化工热力学试卷三套与答案

一． 选择题（每题2分，共10分）

1.纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是温度的函数 B 是T 和P 的函数

C 是T 和V 的函数

D 是任何两强度性质的函数

2.T 温度下的过冷纯液体的压力P （A 。参考P －V 图上的亚临界等温线。）

A. >()T P s

B. <()T P s

C. =()T P s

3. 二元气体混合物的摩尔分数y 1=0.3，在一定的T ，P 下，8812.0?,9381.0?21==??

，则此时混合物的逸度系数为 。（C ）

A 0.9097

B 0.89827

C 0.8979

D 0.9092

4. 某流体在稳流装置中经历了一个不可逆绝热过程，装置所产生的功为24kJ ，则流体的熵变（ A ）

A.大于零

B.小于零

C.等于零

D.可正可负 5. Henry 规则（ C ）

A 仅适用于溶剂组分

B 仅适用于溶质组分

C 适用于稀溶液的溶质组分

D 阶段适用于稀溶液的溶剂 二、填空题（每题2分，共10分）

1. 液态水常压下从25℃加热至50℃，其等压平均热容为75.31J/mol,则此过程的焓变为

（1882.75）J/mol 。

2. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig

P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，

则，等温过程的 W =21ln

P P RT -，Q =2

1

ln P P RT ，U = 0 ，H = 0 。

3. 正丁烷的偏心因子ω＝0.193，临界压力为p c ＝3.797MPa ，则在Tr ＝0.7时的蒸汽压为

（ 0.2435 ）MPa 。

4. 温度为T 的热源与温度为T 0的环境之间进行变温热量传递，其等于热容为Cp ，则E xQ 的

计算式为(0

(1)T

xQ p T T

E C dT T =

-

?

）。 5. 指出下列物系的自由度数目，(1)水的三相点 0 ，(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡

状态 1

三、简答题：（共30分） 1. 填表（6分）

ln ln i

2. )1(),1(122211bx V V ax V V +=+=，其中V 1，V 2为纯组分的摩尔体积，a ，b 为常数，问所提出

的模型是否有问题？（8分） 解：由Gibbs-Duhem 方程得， b V x V x a 1

12

2=

， a,b 不可能是常数，故提出的模型有问题。 3. 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。（5分） 答：封闭系统的热力学第一定律：W Q U +=? 稳流系统的热力学第一定律：s W Q Z g u H +=?+?+

?2

2

1 4.分析作外功的绝热膨胀后温度降低的原因，并在T-S 图中示意。（6分）

5. .写出稳流体系的熵平衡方程，并指出各项的含义。（5分） 答：

0i i j j Q

m S m S S T

δ-++?=∑∑?

产生入

出

四、试由饱和液体水的性质估算(a)100℃，2.5MPa 和(b)100℃，20MPa 下水的焓和熵，已知100℃下水的有关性质如下（15分）

101325.0=s P MPa ，04.419=sl H Jg -1

，3069.1=sl S J g -1K -1

, 0435.1=sl V cm 3 g -1

,

0008.0=???

? ??≈??? ??dT dV T V sl P ??cm 3 g -1 K -1 解：体系有关状态点如图所示

所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由 0008.0-=???

? ??-≈??? ????-=??? ????dT dV T V P S sl p T cm 3 g -1 K -1 得

()

()101325.00008.03069.10008.00008.0--=-≈-≈-?

P S P P dP S

S P

P s

sl

s

或

又 745.00008.015.3730435.1=?-=???

? ??-≈??? ????-=??? ????dT dV T V T V T V P H sl sl P T cm 3 g -1 得

()()101325.0745.004.419745.0745.0-+=-=≈-?P H P P dP H

H P

P s sl

s

或

当P =2.5MPa 时，S =1.305 Jg -1

K -1

；H = 420.83J g -1

；

当P =20MPa 时，S = 1.291Jg -1 K -1；H =433.86J g -1

。

五、由气体状态方程p(V －b)＝RT （其中b 是与温度无关的常数），推导剩余焓和剩余熵的表达式。（10分）

解：bp dp p R T b p

RT dp T V T V H p p p R =???

???-+=???

?

??????? ????-=??00

000

=???

???-=???

???????? ????-=??

dp p R p R dp T V p R S p p

p R

六、通过virial 方程计算每克CO 2在310K 和0.81MPa 时的体积。已知CO 2的临界压力和临

界温度分别为7.376MPa 、304.2K ，偏心因子为0.23。（10分） 解：02.12.304/310==r T Pr ＝0.81/7.376=0.108

3

102

.416

.1066.704481.0310314.8965.0965

.0)(10193.002

.1172

.0139.0326.002.1422

.0083.0cm pM ZRT V T p B B Z B B w r r

=???===???

? ??++=-=-=-=-

=ω

七、甲烷由98.06kPa ，300K 压缩后冷却到6.667kPa ，300K 。若压缩过程耗功1021.6kJ/kg ，求（1）冷却器中需要移走的热量；（2）压缩冷却过程的损失功；（3）压缩冷却过程的理想功；（4）压缩冷却过程的热力学效率。环境温度为T 0＝300k ，已知：（15分） 98.06kPa ，300k 时，H 1＝953.74kJ/kg ，S 1=7.0715 kJ/kg ?K 6.667kPa ，300k 时，H 2＝886.76kJ/kg ，S 2=4.7198 kJ/kg ?K

解：（1）kJ/kg 6.10886.102174.95376.866-=--=-?=s W H Q

(2)()kJ/kg

09.383300/6.1088075.77198.4300)(012001=+-?=?????

?-+-=?=T Q S S T S T W t (3)())075.77198.430074.95376.8660-?--=?-?=S T H W id =-793.54 kJ/kg (4)%7.776

.102154

.793=--==

s id W W η

一、 单项选择题（每题1分，共30分）： 本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表：

1．关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） A. 研究体系为实际状态。

B. 解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。

C. 处理方法为以理想态为标准态加上校正。

D. 获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。

E. 应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。

2．Pitzer 提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（ ）。

A ．

B = B 0ωB 1 B ．B = B 0 ω + B 1

C ．BP C /（RT C ）= B 0 +ωB 1

D ．B = B 0 + ωB 1

3．下列关于G E

关系式正确的是（ ）。

A. G E = RT ∑X i ln X i

B. G E

= RT ∑X i ln a i

C. G E = RT ∑X i ln γi

D. G E

= R ∑X i ln X i 4．下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为（ ）。 A. i i G μ=-

B. dT S dP V G d i i i -

---=；C. ()i

j n P T i i n nG G

≠?

???????=-,, D. ()i

j n

nV T i i n nG G ≠????????=-,,

5.下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质( )

（A ）与外界温度有关 (B) 与外界压力有关 (C) 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性。

6．泡点的轨迹称为（ ），露点的轨迹称为（ ），饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为（ ）。

A. 饱和汽相线，饱和液相线，汽液共存区

B.汽液共存线，饱和汽相线，饱和液相区

C. 饱和液相线，饱和汽相线，汽液共存区

7．关于逸度的下列说法中不正确的是 ( )

（A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。

（C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 8．范德华方程与R －K 方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V 存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的V 值是 。 A 、饱和液体体积 B 、饱和蒸汽体积

C 、无物理意义

D 、饱和液体与饱和蒸汽的混合体积 9．可以通过测量直接得到数值的状态参数是 。 A 、焓 B 、内能 C 、温度 D 、 熵

10．对于流体混合物，下面式子错误的是 。

A 、 i i i V P U H +=

C i i V i i U U =

D 、理想溶液的i i S S = i i G G = 11．由纯组分形成理想溶液时，其混合焓ΔH id

。

A. >0；

B. =0；

C. <0 ；

D. 不确定。 12．体系中物质i 的偏摩尔体积i V 的定义式为： 。 A.i j n v T i

i

i n V V ≠??=,,][

B .i j n v T i i n V V ≠??=,,][总

C .i j n p T i i i n V V ≠??=,,][ D. i j n p T i i n V V ≠??=,,][总 13．混合气体的第二维里系数

A . T 和P 的函数 B. 仅为T 的函数 C . T 和组成的函数 D . P 和组成的函数

14．下列论述错误的是 。

A ．P-R 方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。 B. R-K 方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。

C.活度系数可以大于1也可小于1。

D. 压缩因子可以大于1也可小于1。 15．混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是 。

A.i i f x f ∧

∑=； B. i f f ∧

∑=； C. ln i

i

i x f x f ∧

∑=ln

； D. ln 0

ln f

x f i

∑=

16．纯物质临界点时，对比温度 T r 。

A.＝ 0；

B. > 1；

C. < 1 ；

D. = 1。

17．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

A 18. 在373.15K 和101325Pa 下水的化学位与水蒸气化学位的关系为

(A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽)

(C) μ(水)＞μ(汽) (D) 无法确定

19． 298K 下，将两种液体恒温恒压混合，形成理想液态混合物，则混合前后下列热力学性质的变化情况为：

(A) ?S>0，?G<0 (B) ?S=0，?G<0 (C) ?S<0，?G>0 (D) 以上均不对

20在同一温度下，单组分体系T—S图上各等压线随熵值的增大，压力将（）A．增大 B．减小 C．不变 D．不一定

21.偏摩尔性质是（）A．强度性质 B．容量性质 C．超额性质 D．剩余性质

22等温等压下，在A和B组成的均相体系中，若A的偏摩尔体积随A浓度的改变而增加，则B的偏摩尔体积将随A浓度的改变：( )

A. 增加

B. 减小

C. 不变

D. 不一定

23. .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

24.关于化学势的下列说法中不正确的是( )

A. 系统的偏摩尔量就是化学势

B. 化学势是系统的强度性质

C. 系统中的任一物质都有化学势

D. 化学势大小决定物质迁移的方向

25.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

26. V g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(V g- V l) + V g

B. V= (V g- V l) + x V l

C. V= x(V g- V l) +V l

D. V=(1-x)V g+ x V l

27.对理想溶液具有负偏差的体系中，各组分活度系数γi（）。

A． >1 B. = 0 C. = 1 D. < 1

28.对1mol符合)

P-

RT

=状态方程的气体，)

V

/(b

S?

?T应是（）

(V

/

A. R/（V-b）

B. R

C. -R/P

D. R/T

29.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， PR方程，请为它们的计算准确度排序。

A．RK>PR>SRK>vdW>理想气体方程; B．PR≈SRK>RK>vdW>理想气体方程;

C．PR>vdW> SRK>RK>理想气体方程; D．SRK > RK > PR > vdW >理想气体方程;

30.

在P-V 图上，从过热蒸气的状态点a 出发，达到过冷液体的状态点d ，可以是均相的途径(a →b → c → d)，也可以是非均相的途径(a → b ’ → c ’ → d)。请指出相应正确的P-T 图为

.

A. B. C ． D. 二、填充题（每空1分，共25分）

1．纯物质 P-V 图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于 ___0______。

2．剩余性质是指在相同的温度和压力下 真实气体与理想气体 热力学性质之差。 3. 超额性质是指真实溶液与理想溶液 热力学性质之差。

4．溶液中组分i 的活度系数的定义是 i γ =id i

i i i i i i f ?/f ?f x /f ?x /a ?==。 5．某气体温度为T ℃，其临界温度为T C ℃，给气体加的压力P 足够大，则气体能被液化的

温度条件是 T< T C 。

6．检验汽液平衡数据可靠性的基本公式为 Gibbs-Duhem 方程，其形式为

()0M d x i

N

0i i

=∑=。

7．在真实气体混合物P →0时，组分i 的逸度系数i ∧

φ等于 1 。 8．三参数对比状态原理中，三参数是指T r , P r , ω 。

9.混合法则描述的是混合物的虚拟参数与所含纯组分以及组成之间 的关系,它的提出是了 解决 混合物热力学性质 的计算问题。

10.偏心因子的定义是 ，其物理意义是 表示分子与简单的球形流体在形状和极性方面的偏心度。 。

题号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C C D D C D B C D 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 B D C B C D A A A B 题号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 答案 A

B

C

A

B

C

D

A

B

B

000

.1)P lg(7.0T s

r r

--==ω