石大030112化工热力学期末复习题.docx

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O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pcD、高于临界温度Tc和低于临界压力PC答案：A2.若Z为x、y的连续函数，有全微分dz=M<k+Ndy,则有（）。D、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=TdS-pdVB、<iH=TdS+VdpC、dG-Vd7-SdI）、dL4=pdV-SdT答案：D4.计算熔值时要选取参考态7b、/%,参考态的压力Q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：B5.关于剩余性质/R,理想气体性质"g,下列公式正确的是（）。A、MR=M+AT*B、MIi=M2MiE0、Mli=M-M1三D、Mie-M+Mli答案：C6.在远离临界温度的条件下，蒸汽视为理想气体，假定蒸发嬉牙叩不随温度变化，则得到蒸气压方程为：lnp'=A-8/T,式中4、B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（）。(nH)3(A)ni(nU)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=（）。A、n,MlB、XX阀C、xlSiiD、111M1答案：D9有关AM、后,的关系式,下列式子不正确的是OOA、=xiMi/=1NB、M=M-xiMl1=1C、M=limMjj->1D、XWd&吃=O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、/=犷B、小=乃&尸=产D、，=产答案：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、zyiiPB、£=xYftaZyiip答案：c12.己知体系压力P与液相组成第，求泡点温度T与汽相组成处在实际进行计算时，需要da、给定温度的初始值B、假定各组分的活度系数H=IC、给定汽相组成V的初始值答案：A13.用yp=x亿p:进行汽液平衡计算时，除了可以直接测定的人p、K和Xi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O不是其特点。A、9 dr2掰 t/ + + Z=OIsystB、”C、m =¾ =°inOLltD、$。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,AH=-MB、AH=QC、7=0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OoA,W=sB、H=OC、AH=Q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,则这两个过程的懒变（）。A、ASa=ASbB、Sa>SbC、5a<SbD、不能确定答案：A18.根据摘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、dSiso0B、d5t>0C、dSsu110D、（dSsyst+d5surr）N0答案：C19.过热蒸汽经绝热可逆膨胀，对外做功为M,经过计算此过程的理想功为Wd,则IWKIl（）Ws.A、大于B、等于C、小于D、不能确定答案：B20流体（7Kpi）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、饱和蒸汽上超临界流体&过热蒸汽0、液体答案：C22.下列O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D,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（）。A、能量守恒B、质量守恒C燃守恒D、爆守恒答案：A25.下列（）是不具有轴功的设备。A、泵B、压缩机C,换热器氏透平答案：C二、判断题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：=-82.55C,R=4.60MPao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方程中尻反映了异分子间的相互作用力，因此瓦=O的气体必定是理想气体混合物。答案：错4偏心因子a表示分子的偏心度或非球性，对简单球形流体（氢、氟、筑）的3=0。答案：对5.偏心因子可用于正常流体，也可用于H人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r2的范围。答案：错7.普遍化方法只是估算的方法，它不能用来代替P=可靠的实验数据。答案：对8.原则上，由状态方程和理想气体定压热容CP模型就可以计算所有均相封闭体系热力学性质的变化值。答案：对9.真实气体的定压热容Cp只是温度的函数。答案：错10.理想气体的定容热容CV是T和V的函数。答案：错IL偏摩尔性质的定义可表示为畔£2=用。答案：错12.二元混合溶液，若己知一个组分A的摩尔性质，以及另一组分B的偏摩尔性质，则可利用GibbS-DUheE方程通过积分的方法，求解出A组分的偏摩尔性质。答案：对13.浓硫酸用水稀释配制酸溶液的过程中出现放热现象，这说明混合过程中，溶液的混合婚变A后0。答案：对14.逸度也是一种热力学性质，溶液中组分，的分逸度与溶液逸度的关系为In/=之Xjn才。答案：错15.当压力PfO时，J7pf81,答案：错16.对于二元混合物系统，当在某浓度范围内组分2符合Henr规则，则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。答案：对17.对二元体系，若得到的X呈线性关系，则可以判断该溶液符合VanIaar玉三方程。答案：错18.在（轻组分I-重组分2）体系的汽液平衡中，>,>x,y2<x20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PaZ与活度系数之间的关系p"'yipXtPt=p2»答案：对20.热量有效能Eo不仅与热量Q有关，而且与环境温度Tb及热源温度4或Tm）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.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.经等睛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。f=C-P+2相对挥发度定义为汽液平衡时，入J两组分汽液平衡比的比值。"KJ3吃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vanLaar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方程适用于含炷、醇、醒、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i在汽相中的摩尔分数V与在液相中的摩尔分数Xj的比值。Klyii；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T-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（等埼膨胀）特点AH=OAS=O温降与制冷量温降AT"小，制冷量小温降八大，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他不做功WS=O做功WSVO设备、操作、投资节流阀、结构简单、操作方便、投资小膨胀机、结构复杂、操作较复杂、投资大流体相态适用于汽液两相区、甚至于液相区不适于出现液滴的场合5.请简要解释Rankine（朗肯）循环。答案：Rankine（朗肯）循环是第一个具有实践意义的蒸汽动力循环。Rankine循环是最简单的蒸汽动力循环，如图所示。工质在锅炉中吸收热量而汽化成饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器中吸热成过热蒸汽1。高温高压的新蒸汽（状态1）进入透平机，在透平机内绝热膨胀做功。透平出口蒸汽是低压下的湿蒸汽2（工程上也称乏气）。乏气（状态2）在冷凝器内被循环水冷却，凝结成饱和水（状态3）。凝结水经过给水泵压缩升压成压缩水4后再次进入到锅炉，完成一个封闭的循环。这种简单的蒸汽动力循环称为Rankine循环。6.请解释：剩余性质、埔增原理答案：剩余性质表示在相同的温度、压力下，真实气体状态和理想气体状态下热力学性质之间的差值。燃增原理：孤立体系的燃值永增不减。即：dSiso>0=在孤立体系中一切能够自发进行的过程都必须是烟值增大的过程，而当燃值增加到最大时，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嫡值保持不变。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)埔分析法：以热力学第一与第二定律为基础，能够计算不可逆过程的嫡产生量，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，以及由此造成的炮损失。(3)炮(有效能)分析法：以热力学第一、第二定律为基础，通过蜘平衡方程来确定过程或装置的炮损失和爆效率，可指出过程蜘损失的大小、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，而炳分析法与爆分析法所得的结果是一致的，且炮分析法能够计算排出体系的能流和物流损失，分析更为全四、计算题1.己知氯仿(1)和甲醇(2)组成的二元溶液，在50C时，各组分的无限稀释活度系数分别为"=2.3,疗=7.0,饱和蒸汽压分别为：P：=67.58kPa,=17.63kPa°请问：假定该体系服从VanLaar方程，请计算50C时与Xl=O.3成平衡关系的汽相组成"。在5(TC时由纯组分混合形成ImOl上述溶液的G值。己知Van Laar方程式如下:4答案：解： 对VanLaar方程：Iny2 =j &1。2A=In7；=In2.3=0.833%=iny；=In7.0=1.946用=0.3时，两组分的活度系数为= 0.5948fl+01833><03为工JL9460.7ln2=rT=0.04676II0.833x0.3；.'.%=1,8126%=】(幽ylp=,ipiy=%Pa，p=%p'+%p;=0.3×1.8126x67.58+0.7×1.048X17.63=49.68kPa.0.3×1.8126×67.58_.，汽相组成为ItM=l<i1=0.740P49.68(2)在5(TC由纯组分混合形成溶液(组成Xl=O.3)的AG值ZiG=A?ZwIn(A0=<M蔚W)+毛111(2,)ZlG=8.314X(273.15+50)×.3Xln(1.8126X0.3)+0.7×ln(l.M8×0.7)=8.314×323.15X(-0.3996)=-1073.6J/mol2.在常压(101.325kPa)下，二元体系氯仿(1)-甲醇(2)恒沸混合物的组成Xl=O.65,其沸点为53.5C,如果气相可视为理想气体，液相服从VanLaar方程。并已知纯组分在53.5C卜的饱和蒸汽压分别为：E=7826kPa,P久6453kPa。求：VanLaar方程的常数；(2)53.5C时与x=0.25成平衡关系的汽相组成y|.已知VanLaar方程式如下：其中4=hl+上产l=lnyJl+-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：yiPxJiPi对恒沸点有yi=X（.%="/psi九 p： 78.26= 1.2952 p； 64.53= 1.570计算VanLaai方程的方程常数：Xl=O.65,X2=Lx=O.352In 1.295 1 +O35> In 1.5700.65×lnl.295j=0.9726勾=InyJl +里UJI r2)由57小羽2I O.35× In 1.5702= 1.921(2)Xl=O.25时，两组分的活度系数为后力=弘I &*2+0.97260.9726x0.251.921x0.75了 = 0,7121.921f11 1-921x0.75 0.9726 X 0.25 J= 0.0401l=2.0382=1.(¼1丫ylp=pl,%口=%P；二夕=F%P；+Wy2虐=0.25X2.038X78.26+0.75×1.041×64.53=90.25kPa/.汽相组成为：y=三血=。3*2038X78.26=442p90.253.乙醇(1)一苯(2)恒沸混合物的组成Xl=O.448,其在常压(101.325kPa)下的沸点为68.2C,如果气相可视为理想气体，液相服从VanLaar方程。并己知纯组分在68.2”C下的饱和蒸汽压分别为：Pl=66.87kPa,Pi=68.93kPa忐1C求：(I)vanLaar力程的吊数；(2)68.2C时与戈I=O.3成平衡关系的汽相组成)"。己知VanLaar方程式如下：In片=74其中/=ln% 1 +玉里竺I 玉 In %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：ylp=lrtp'对恒沸点有Y=$二%=p/"1=12L"p： 66.87= 1.5152 = !2L'2 卢 68.93=1.4700.552* In 14叫0.448x1111.515)&=In力 l+±ln% =lnl.470 10.448xln 1.515+ .552xlnl.47)= 1.355计算VanLaar方程的方程常数：=o448,X2=O.552Al=In%1+I%=In1.5151In %1.907 1.907x0.3("1.355x0,7；r = 0.1918 l,355×0.7Y(+ 1.907x0.3；（2）Xl=O.3时，两组分的活度系数为-0,7420%=2.1002=1.211，y=*%口；P=X2%Pi工P=Xl%P；+%虐=0.3×2.1×66,87+0.7×1.21Ix68.93=100.56kPa生IeIZr口xYPO.3O×2.1OOX66.87.汽相组成为：Y=HrL=P100.564.己知正丙醇（1）-甲苯（2）共沸混合物的组成XI=O.6,其在101.325kPa下的沸点为926C,且在此温度下，Pi=85.04kPa,P；=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与川=0.2时的泡点压力及与之成平衡的汽相组成已知Margules方程式如下：In%=¥A2+2(4|-&)xJIn%=片&+2(Ai2-A2l)x2其中 A，= 土卢In%+迎堂.F-X212 In K% =-LVhF+ ziX尤2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=xiPt对恒沸点有=匕.r,=p/PiP101.325匕=1.191,pj'85EP101.325V=-=1.7192p；58.96计算Margules方程的方程常数A2=玉二卢Inyt+也=1,5874=ln%+Z=175(2)X尸0.2时，两组分的活度系数为111%=X?A?+2(A,112)=o.91O2Iny2=斗4+2(&&)玉=0.07341=2.4852=1.076.y,pxpNP=WP;.P=M%尸：+玄/p:=0.2×2.485×85.04+0.8×1.076×58.96=93.02kPa.汽相组成为：yV/； 0.2x2.485x85.04= 0.4545.在一定温度下，二元溶液的摩尔嬉为:7/=5x1+10+15x,x2(kJmol)试求组分1和2的偏摩尔燃h和凡表达式(用；n表示)。答案：解：用X2=15化简题给表达式77=5%+IOX&+15xij51+1CK1-)+15xl(1-X1)=10+10x-15x；dHd%10-30x1用解析法求解组分1的偏摩尔嬉77dH、dHHJ=H-JC2-=H+(1x1)ax2dx=10+IOXl-15xi2÷(l-x1)(10-30x)=20-30M+15H2 = H-xidHJx1=10+1Oxl-15xl2-1(10-30xi)=10+I5x12