化学工程与工艺专业《化工热力学》模拟考试考题B(答案)

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： 题 序 得 分 评卷人 一 二 三 四 总分 一、是非题（共24分，每小题2分，对的打√，错的打×） 1. 纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液体。 （ × ） 2. 纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，dGRTdlnf。 （ × ） 3. 符合热力学实验一致性校验的数据一定是可靠的。 （ × ） 4. 对理想溶液来说，混合性质和过量性质是一致的。 （ × ） 5. 因GE(或活度系数)模型是温度和组成的函数，故理论上i与压力无关。( × ) 6. 在二元系统的汽液平衡中，若组分1是轻组分，组分2是重组分，则y1x1，

y2x2。

（ × ）

7. 在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的Gibbs函数相等。 （ √ ） 8. 对于理想溶液，i组分在溶液中的逸度系数和i纯组分的逸度系数相等。（ √ ）

19. 能量平衡关系Hu2gzQWs对任何系统、任何过程均适用。( × )

210. 可逆过程的有效能守恒。 （ √ ） 11. 合理用能的总则是按质用能，按需供能。 （ √ ） 12. 化学反应的标准Gibbs自由焓变化G可以用来判断反应进行的方向。( × ) 二、单项选择题（共20分，每小题2分） 1. 下列方程中不是活度系数关联式为（ D ）。 (A) Van Laar方程 (B) Wilson方程 (C) NRTL方程 (D) 理想气体状态方程 2. 从工程实际出发，合理用能分析的实质是（ B ）。

(A) 损耗功最小 (B) 过程是否最经济 (C) 能耗最小 (D) 理想功最小 3. 温度为T下的过热纯蒸汽的压力p（ A ）。

1

(A) 小于该温度下的饱和蒸汽压 (B) ps大于该温度下的饱和蒸汽压ps (C) 等于该温度下的饱和蒸汽压ps (D) 以上说法都不对

4. Gibbs函数变化与p-V-T关系为GigT,pGxRTlnp ，则Gx的状态应该为（ C ）

(A) T和p下纯理想气体 (B) T和零压下的纯理想气体 (C) T和单位压力下的纯理想气体 (D) 以上说法都不对

ˆ1e0.1，ˆ2e0.2，5. 一定T、p的二元等物质量的混合物，其组分逸度系数分别为已知lnme0.1ˆylnii1Ni，则混合物的逸度系数m为（ B ）。

-0.10.20.10.2ee2 ；(C) 0.10.2-e2

(A)

e20.2；(B) e2；(D)

6. 下列偏导数中，偏摩尔量Mi的正确表达是：（ A ）

(nM)(nM)(nM)(nM) (A)；(B)；(C)； (D) niT,nV,njininS,nV,njininS,p,njiniT,p,nj[i]ViLˆiixipexpsdp，(i=1, 2, …, N)，当气体为7. 气液平衡计算关系式pyipiRTsisip理想气体，液相为非理想溶液时，上式可简化为（ D ）。

ViLsssˆˆiixiexppp(A) pyii (B) pyiiixipii

RTsi(C) pyixipis (D) pyiixipis

8. 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，所产生的功为24kJ，试问流 。 体的熵变（ B ）

(A) 小于零 (B) 大于零 (C) 等于零 (D) 说不清楚 9. 稳定流动系统的能量累积为零，熵的累积则（ D ）。 (A) 大于零； (B) 不确定； (C) 小于零 (D) 等于零

10. 容器中开始有物质的量为n0mol的水蒸气，当按反应H2O1H2O2分解

2 2

成为氢气和氧气的反应进度为时，氧气的摩尔分数为( C ) （已知：

dniid）

n0 (B)

n00.5n00.5(A) (C)

0.50.5 (D)

n00.5n0三、计算题 （共50分）

1．（8分）用SRK方程计算3.76MPa、353K下氨的气相摩尔体积。 已知：(1) SRK方程为paac(Tr)

RTa，其中： VbV(Vb)R2Tc2 ac0.42748pc(Tr)1(0.481.5740.1762)(1Tr0.5)

b0.08664RTc。 pc(2) 可供参考的迭代计算式为：

V(k1)bRT，初值可选用理想气体计算。

ap(k)(k)VVb(3) 氨的临界参数为：Tc405.3K，pc11.318MPa，0.255

(RTc)2(8.314405.3)2解：ac0.427480.42748428863.8

pc11.318(Tr)1(0.481.5740.1762)(1Tr0.5)3531(0.481.5740.2550.1760.255)(1)

405.31.0580720.5(Tr)1.11951

aac(Tr)428863.81.11951480117.3

b0.08664

RTc8.314405.30.0866425.79(cm3.mol-1) pc11.3183

V(k1)25.792934.842

480117.33.76(k)(k)V(V25.79)取V(0)RT/p780.54(cm3.mol-1)为初值，得

V(1)674.68，V(2)640.3，V(3)626.49，V(4)620.5，

V(5)617.82，V(6)616.61，V(7)616.05，已收敛，

V即Vm616.05(cm3.mol-1)

2．（8分）25℃和0.1MPa下组分1和组分2形成溶液，其体积可由下式表示：

V12020x18x12cm3.mol-1，式中x1为组分1的摩尔分数。试求： （1）V1,V2的表达式；（2）V1,V2的值。

已知：二元系统的偏摩尔量和摩尔量之间的关系可写为：

M1M1x1dMdM，M2Mx1。 dx1dx1解：（1）根据

dVVV(1x)11dx1 dVVVx21dx1V12020x18x12

dV2016x1 dx1V112020x18x12(1x1)2016x110016x18x21cm.mol3-1

V212020x18x12x12016x11208x12cm3.mol-1

23-1（2）V1limV1lim10016x18x192cm.mol

x11x11 4

V2limV2lim1208x12120cm3.mol-1

x10x10或：

将x11及x10分别代入式V12020x18x1

2得：V112020892cm3.mol-1

V2120cm3.mol-1

3．（12分）对于组分A、B组成的二元溶液，汽相可看作理想气体，液相为非理想溶液，溶液的过量Gibbs自由焓与组成的关系可表示为：GE0.75RTxAxB。已

ss知300K下pA1.866kPa,pB3.733kPa。试求：该温度下当液相组成为xA=0.2时

的汽相组成和压力。假设此系统符合低压下汽液平衡关系pyipisxii(i=1,2)。(已知：活度系数lni为GERT的偏摩尔量，即满足关系式

nGERT)。 lniniT,p,nj[i]0.75nAnBnGE 解： 由n0.75xAxBRTnnGE/RT又lnA

nAnB2则：lnA0.75xB0.750.82A1.6161

2lnB0.75xA0.750.22B1.0305

ssppAxAApBxBB1.8660.21.61613.7330.81.03053.681kPa spAxAA1.8660.21.6161yA0.164

p3.681yB1yA10.1640.836

4、 （12分）某换热器完全保温，热流体的流量为0.042kgs-1，进出换热器时

5

的温度分别为150℃、35℃，其恒压比热容为4.36kJkg-1K-1，冷流体进出时的

-1-1温度分别为25℃、110℃，其恒压比热容为4.69kJkgK。试计算此换热器的

损耗功WL。已知大气温度为25℃，气体按理想气体近似计算。

已知：稳流过程的热力学第一定律HQWs；热力学第二定律

miSiinmjSjoutSfSg0；损耗功WLTSg，理想气体的焓

ijT2p2SclnRln变和熵变计算式分别为：HcpT， 。 pT1p1解：取换热器为系统，根据热力学第一定律知：HQWS

因为Q0,WS0，所以H0

即：mHcpH(TH2TH1)mLcpL(tL2tL1)0

0.0424.36(35150)m24.69(11025)0解得m20.0528kgs-1

热流体：SHmHcpHln冷流体：SLmLcpLlnTH2TH10.0424.36ln308.150.05807kJK-1s-1

423.15TL2TL10.05284.69ln383.150.06211kJK-1s-1

298.15根据热力学第二定律知：

(SHSL)SfSg0，∵Q=0，Sf0

SgSHSL0.058070.062110.00404kJK-1s-1 WLTSg0.00404298.151.205kJs-1

5、（10分）某蒸汽压缩制冷循环，制冷量Q04104kJh-1，蒸发室温度为-10℃，若冷凝器用水冷却，冷却水进口温度为8℃，循环水量无限大，请设计一套功耗最小的循环装置，并计算制冷循环消耗的最小功。若用空气来冷却冷凝，室温为25℃，消耗的最小功又是多少？已知制冷系数为Q0TL，Carnot。 WsTHTL解：(1) 设计的最小功耗装置为逆向Carnot循环，对逆向Carnot循环则有：

6

Q0TL4104263.15C，即： WSTHTLWS281.15263.15WS2736.1kJh-10.76kW

(2) 当以25℃空气冷却时，则有：

4104263.15，WS5320.2kJh-11.48kW WS298.15263.15

四、证明与推导题 （6分）

试运用热力学基本方程及基本关系式证明下式成立：

GTGTHV(a)(4分) ； (b) (2分) 2TTpTpT已知：dGSdTVdp；GHTS

G证明：(a)dT

TdGGdTdT T2GdGSdTVdp S

TP又GHTS

GGdTTTSHTSH 则：T2T2dTTppG(b) 又V

pTGTV pTT 7