*△S 总 D.W L =-T0*△S 总

24. 要加热50℃的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小（ ）

A.60℃的热水 B.80℃的热水 C.100℃的饱和蒸汽 D. 120℃的过热蒸汽

25 . 稳态流动过程的理想功仅取决于体系的初态与终态及环境温度T 0, 而与具体的变化途径无关（）。

A. 正确 B. 错误

26. 对同一朗肯循环装置，如果提高汽轮机进汽压力，但温度等其余条件不变，则其热效率（ ）

A. 有所提高，乏气干度下降 B. 不变，乏气干度增加 C. 有所提高，乏气干度增加 D. 热效率和干度都不变

27. 关于制冷原理，以下说法不正确的是（ ）

A. 任何气体, 经等熵膨胀后, 温度都会下降

B. 只有当μJ -T >0，经节流膨胀后，气体温度才会降低

C. 在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大 D. 任何气体，经节流膨胀后, 温度都会下降

E. 符合理想气体行为的气体不可用来做节流膨胀过程的制冷介质。

28. 如被冷物系要求达-15℃，则制冷循环中氨的适宜蒸发温度为（ ）。

A.-15℃； B. -10℃； C. -20℃ ； D.-45℃。

29. 如当地冷却水温度为常年18℃，则氨制冷循环的冷凝温度应选

A.18℃； B.8℃； C.28℃； D.48℃。

30. 下列哪个条件不符合蒸汽压缩制冷循环制冷剂的选择要求（ ）。

31. 同一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率（ ）

A. 相同 B. 低 C. 高 D. 不一定

32. 吸收式制冷循环中解吸器，换热器，吸收器和泵这一系统的作用相当于蒸汽压缩制冷循环的（）

A 节流阀 B 膨胀机 C 压缩机

33. 某气体的P-V-T 行为符合PV=RT+6.4×104P 方程。在25℃，30MPa 时将该气体进行节流膨胀，膨胀后气体的温度（ ），因此（ ）作为制冷介质。（提示：μ

⎛∂V ⎫

T ⎪-V

⎛∂T ⎫⎝∂T ⎭P ） = =⎪　

C p ⎝∂P ⎭H

A. 沸点低 B. 冷凝压力低 C. 汽化潜热大 D. 较低的临界温度

J -T

A 上升；不能 B 下降；不能 C. 上升；能 D. 下降；能

34. 冬天，同样使室温由10℃升至20℃，与电加热器相比，空调不仅也能将消耗的电能转化为热量，而且能将空气中的热量传到室内，因此它比电加热器更省电。

A. 正确 B. 错误

35．在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是（ ）。

ˆV =f ˆL ；　f ˆV =A . 　f 11２

ˆＬ=f ˆＶ；　f ˆＶ=C . 　f １２１

ˆL 　　B . 　f ˆV =f ˆＶ；　f ˆＬ=f ˆＬ

f ２１２１２

ＬL V ˆf 　　D . f =f (f 为混合物的逸度）

２

36. Wilson方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。以下说法不正确的是（ ） A ．适用于极性以及缔合体系 B. 不适用于液液部分互溶体系

37. 当潜水员深海作业时，若以高压空气作为呼吸介质，由于氮气溶入血液的浓度过大，会给人体带来致命影响（类似氮气麻醉现象）。根据下表中25℃下溶解在水中的各种气体的亨利常数Ｈ，你认

C ．提出了局部摩尔分率的新概念 D. 它的超额自由焓模型是根据正规溶液为基础的

∂p

38. 根据相平衡判据以及(∂μi ) T =V i ，请给出H 2O (l, 100℃, 1atm ) 、H 2O (g, 100℃, 1atm ) 与H 2O (l, 100℃, 2atm )的化学位μ的大小顺序为（ ）。

A ．H 2O (l, 100℃, 2atm ) >H2O (l, 100℃, 1atm ) >H2O (g, 100℃, 1atm ) B ．H 2O (l, 100℃, 2atm ) H2O (l, 100℃, 1atm ) =H2O (g, 100℃, 1atm )

39．根据Van’t Hoff等压方程式，对吸热反应，温度升高，反应平衡常数（ ）

40．对反应H 2O →H 2 + 1/2O2 ，反应开始时有4 mol水蒸气，如反应进行一段时间后，有1 mol O2生成，则反应进度和H 2的摩尔分数分别是（ ）

A ．2，1/5 B ．1，2/5 C ．2，2/5 D ．1，1/5

A ．增加 B ．减少 C ．不变 D ．可能增加也可能减少

二．填充题（本大题共20分，每格1分）

1. 本课程学过各种状态方程如RK 方程、理想气体方程、vdW 方程、SRK 方程，请为它们的计算

准确度排序 。

2. 体系由一状态到另一状态变化过程中以_________________________方式进行时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功称为此过程的理想功。

3. γi >1的二元共沸物系, 是具有压力共沸点的物系。

4．单位质量稳定流动体系热力学第一定理：；

1）对流体通过换热器的过程，该方程可简化为_____________________________；

2）对流体通过泵、压缩机等设备而且绝热的过程，该方程可简化为； 3）流体通过喷嘴获得高速气体（超音速），其速度表达式为。 5．乙醇-水在101.3KPa 下共沸体系，其自由度为_______________。

26. Margules方程为 ln γ=[A +2(A -A )x ]x 2；

112211212ln γ2=[A 21+2(A 12-A 21)x 2]x 1

得到其模型参数的方法一般有以下四种：

1）； 2）； 3）； 4）； 7．真实气体混合物的PVT 性质=纯气体的PVT 关系式规则。 8．普通能量平衡是反映系统中能量的(

中能量 的利用情况。 9．体积膨胀系数的定义式为：β=

) 平衡是反映系统

1⎛∂V ⎫

⎪那么，理想气体的体积膨胀系数为。

V ⎝∂T ⎭P

10. 在等温、等压下，若自由焓变化为时，化学反应过程将自动进行。

11. 利用_______________方程，可以从某一组分的偏摩尔性质求另一组分的偏摩尔性质；并可检验实验测得的混合物热力学数据及建立的模型的正确性。

12. 溶液中组分i 的活度系数的定义是 γi =________________________。 13. 纯物质T-S 图的拱形曲线下部称

三． 计算题（本大题共40分） 1.

（10分）4.0MPa ，500℃的过热蒸汽，在透平中经绝热膨胀到0.04MPa 的饱和蒸汽状态，已知

请回答：（1）该过程可逆否？为什么？

（2）该过程的等熵效率？

（3）该过程的W id 、W ac 、W L 、热力学效率η各是多少？ (4) 求膨胀前后蒸汽的变化△E X

2．（10分）设有一制冷能力（冷冻量）为41800 kJ/h的氨冷冻循环装置，蒸发温度-15℃，冷凝温度25 ℃，过冷度为5℃ 。假设压缩机可逆绝热运行，膨胀为节流（等焓）过程。求：

1）在T-S 图上表示此循环过程； 2）每小时制冷剂的循环量； 3）压缩机功耗；

4）循环制冷系数。（已知压缩机进出口处氨的焓分别为1644 kJ/kg，1866 kJ/kg，冷凝器出口过冷氨的焓是 514.6 kJ/kg.）

3．（10分）由实验数据得到25℃，1atm 下一二元溶液的摩尔体积可用下式表示： Ｖ=300-90x 1-10x 13 。Ｖ单位是m 3，X 1是组分1的摩尔分数。求该温度压力下，

标准态按(1) 　1, 2(２) 　1∞, 2∞；；　(3) 　V 1，V 2；　(4) 　混合过程焓变∆V ；　(5) 　超额焓V E ；Lewis-Randall 定则。

4. （10分）纯液体A 与B 在90℃时蒸汽压力为P A S =1000mmHg ，P B S =700mmHg ，已知A 与B

G E

=x A x B ，汽相为理想气体，问： 形成的二元溶液超额自由焓G 模型为

RT

E

(1) ln γA ,ln γB 的组成函数表达式是什么？

(2)与50％(mol)A及50％(mol)B的液相混合物平衡的蒸汽总压为多少？ (3)能否生成共沸物？如生成的话，恒沸点是最高点还是最低点？为什么？ (4) 如已知ln γA =8x B ，导出ln γB 的组成函数表达式。

试题答案（A

2

卷）

（2006~2007年度第二学期）使用班级 化学工程与工艺专业04级

一. 单项选择题（每小题 1 分，共 40分）

二. 填空题 (每空 1 分, 共 20分) 1． SRK>RK>vdW>理想气体方程 2．完全可逆 3．最高 4． ∆H +

12

∆u 2

+g ∆z =Q +W s 1）∆H =Q ；2）∆H =W s ； 3）u 2 =2(H 1-H 2)

5． 1。

6. 1

）利用γ∞∞

1，γ2数据2）利用某一浓度下的γ1，γ2数据3）利用共沸点数据

_______________________________4）由一套实验VLE 数据进行拟合； 7．混合。 8．数量；质量 9．1/T 10.

11. Gibbs-Duhem 12. γa

ˆi =i x =f ˆi

=

f ˆi

i

f id

i

x i f i

13. 汽液共存区。

三. 计算题（共40 分）

1．（10分）

解：1）∆S 体系=（S 2-S 1）=(8. 3304-7. 0901) =1. 24kj /kg . k ∆S 0

环=

-Q 体T =-

环

298

=0∆S 总=∆S 体+∆S 环=1. 24kj /kg . k >0∴是不可逆的。(2分)

S 2’=S l (1-x )+S g x S

2’=S 1x =

S 2’-S l 7. 0901-0. 5210

S g -S =

l

8. 3304-0. 5210

=0. 8251

3）W id =（H 2-H 1）-T （0S 2-S 1

） =(2567. 4-3445. 3) -298(8. 3304-7. 0901) =-1247. 5kJ /kg （1分）

W ac =∆H -Q =∆H =(2567. 4-3445. 3) =-877. 9kJ /kg （1分） W L =T 0∆S 总=298⨯1. 24=369. 52kJ /kg （1分）

η=

W ac W =-877. 9

=70. 37%（1分）id -1247. 5

4）E -S x 1=T （0S 01）（-H 0-H 1）E x 2=T （0S 0-S 2）（-H 0-H 2） ∆E x 1→2=E x 2-E x 1

=T （0S 0-S 2）（-H 0-H 2）-[T （0S 0-S 1

）（-H 0-H 1）]

= W id = - 1247 . 5 kJ / kg( 2 分

) 2．（10分） 1）如左图(2分)

2) m =Q 0/q 0=41800/(H 1-H 5) =41800/(1644-514. 6) =37Kg /h (3分) 3) P T =mW s =m (H 2-H 1) =37(1866-1644)

=8214KJ /h =2. 28KW (3分) 4) ε=q 0/W s =(H 1-H 5) /(H 2-H 1)

=(1644-514. 6) /(1866-1644) =5. 08(2分)

3．（10分）①(∂V /∂x 1) T , P =-(∂V /∂x 2) T , P = -90-30x12(1分) V 1 = V –x 2（∂V /∂x 2) T , P =210—30x 12 + 20x13 (1分)

V 2 = V + x1（∂V /∂x 2) T , P = 300 +20x13 (1分) ② V1= 200， V 2 =300 (2分) ③ V1 = 210 V 2 = 320 (2分) ④ΔV = 10x1 -10x12 (2分)

⑤V E =ΔV (1分)

4. 1) ln γ()

A =G

E

RT -x ⎡∂G E RT ⎤22

B ⎢=⎣∂x ⎥x B -x B -x B (1-2x B ) =x B B ⎦T ，P

同理ln γ2

B =x （A 2分）

(2)x A =0.5，x B =0.5

⎧⎪⎨ln γ2

A =0.5=0.25

⎪⇒γ⎩ln γ0.52

=0.25

A =γB =1.284B = P =γS

A x A P A +γB x S B P B =1.284⨯(0.5⨯1000+0.5⨯700)=1091.4mmHg （2分）

(3)解法1：假设生成共沸物，则α=1，理想气体 ∴x A

y =x B

A

y B

又 Py A =γS A x A P A ，Py B =γB x B P S B 则γS S

A P A =γB P B

又ln γ=x 2x 2

A B ，ln γB =A

e x 2

B

x B -x A e x 2

=P S B 2222

7A

P S ⇒e =⇒x B -x A =ln =-0.3567

A 10

解得x A =0.678，x B =0.322

或ln γaz az s s

A -ln γB =ln P B -ln P A

有解，说明假使合理，即存在恒沸点。又 P =1109.01>1019.4mmHg

∴形成最高压力恒沸物。（3分）

(4)根据Gibbs-Duhem 方程：x d A A +x d B dx B dx =0

A

A

x d ln γA A dx +x d ln γB

B =0A dx A

x d ln 8x 2B d A

dx +x ln γB

B =0A dx A

-8x d ln γB

A (1-x A )+x B dx =0A

d ln γB

dx =16x A

A

ln γB

x A

⎰

ln γB =

A

dx A

⎰16x

∴ln γ2

B =8x （3分）A