化工热力学答案第二版 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
第1章 绪言
一、是否题
1. 封闭体系的体积为一常数。（错）
2. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；
达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对）
3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）
4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。）
5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积
相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的?=2
1
T T V dT C U ?；同样，对于初、终
态压力相等的过程有?=2
1
T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无
关。） 二、填空题
1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。
2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做
以V 表示)
以P 表示)。
3. 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
A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =()112
1T P P R C ig P ???
?
??--，?H =
112
1T P P C ig P ???
? ??-。 B 等温过程的 W =21ln
P P RT -，Q =2
1ln P P
RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 C 绝热过程的 W =(
)
????
?????
?-???? ??--
112
11ig
P
C R
ig
P
P P R V P R C ，Q = 0 ，?U =(
)
????
?????
?
-???
? ??-112
11ig P
C R
ig
P
P P R V P R C ，?H =112
1T P P C ig P C R ig P
??????????-???? ??。 4. 1MPa=106
Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。
5. 普适气体常数R =8.314MPa cm 3 mol -1 K -1=83.14bar cm 3 mol -1 K -1=8.314 J mol -1 K -1
=1.980cal mol -1 K -1。 四、计算题
1. 某一服从P （V-b ）=RT 状态方程（b 是正常数）的气体，在从1000b 等温可逆膨胀至
2000b ，所做的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍？
2.
解：000722.12ln 9991999ln ln ln
1
212=???
??=----=
V V RT b V b
V RT W W ig rev
EOS
rev
3. 对于ig
P C 为常数的理想气体经过一绝热可逆过程，状态变化符合下列方程
γ
γ)
1(1212-??
?
???=P P T T ，其中ig V
ig P C C =
γ，试问，对于2cT bT a C ig
P ++=的理想气体，上述关系式又
是如何 以上a 、b 、c 为常数。
解：理想气体的绝热可逆过程，PdV W dU rev -=-=δ
4. 一个0.057m 3
气瓶中贮有的1MPa 和294K 的高压气体通过一半开的阀门放入一个压力恒定
为0.115MPa 的气柜中，当气瓶中的压力降至0.5MPa 时，计算下列两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体量。(假设气体为理想气体)
(a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程；
(b)气体流动很快以至于可忽视热量损失（假设过程可逆，绝热指数4.1=γ）。
解：（a ）等温过程
66.11294
314.857000
5.0294314.8570001112111=??-??=-=
RT V P RT V P n ?mol (b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化
18.24115.02944
.11
4.11
12
12=?
?
? ???=???
? ??=--r
P
P T T γK
11.918
.241314.857000
5.0294314.8570001212111=??-??=-=
RT V P RT V P n ?mol 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程
一、是否题
1.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体
区。）
2.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则
是超临界流体。）
3.由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体
的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z<1。（错。如温度大于Boyle温度时，Z＞1。）
4.纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错。纯物质的三相平衡时，
体系自由度是零，体系的状态已经确定。）
5.在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。（对。这是纯物质的
汽液平衡准则。）
6.纯物质的平衡汽化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零。
（错。只有吉氏函数的变化是零。）
7.气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。（对。）
二、选择题
1.指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为(C。参
考P－V图上的亚临界等温线。)
A.饱和蒸汽
B.超临界流体
C.过热蒸汽
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. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （B 。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
4. 纯物质的第二virial 系数B （A 。virial 系数表示了分子间的相互作用，仅是温度的函
数。）
A 仅是T 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
5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（A 。要表
示出等温线在临界点的拐点特征，要求关于V 的立方型方程）
A. 第三virial 系数
B. 第二virial
系数
C. 无穷项
D. 只需要理想气体方
程
6. 当0→P 时，纯气体的()[]P T V P RT ,-的值为（D 。因
()[]0lim lim ,lim 000=???
??????? ????=-=→→→B
T T P T P P P Z P Z RT P T V P RT ，又） A. 0 B. 很高的T 时为0 C. 与第三virial 系数
有关
D. 在Boyle 温度时
为零
三、填空题
1. 表达纯物质的汽平衡的准则有()()()()sl sv sl sv V T G V T G T G T G ,,==或（吉氏函数）、
vap vap
s
V T H dT dP ??=（Claperyon 方程）、()
?
-=sv
sl
V V sl sv s V V P dV V T P ),(（Maxwell 等面积规则）。它们能（能/不能）推广到其它类型的相平衡。
2. Lydersen 、Pitzer 、Lee-Kesler 和Teja 的三参数对应态原理的三个参数分别为
c r r Z P T ,,、ω,,r r P T 、ω,,r r P T 和ω,,r r P T 。
3. 对于纯物质，一定温度下的泡点压力与露点压力相同的（相同/不同）；一定温度下
的泡点与露点，在P －T 图上是重叠的(重叠／分开)，而在P-V 图上是分开的(重叠／分开)，泡点的轨迹称为饱和液相线，露点的轨迹称为饱和汽相线，饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为汽液共存区。纯物质汽液平衡时，压力称为蒸汽压，温度称为沸点。
4. 对于三混合物，展开PR 方程常数a 的表达式，∑∑==-=3
13
1)1(i j ij jj ii j i k a a y y a =
()()()31131323323212212132
3222121121212k a a y y k a a y y k a a y y a y a y a y -+-+-+++，其中，下标
相同的相互作用参数有332211,k k k 和，其值应为1；下标不同的相互作用参数有
),,(,,123132232112123132232112处理已作和和和k k k k k k k k k k k k ===，通常它们值是如何得到？从实验数
据拟合得到，在没有实验数据时，近似作零处理。 。
5. 正丁烷的偏心因子ω=0.193，临界压力P c =3.797MPa 则在T r =0.7时的蒸汽压为
2435.0101==--ωc s P P MPa 。
四、计算题
1. 在常压和0℃下，冰的熔化热是334.4Jg -1，水和冰的质量体积分别是1.000和1.091cm 3
g -1
，且0℃时水的饱和蒸汽压和汽化潜热分别为610.62Pa 和2508Jg -1
，请由此估计水的三相点数据。
解：在温度范围不大的区域内，汽化曲线和熔化曲线均可以作为直线处理。
对于熔化曲线，已知曲线上的一点是273.15K ，101325Pa ；并能计算其斜率是
7
10
3453.1?-=??=fus
m fus m V T H dT dP PaK -1
熔化曲线方程是()15.273103453.11013257-?-=T P m
对于汽化曲线，也已知曲线上的一点是273.15K ，610.62Pa ；也能计算其斜率是
4688.262
.61015
.273314.815.2732508=??
=?≈??=sv b vap
vap b vap s V
T H V T H dT dP PaK -1
汽化曲线方程是()15.2734688.262.610-+=T P s
解两直线的交点，得三相点的数据是：09.615=t P Pa ，1575.273=t T K
2. 试由饱和蒸汽压方程（见附录A-2），在合适的假设下估算水在25℃时的汽化焓。
解：dT
P d RT
H
RT H T RZ H T Z R H dT P d s
vap
vap
vap vap
vap vap s ln ln 2
2
2
2=→≈
==
?????低压下
由Antoine 方程()
2
ln ln T C B
dT P d T C B A P s s
+=+-=得 查附录C-2得水和Antoine 常数是47.45,36.3826-==C B
故
()84.44291115.29847.4536.3826314.812
2
22
=??
?
??+-?=
??
? ??+=
+=
T C RB RT T C B
H vap ?Jmol -1
3. 一个0.5m 3的压力容器，其极限压力为2.75MPa ，出于安全的考虑，要求操作压力不得
超过极限压力的一半。试问容器在130℃条件下最多能装入多少丙烷（
4. 答案：约10kg ）
解：查出T c =369.85K,P c =4.249MPa,ω=0.152
P =2.75/2=1.375MPa,T =130℃
由《化工热力学多媒体教学》软件，选择“计算模块”→“均相性质” →“PR 状
态方程”，计算出给定状态下的摩尔体积，
V v ＝2198.15cm 3mol -1
m =500000/2198.15*44=10008.4(g)
5. 用Antoine 方程计算正丁烷在50℃时蒸汽压；用PR 方计算正丁烷在50℃时饱和汽、液
相摩尔体积（用软件计算）；再用修正的Rackett 方程计算正丁烷在50℃时饱和液相摩尔体积。（液相摩尔体积的实验值是106.94cm 3
mol -1
）。
解：查附录得Antoine 常数：A =6.8146,B =2151.63,C =-36.24
临界参数T c =425.4K,P c =3.797MPa,ω=0.193
修正的Rackett 方程常数：α=0.2726,β=0.0003
由软件计算知130193.103-=mol cm V sl ，13469.4757-=mol cm V sv 利用Rackett 方程()[]7
/2)
1(11)/(r T r C C sl T P RT V -+-+=βα
6. 试计算一个125cm 3
的刚性容器，在50℃和18.745MPa 的条件下能贮存甲烷多少克（实验
值是17克）
7. 分别比较理想气体方程、三参数对应态原理和PR 方程的结果（PR 方程可以用软件计
算）。
解：查出T c =190.58K,P c =4.604MPa,ω=0.011
利用理想气体状态方程nRT PV = g m RT
PV
n 14872.0=?==
PR 方程利用软件计算得g m n mol cm V 3.1602.1/7268.1223=?=?=
8. 试用PR 方程计算合成气（3:1:22=N H mol ）在40.5MPa 和573.15K 摩尔体积（实验值为
135.8cm 3
mol -1
，用软件计算）。
解：查出
T c =33.19, P c =1.297MPa, ω=-0.22
T c =126.15K, P c =3.394MPa,ω=0.045
五、图示题
1. 试定性画出纯物质的P-V 相图，并在图上指出 (a)超临界流体，(b)气相，（c ）蒸
汽，（d ）固相，（e ）汽液共存，（f ）固液共存，（g ）汽固共存等区域；和(h)汽-液-固三相共存线，(i)T>T c 、T 2. 试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中，M （= V 、S 、G ）随T 的变化（可定性作出 M-T 图上的等压线来说明）。 六、证明题 1. 由式2-29知，流体的Boyle 曲线是关于0=??? ????T P Z 的点的轨迹。证明vdW 流体的Boyle 曲线是()0222=+--ab abV V bRT a 证明：001=??? ????+=????? ? ????? ? ? ?? ????+= ??? ????T T T V P V P V P P V RT P Z 得由 由vdW 方程得 整理得Boyle 曲线 第3章 均相封闭体系热力学原理及其应用 一、是否题 1. 热力学基本关系式dH=TdS+VdP 只适用于可逆过程。（错。不需要可逆条件，适用于只 有体积功存在的封闭体系） 2. 当压力趋于零时，()()0,,≡-P T M P T M ig （M 是摩尔性质）。（错。当M ＝V 时，不恒等 于零，只有在T ＝T B 时，才等于零） 3. 纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，f RTd dG ln =。（错。应该是=-ig G G 0 ()0ln P f RT 等） 4. 当0→P 时，∞→P f 。（错。当0→P 时，1→P f ） 5. 因为? ??? ?? -= P dP P RT V RT 1ln ?，当0→P 时，1=?，所以，0=- P RT V 。（错。从积分式看，当0→P 时，P RT V - 为任何值，都有1=?；实际上，0lim 0=? ???????? ??-=→B T T P P RT V 6. 吉氏函数与逸度系数的关系是()()?ln 1,,RT P T G P T G ig ==-。（错,(),(T G P T G ig - f RT P ln )1==） 7. 由于偏离函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用偏离函数来计算性质随着温度 的变化。（错。因为： ()()()()[ ]()()[]()()[] 0102011102221122,,,,,,,,P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M ig ig ig ig -+---=-） 二、选择题 1. 对于一均匀的物质，其H 和U 的关系为（B 。因H ＝U ＋PV ） A. H ≤U B. H>U C. H=U D. 不能确定 2. 一气体符合P=RT/(V-b )的状态方程从V 1等温可逆膨胀至V 2，则体系的?S 为（C 。 b V b V R dV b V R dV T P dV V S S V V V V V V V T --=-= ??? ????=??? ????=? ??12ln 2 1 2 12 1?） A. 0 3. P S T T S P T V P ??? ????? ????? ????????等于（D 。因为 V V P T T T T T P S T P S T T P P T T V V P P S V P S P V P T S P T V P T S P T V P ??? ????-=??? ????-=??? ??????? ??=????????? ????-??? ??=?? ??????? ????-??? ??=????????? ????? ????? ??=??? ????? ????? ??1??????????????????） 4. 吉氏函数变化与P-V-T 关系为()P RT G P T G x ig ln ,=-，则x G 的状态应该为（C 。因为 ()()P RT P P RT P T G P T G ig ig ln ln 1,),(00===-） A. T 和P 下纯理想气 体 B. T 和零压的纯理想气 体 C. T 和单位压力的纯理想气 体 三、 填空题 1. 状态方程P V b RT ()-=的偏离焓和偏离熵分别是 bP dP P R T b P RT dP T V T V H H P P P ig =???? ??-+=????????? ????-=-? ?0 0和0ln 0 000 =??? ???-=????????? ????-=+- ? ?dP P R P R dP T V P R P P R S S P P P ig ；若要计算()()1122,,P T H P T H -和()()1122,,P T S P T S -还需要什么性质？ig P C ；其计算式分别是 ()() 1122,,P T H P T H -()()[]()()[]()() [] ()dT C P P b dT C bP bP T H T H T H P T H T H P T H T T ig P T T ig P ig ig ig ig ? ? +-=+-=-+---=2 1 2 1121212111222,, 和 ()() 1122,,P T S P T S -()()[]()()[]()() [] dT T C P P R dT T C P P R P P R P T S P T S P T S P T S P T S P T S T T ig P T T ig P ig ig ig ig ? ? +-=++-=-+---=21 21 12 0102010201110222ln ln ln ,,,,,,。 2. 对于混合物体系，偏离函数中参考态是与研究态同温．同组成的理想气体混合物。 四、计算题 1. 试计算液态水从 2.5MPa 和20℃变化到30MPa 和300℃的焓变化和熵变化，既可查水的性 质表，也可以用状态方程计算。 解：用PR 方程计算。查附录A-1得水的临界参数T c =647.30K ；P c =22.064MPa ；ω=0.344 另外，还需要理想气体等压热容的数据，查附录A-4得到，得到水的理想气体等压热容是 为了确定初、终态的相态，由于初．终态的温度均低于T c ，故应查出初、终态温度所对应的饱和蒸汽压(附录C-1)，P 1s =0.02339MPa ；P 2s =8.581MPa 。体系的状态变化如下图所示。 计算式如下 由热力学性质计算软件得到， 初态（蒸汽）的标准偏离焓和标准偏离熵分别是()()86782.18,1 111-=-RT T H P T H ig 和 ()()72103.11,,1111-=-R P T S P T S ig ； 终态（蒸汽）的标准偏离焓和标准偏离熵分别是()()438752.6,2 222-=-RT T H P T H ig 和 ()()100481.5,,2222-=-R P T S P T S ig ； 另外，，得到( )1 2.18622 1 -=?Jmol dT C T T ig P 和() ?--=2 1 11236.23T T ig P K Jmol dT T C 所以，本题的结果是()()111618.116,1.74805----=?-=?K Jmol S Jmol H 2. （a ）分别用PR 方程和三参数对应态原理计算，312K 的丙烷饱和蒸汽的逸度（参考答 案1.06MPa ）；（b ）分别用PR 方程和三参数对应态原理计算312K ，7MPa 丙烷的逸度；(c)从饱和汽相的逸度计算312K ，7MPa 丙烷的逸度，设在1~7MPa 的压力范围内液体丙烷的比容为2.06cm 3 g -1 ，且为常数。 解：用Antoine 方程A=6.8635,B=1892.47,C=-24.33 （a ） 由软件计算可知812.0208.0ln =?-=?? (b) 188.067.1ln =?-=?? MPa f 316.1=∴ 3. 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 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 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 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。 4. 压力是3MPa 的饱和蒸汽置于1000cm 3 的容器中，需要导出多少热量方可使一半的蒸汽冷凝(可忽视液体水的体积) 解：等容过程，12t t t V U U U Q -==? 初态：查P =3MPa 的饱和水蒸汽的 17.671=sv V cm 3g -1；94.26031=sv U Jg -1 水的总质量89.141 == sv t t V V m g 则4.3876611==sv t t U m U J 冷凝的水量为445.75.0=t m g 终态：是汽液共存体系，若不计液体水的体积，则终态的汽相质量体积是 34.134212==sv sv V V cm 3 g -1 ，并由此查得05.840,0.259422==sl sv U U Jmol -1 5.255665.05.0222=+=sl t sv t t U m U m U J 移出的热量是()J 9.1319912=?+?-=t t U U Q 5. 在一0.3m 3的刚性容器中贮有1.554×106 Pa 的饱和水蒸汽，欲使其中25%的蒸汽冷凝， 问应该移出多少热量 最终的压力多大 解：同于第6题，结果()Pa P Q s 610107.2,kJ 7.977?== 五、图示题 1.将下列纯物质经历的过程表示在P-V，ln P-H，T-S图上 (a)过热蒸汽等温冷凝为过冷液体； (b)过冷液体等压加热成过热蒸汽； (c)饱和蒸汽可逆绝热膨胀； (d)饱和液体恒容加热； (e)在临界点进行的恒温膨胀. 北京化工大学2016——2017学年第一学期 《化工热力学》期末考试试卷 班级： 姓名： 学号： 任课教师： 分数： 一、（2?8=16分）正误题（正确的画√，错误的画×，标在[ ]中） ［√］剩余性质法计算热力学性质的方便之处在于利用了理想气体的性质。 ［×］Virial 方程中12B 反映了不同分子间的相互作用力的大小，因此120B =的气体混合物，必定是理想气体混合物。 ［√］在二元体系中，如果在某浓度范围内Henry 定律适用于组分1，则在相同的浓度范围内，Lewis-Randall 规则必然适用于组分2。 ［×］某绝热的房间内有一个冰箱，通电后若打开冰箱门，则房间内温度将逐渐下降。 ［×］溶液的超额性质数值越大，则溶液的非理想性越大。 ［×］水蒸汽为加热介质时，只要传质推动力满足要求，应尽量采用较低压力。 ［×］通过热力学一致性检验，可以判断汽液平衡数据是否正确。 ［×］如果一个系统经历某过程后熵值没有变化，则该过程可逆且绝热。 二、（第1空2分，其它每空1分，共18分）填空题 （1）某气体符合/()p RT V b =-的状态方程，从 1V 等温可逆膨胀至 2V ，则体系的 S ? 为 21ln V b R V b --。 （2）写出下列偏摩尔量的关系式：,,(/)j i E i T p n nG RT n ≠???=?????ln i γ， ,,(/)j i R i T p n nG RT n ≠???=??????ln i ?, ,,(/)j i i T p n nG RT n ≠???=?????i μ。 （3）对于温度为T ，压力为P 以及组成为{x}的理想溶液，E V =__0__， E H =__0__，/E G RT =__0__，ln i γ=__0__，?i f =__i f __。 （4）Rankine 循环的四个过程是：等温加热（蒸发），绝热膨胀（做功），等压（冷凝）冷却，绝热压缩。 （5）纯物质的临界点关系满足0p V ???= ????， 220p V ???= ???? ，van der Waals 方程的临界压缩因子是__0.375__，常见流体的临界压缩因子的范围是_0.2-0.3_。 二、（5?6=30分）简答题（简明扼要，写在以下空白处） （1）简述如何通过水蒸汽表计算某一状态下水蒸汽的剩余焓和逸度（假定该温度条件下表中最低压力的蒸汽为理想气体）。 剩余焓： ①通过线性插值，从过热水蒸汽表中查出给定状态下的焓值； ②从饱和蒸汽表中查得标准状态时的蒸发焓vap H ?（饱和液体的焓-饱和蒸汽的焓）； ③通过00()T ig ig ig p p T H C dT C T T ?=≈-? 计算理想气体的焓变； ④通过R ig vap H H H H ?=-?-?得到剩余焓。 逸度： ①通过线性插值，从过热水蒸汽表中查出给定状态下的焓和熵并根据G H TS =-得到Gibbs 自由能(,)G T p ； ②从过热蒸汽表中查得最低压力时的焓和熵，计算得到Gibbs 自由能0(,)ig G T p ； 第二章 吸收 1. 从手册中查得 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为 KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解：（1） 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出： 以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则： 3333 31/17 0.582/1001 1000 0.582 /0.590/() 0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *= =+∴===? (2). 求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1/17 0.0105 1/17100/18 0.00974 /0.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ** **== = ===+=== 2. kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=×106x 表示。式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。 解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故： 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即：2266.4310O O X x -≈=? 所以：溶解度6522232()6.431032 1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --????= =?=????? 化学化工学院《化工热力学》课程考试试题（A 卷） 2013-2014学年 第一学期 班级 时量120分钟 总分100分 考试形式：闭卷 一、填空题（24分，每空1.5分） 1、写出热力学基本方程式dU= ；dA = 。 2、几个重要的定义公式： A= ； H= ；G=__________。 3、对理想溶液，ΔH=_______，ΔS=________。 4、热力学第一定律的公式表述（用微分形式）： 。 5、等温、等压下的二元液体混合物的活度系数之间的关系_________+0ln 11=γd x 。 6、化工热力学研究的主要方法包括： 、 、 。 7、以压缩因子表示的三参数对应态原理的关系式： 。 8、朗肯循环的改进的方法： 、 、 。 二、选择题（每个2分，共22分，每题只一个选择项是正确答案） 1、纯物质的第二virial 系数（ ） A 、仅是温度的函数 B 、是温度和压力的函数 C 、 是温度和体积的函数 D 、是任何两强度性质的函数 2、泡点的轨迹称为（ ） A 、饱和汽相线 B 、汽液共存线 C 、饱和液相线 3、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 浓度的减小而减小，则B 的偏摩尔体积将随A 浓度的减小而（ ） A 、增加 B 、减小 C 、不变 D 、不一定 4、关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 （ ） A 、活度是相对逸度，校正浓度，有效浓度； B 、理想溶液活度等于其浓度。 C 、活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。 D 、γi 是G E /RT 的偏摩尔量。 5、在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是（ ）。 为混合物的逸度）） （； ； ； Ｌ２Ｖ１Ｖ２Ｌ１Ｌ２ Ｌ１Ｖ２１２２f f f D f f f f C f f f f B f f f f A V L V L V L V (????).(????)(????).(=======11 6、关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是（ ） A 、纯物质无偏摩尔量。 B 、T 与P 一定，偏摩尔性质就一定。 华南理工大学期末考试 《化工热力学》试卷B 注意事项：1. 考前请将密封线内填写清楚； 2. 所有答案请直接答在试卷上(或答题纸上)； 3．考试形式：闭卷； 一、 判断题（20分，每题2分，请在括号内答“对”或“错”） 1、对于负偏差体系，液相的活度系数总是小于1。 （ ） 2、能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据。 （ ） 3、 若活度系数γi 是取亨利定则为标准态，则lim x i →0 γi =1 （ ） 4、在0.1013MPa ，100℃时，一定量的水等温等压蒸发为水蒸气，且蒸汽为理想气体，由于温度不变，所以△U=△H=0 （ ） 5、无论流体的温度高于或低于环境温度，其有效能均为正。 （ ） 6、任何真实气体通过节流膨胀后，因为压力下降，膨胀后气体温度下降。 （ ） 7、体系达到汽液平衡时，汽相液相的化学位相等。 （ ） 8、逸度是一种热力学性质，溶液中组分i 分逸度与溶液逸度的关系f m =∑x i f ?i n i （ ） 9、压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。 （ ） 10、冬天，同样使室温由10℃升至20℃，与电加热器相比，热泵型空调不仅也能将能耗得电能转化为热量，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。 （ ） 二、选择题（共20分，每题2分） 1、 指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则流体的状态为。 （ ） Ａ 饱和蒸汽 Ｂ 超临界流体 Ｃ 过热蒸汽 Ｄ 过冷液体 ２、 以下的（ ）方程不是立方型状态方程。 （ ） Ａ ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ方程 Ｂ Ｒｉｄｌｉｃｈ－Ｋｗａｎｇ方程 Ｃ Ｐｅｎｇ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程 Ｂ Ｖｉｒｉａｌ方程 ３、 下列表达式中，正确的式子是（ ）。 泰山学院课程考试专用 泰山学院材料与化学工程系2005级、2007级3+2化学工程与 工艺专业本科2007～2008学年第一学期 《化工热力学》试卷A （试卷共8页，答题时间120分钟） 一、 判断题（每小题1分，共15 分。请将答案 填在下面的表格内） 1、只要温度、压力一定，任何偏摩尔性质都等于化学位。 2、对于确定的纯气体来说，其维里系数B 、C 、……只是温度的函数。 3、孤立体系的熵总是不变的。 4、当过程不可逆时，体系的作功能力较完全可逆的情况下有所下降。 5、二元液相部分互溶体系及其蒸汽的达到相平衡时，体系的自由度为2。 6、理想溶液中所有组分的活度系数均为1。 7、二元混合物的相图中泡点线表示的饱和汽相，露点线表示的是饱和液相。 8、二元组分形成恒沸物时，在恒沸点体系的相对挥发度等于1。 9、若化学平衡常数随着温度的升高而升高，则反应的标准焓变化0H ?为负值。 10、纯物质的平衡汽化过程，其摩尔体积、焓及吉布斯函数的变化均大于零。 11、在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。 12、对于理想溶液的某一容量性质恒有0i i M M =。 13、能量不仅有数量的大小还有质量的高低，相同数量的电能和热能来说，电 能的做功能力大于热能。 14、无论以Henry 定律为基准，还是以Lewis-Randall 规则为基准定义标准态 逸度，混合物中组分i 的活度和逸度的值不变。 15、逸度与压力的单位是相同的。 二、填空题（1-5题每空1分，6-11题每空2分，共25分） 1、在相同的初态下，节流膨胀的降温效果 （大于/小于） 等熵膨胀的降温效果。 2、恒温恒压下，吉布斯-杜亥姆方程为 （以i M 表示）。 3、形成二元溶液时，当异种分子之间的作用力小于同种分子之间的作用力时， 形成正偏差溶液，正偏差较大的溶液具有最 的沸点。 4、对于二元混合物来说一定温度下的泡点压力与露点压力 (相同/不 同)的。 5、当过程的熵产生 时，过程为自发过程。 6、当化学反应的温度不发生变化时，对体积增大的气相反应，增大压力，反 应进度 ，加入惰性气体反应进度 。 7、已知平衡压力和液相组成，用完全理想体系下的汽液平衡准则计算泡点温 度时，在假设的温度下算出1i y <∑，说明假设的温度 ， 应 ，重新计算，直到1i y =∑。 8、正丁醇（1）和水（2）组成液液平衡系统，25℃，测得水相中正丁醇的摩 尔分数为0.00007，而醇相中水的摩尔分数为0.26，则水在水相中的活度系数为 ，水在醇相中的活度系数为 。 9、某换热器内，冷热两种流体进行换热，热流体的流率为 -1100kmol h ?,-1-129kJ kmol K p c =??,温度从500K 降为350K,冷流体的流率 也是-1100kmol h ?,-1-129kJ kmol K p c =??,温度从300K 进入热交换器，该换热器表面的热损失-187000kJ h Q =-?，则冷流体的终态温度t 2= K,该换热过程的损耗功W L = kJ/h 。设300K T Θ=，冷热流体的压力变化可以忽略不计。 为什么要研究流体的pVT 关系？ 答：在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p 、体积V 和温度T 是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。而许多其它的热力学性质如内能U 、熵S 、Gibbs 自由能G 等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p –V –T 数据和热力学基本关系式进行推算；此外，还有一些概念如逸度等也通过p –V –T 数据和热力学基本关系式进行计算。因此，流体的p –V –T 关系的研究是一项重要的基础工作。 理想气体的特征是什么？ 答：假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。严格地说，理想气体是不存在的，在极低的压力下，真实气体是非常接近理想气体的，可以当作理想气体处理，以便简化问题。 理想气体状态方程是最简单的状态方程： RT pV = 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合： ??? ? ??-=r s r T p 11log α 其中，c s s r p p p = 对于不同的流体，α具有不同的值。但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气 压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=s r p 这一点。对于给定流体 对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。 Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即 )7.0(00.1log =--=r s r T p ω 任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而 减小吗？ 答：正确。由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。 同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？ 答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。气他的热力学性质均不同。 常用的三参数的对应状态原理有哪几种？ 答：常用的三参数对比态原理有两种，一种是以临界压缩因子Zc 为第三参数；另外一种是 中国石油大学（北京）远程教育学院 期 末 考 核 《 化工热力学 》 一、请学生运用所学的化工热力学知识，从以下给定的题目中选择至少选择2个题目进行论述：（总分100分） 1.教材中给出了众多的状态方程，请根据本人的工作或者生活选择一个体系、选择一个状态方程、对其PVT 关系的计算准确度进行分析，并提出改进的方向和意见。 丙烯的PVT 状态分析 近期我正在中海石油中捷石化甲醇车间进行培训，在甲醇净化工段丙烯为利用最多的制冷剂，在学习丙烯压缩工段的同时对丙烯的物化性质也有了深入了解。 丙烯的理化学性质：丙烯是一种无色略带甜味的易燃气体，分子式为CH 3CH=CH 2，分子量为42.08，沸点-47.7℃，熔点为-185.25℃，其密度为空气的 1.46倍，临界温度为91.8℃，临界压力为4.6Mpa ，爆炸极限为 2.0~11％（vol ）,闪点为-108℃。（因此，丙烯在贮藏时要特别小心，如果发生泄漏，因为它比空气重，积聚在低洼处及地沟中，如在流动过程中遇到火星，则极易引起爆炸，酿成严重后果。） 选择用R-K 状态方程计算对液态丙烯的PVT 关系计算准确度进行分析，从《化工热力学、陈光进等编著》中查得丙烯的临界数据为Tc=364.9K;p c =46.0*10-1 MPa, 下面是中海石油中捷石化给定的丙烯性质数据。 温度 （℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 为了计算方便，用excel 换算和简单计算得到新的数据如下: R-K 方程：() b v v T a b v RT p +--=5.0 () 2 5.0665 .25.223409.16106.49.3643146.842748.042748.0-???=???==mol K Pa m p T R a c c () 1356107145.5106.49.3643146.808664.008664.0--??=???==mol m p RT b c c 由上表又知道摩尔体积v ，故根据R-K 方程，用excel 可分别计算得到各温度下的压力值P 1： 压力 （atm ） 1.401 2.097 3.023 4.257 5.772 7.685 10.046 12.911 1 6.307 20.299 体积 （mL/g ） 12966 6404 4639 3423 2569 1957 1510 1510 1177 922 温度 （℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 温度（K ） 233 243 253 263 273 283 293 303 313 323 压力P （1*10-1MPa ） 1.4196 2.1248 3.0631 4.3134 5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 1 6.5231 20.5680 摩尔体积v (1*10-5m 3/mol) 54560.928 26948.032 19520.912 14403.984 10810.352 8235.056 6354.080 6354.080 4952.816 3879.776 温度 （℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 压力P （1*10-1MPa ） 1.4196 2.1248 3.0631 4.3134 5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 1 6.5231 20.5680 计算压力 P 1(1*10-1MPa) 1.0288 2.1706 3.1182 4.3903 6.0679 8.2505 11.0602 11.4412 15.1467 19.9288 化工热力学期末考试A 卷及答案 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8- 化工热力学期末试题（A）卷 2007~2008年使用班级化学工程与工艺专业05级 班级学号姓名成绩 一．选择 1．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2．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。 3．虚拟临界常数法是将混合物看成一个虚拟的纯物质，从而将纯物质对比态原理的计算方法用到混合物上。. A 。 A．正确 B．错误 4．甲烷P c =4.599MPa,处在P r =0.6时，甲烷的压力为 B 。 A ．7.665MPa B ．2.7594 MPa ； C ．1.8396 MPa 5．理想气体的压缩因子Z=1，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 6．对于极性物质，用 C 状态方程计算误差比较小，所以在工业上得到广泛应用。 A ．vdW 方程，SRK ； B ．RK ，PR C ．PR ，SRK D ．SRK ，维里方程 7．正丁烷的偏心因子ω=0.193，临界压力P c =3.797MPa 则在T r =0.7时的蒸汽压为 2435.0101==--ωc s P P MPa 。 A 。 A ．正确 B ．错误 8．剩余性质M R 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 9．对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有 A 。 A ．dH = TdS + Vdp B ．dH = SdT + Vdp 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。(错。G S H U ??=?=?,,0,0但和 0不一定等于A ?，如一体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状 态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度的真空。当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0， 0=U ?，0=T ?，0=H ?，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下达到平衡，()2ln 5.0ln R P P R S =-=?，2ln RT S T H G -=-=???，2ln RT S T U A -=-=???） 2. 封闭体系的体积为一常数。（错） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等， 初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、终态压力相 等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 6. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。 4. 1kJ=1000J=238.10cal=9869.2atm cm 3=10000bar cm 3=1000Pa m 3。 5. 普适气体常数R =8.314MPa cm 3 mol -1 K -1=83.14bar cm 3 mol -1 K -1=8.314 J mol -1 K -1 =1.980cal mol -1 K -1。 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程 一、是否题 1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。） 2. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临 界流体。） 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。（对。则纯物质的P －V 相图上的饱和汽体系和饱和液体系曲线可知。） 4. 纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错。纯物质的三相平衡时，体系自 由度是零，体系的状态已经确定。） 化工热力学期末试题（A）卷 2007~2008年使用班级化学工程与工艺专业05级 班级学号姓名成绩 一．选择 1．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 2．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。 3．虚拟临界常数法是将混合物看成一个虚拟的纯物质，从而将纯物质对比态原理的计算方法用到混合物上。. A 。 A．正确 B．错误 4．甲烷P c=,处在P r=时，甲烷的压力为 B 。 A．B． MPa； C． MPa 5．理想气体的压缩因子Z=1，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 6．对于极性物质，用 C 状态方程计算误差比较小，所以在工业上 得到广泛应用。 A ．vdW 方程，SRK ； B ．RK ，PR C ．PR ，SRK D ．SRK ，维里方程 7．正丁烷的偏心因子ω=，临界压力P c = 则在T r =时的蒸汽压为 2435.0101==--ωc s P P MPa 。 A 。 A ．正确 B ．错误 8．剩余性质M R 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 9．对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有 A 。 A ．dH = TdS + Vdp B ．dH = SdT + Vdp C ．dH = -SdT + Vdp D ．dH = -TdS -Vdp 10．对1mol 符合Van der Waals 状态方程的气体，有 A 。 A ．(S/V)T =R/(v-b ) B ．(S/V)T =-R/(v-b) C ．(S/V)T =R/(v+b) D ．(S/V)T =P/(b-v) 11．吉氏函数变化与P-V-T 关系为()P RT G P T G x ig ln ,=-，则x G 的状态应该为 模拟题一 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（ c ） A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽 2. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ a ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ b ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 4. 纯物质的第二virial 系数B （ a ） A 仅是T 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 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ a ） A. 第三virial 系数 B. 第二virial 系数 C. 无穷项 D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是（ a ） A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷 B. 甲烷、乙烷 C. 正己烷 7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示（ ） A. 饱和液摩尔体积 B. 饱和汽摩尔体积 C. 无物理意义 8. 偏心因子的定义式（ ） A. 0.7lg()1s r Tr P ω==-- B. 0.8lg()1s r Tr P ω==-- C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ ） A. 1x y z Z Z x x y y ?????????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ?????????=- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ?????????= ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ?????????=- ? ? ?????????? 10. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ ） A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 11. 下面的说法中不正确的是 ( ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 一、 单项选择题（每题1分，共30分）： 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 本科生期末考试试卷统一格式（16开）： 20 ～20 学年第 学期期末考试试卷 《化工热力学 》（A 或B 卷 共 页） （考试时间：20 年 月 日） 学院 专业 班 年级 学号 姓名 一、 简答题（共8题，共40分，每题5分） 1. 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。 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 +=?+?+?22 1 2. 写出维里方程中维里系数B 、C 的物理意义，并写出舍项维里方程的 混合规则。 答：第二维里系数B 代表两分子间的相互作用，第三维里系数C 代表三分子间相互作用，B 和C 的数值都仅仅与温度T 有关；舍项维里方程的混合规则为：∑∑===n i n j ij j i M B y y B 11 ，() 1 ij ij ij cij cij ij B B p RT B ω+= ， 6.10 422.0083.0pr ij T B - =，2 .41 172.0139.0pr ij T B -=，cij pr T T T =，()() 5 .01cj ci ij cij T T k T ?-=，cij cij cij cij V RT Z p = ，()[] 33 1315.0Cj ci cij V V V +=， ()cj ci cij Z Z Z +=5.0，()j i ij ωωω+=5.0 3. 写出混合物中i 组元逸度和逸度系数的定义式。 答：逸度定义：()i i i f RTd y p T d ?ln ,,=μ （T 恒定） 1?l i m 0=??? ? ??→i i p py f 逸度系数的定义：i i i py f ??=φ 4. 请写出剩余性质及超额性质的定义及定义式。 答：剩余性质：是指同温同压下的理想气体与真实流体的摩尔广度性质之差，即：()()p T M p T M M id ,,-='?；超额性质：是指真实混合物与同温同压和相同组成的理想混合物的摩尔广度性质之差，即： id m m M M -=E M 5. 为什么K 值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？ 答：烃类混合物可以近似看作是理想混合物，于是在汽液平衡基本表达 式中的1=i γ，i v i φφ=?，在压力不高的情况下，Ponding 因子近似为1，于是，汽液平衡表达式化简为：v i s i s i i i id i p p x y K φφ==。由该式可以看出，K 值仅仅与温度和压力有关，而与组成无关，因此，可以永K 值法计算烃类系统的汽液平衡。 6. 汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么？ 答：根据逸度系数的计算方程，需要选择一个同时适用于汽相和液相的状态方程，且计算精度相当。这种方程的形式复杂，参数较多，计算比较困难。 第5章 干燥的习题解答 1．已知湿空气的总压强为50Pa,温度为60℃,相对湿度为40%,试求: (1)湿空气中水汽的分压; (2)湿度; (3)湿空气的密度。 解：（1）湿空气的水汽分压，V S p P ?= 由附录查得60C 时水的饱和蒸汽压19.92S p KPa = 0.419.927.97V p KPa =?= (2) 湿度 0.6220.6227.970.118/507.97V V P H kg kg p P ?= ==--绝干气 （1） 密度 55 3 273 1.0131027360 1.01310(0.772 1.244)(0.772 1.2440.118)2732735010H t v H P +?+?=+??=+??? ? 32.27m =湿空气/kg 绝干气 密度 3110.118 0.493/2.27 H H H kg m v ρ++= =湿空气 2．在总压101.33KPa 下,已知湿空气的某些参数,利用湿空气的H-I 图查出本题附表中空格内的数值,并给出序号4中各数值的求解过程示意图。 习题2附表 解： 上表中括号内的数据为已知，其余值由图H I -查得。 分题4的求解示意图如附图所示，其中A 为状态点。 3.干球温度为20℃、湿度为0.009kg 水/kg 绝干气的温空气通过预热器加热到50℃后,再送至常压干燥器中,离开干燥器时空气的相对温度为80%,若空气在干燥器中经历等焓干燥过程,试求: (1)1m 3原温空气在预热过程中始的变化; (2)1m 3原温空气在干燥器中获得的水分量。 解：（1）31m 原湿空气在预热器中焓的变化 当0020,0.009/t C H kg kg ==绝干气时，由H I -图查出043/I KJ kg =绝干气。 当01050,0.009/t C H H kg kg ==＝绝干气时，由H I -图查出 化学化工学院《化工热力学》课程考试试题（B 卷） 2013-2014学年 第一学期 班级 时量120分钟 总分100分 考试形式：闭卷 一、填空题（每空1.5分，共24分） 1、朗肯循环的改进的方法： 、 、 。 2、写出热力学基本方程式dH = ；dG = 。 3、对理想溶液，ΔV= ，ΔG = 。 4、热力学第二定律的公式表述（用微分形式）： 。 5、等温、等压下的二元液体混合物的活度系数之间的关系_________+0ln 22=γd x 6、化工热力学是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程(特别是化工过程)中 、 、 等实际问题。 7、三参数对应态原理的统一式： 。 8、几个重要的定义公式：H=_______；A=______；G=______。 二、选择题（每个2分，共22分，每题只一个选择项是正确答案） 1、混合气体的第二维里系数是（ ） A 、温度和压力的函数 B 、 仅为温度的函数 C 、温度和组成的函数 D 、压力和组成的函数 2、露点的轨迹称为（ ） A 、饱和汽相线 B 、汽液共存线 C 、饱和液相线 D 、都不是 3、等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B 的偏摩尔体积将（ ） A 、 增加 B 、 减小 C 、 不变 D 、不一定 4、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 、逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 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 。 5、在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是（ ） 为混合物的逸度）） （； ； ； Ｌ２Ｖ１Ｖ２Ｌ１Ｌ２ Ｌ１Ｖ２１２２f f f D f f f f C f f f f B f f f f A V L V L V L V (????).(????)(????).(=======11 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 = - ? ）。 北京化工大学2015——2016学年第一学期 《化工热力学》期末考试试卷 班级：姓名：学号：任课教师：分数： ［×］二元混合物若形成共沸，则各组分的无限稀释活度系数必大于1. ［×］对于理想溶液，混合过程的所有性质变化均为零. ［×］当压力趋于零时，真实气体的剩余焓和剩余体积都趋于零. ［○］气体的亨利系数越大则其溶解度越小. ［○］卡诺热机的第二定律?效率为100%. ［○］高压气体分别经等焓与等熵膨胀到同一压力，若无相变发生，则前者温度一定高于后者. ［○］在蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂在低温区蒸发并在高温区冷凝. ［×］在空气的T-S图上，两相区内等压线和等温线是重合的. 二、（6?4=24分）简答题（写出关键点即给分） 1.目前车用压缩天然气（Compressed natural gas, CNG）要求将其压缩至常温常压（298 K, 1 atm）下体积的1%后才能使用，说明如何计算储存CNG的容器耐受的最低压力。 假设CNG为纯甲烷，T c=190.6 K, P c=4.6 MPa（说明计算过程，无需数值计算）. 【答】298 K和1 atm 下的甲烷可视作理想气体，求出压缩前V0=RT0/P0；（2分）根据题意压缩后V1=V0/100，而CNG应在常温下使用，T1=T0； 由于该状态压力较高，可选择三次型方程计算Z1，求出P1=Z1RT1/V1. （4分） （第一步未采用理想气体近似用较复杂方法求解；第二步用维里方程、用普遍化关联等方法迭代试差求解，暂不扣分） 2.温度为T1的湿蒸气经过节流膨胀后变为过热蒸汽，其温度和压力分别为T2和P2, 请 根据上述信息和水蒸气表说明如何确定该湿蒸汽的干度（即饱和蒸汽的质量分数）. 【答】由T2和P2查过热水蒸汽表得到H2，而节流膨胀为等焓过程（2分），设膨胀湿蒸汽干度为x1v，有： H2=H1=x1v H vap+(1-x1v)H liq，（2分） 其中H vap和H liq分别为T1下饱和蒸汽与饱和液相的焓，可从饱和水蒸汽表查到。最后根据上式解出x1v.（2分） 3.简述如何利用水蒸气表计算200°C和10 bar下过热水蒸汽的剩余焓H R. （说明基本 原理、所用合理近似和计算过程，无需数值计算） 【答】根据定义H R(T,P)=H(T,P)-H IG(T,P)，（2分）前者可直接从水蒸汽表查到，后者为理想气体的焓H IG(T,P)= H IG(T,P→0)≈H(T,P→0)，（2分）因此可以在水蒸汽中在同一温度下查出一系列低压下的H外推至P→0得到H IG(T,P)；二者相减即得H R.（2分）未明确说明外推者暂不扣分 【法二】（正确采用此法者暂不扣分） 水蒸汽表中数值的基准点为三相点的液态，T0=0.01 °C，P0=612 Pa，因为三相点压力很低，对应饱和蒸汽可近似为理想气体，可设计下列热力学路径： H IG(T,P) →H IG(T0,P0) →H vap(T0,P0)→H liq(T0,P0)→H(T,P) 1 2 3 4 ?第二章 吸收? １． 从手册中查得１01.33 KPa 、２5 ℃时,若1０0 ｇ水中含氨１ g,则此溶液上方的氨气平衡分压为０．987 K Ｐａ。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H （ｋmol/ (m 3·k Ｐa)）及相平衡常数m 。 解：（1） 求H 由33NH NH C P H *=.求算. 已知:30.987NH a P kP *=．相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000/kg m ．则： 3333 31/170.582/1001 1000 0.582/0.590/()0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *= =+∴===? (２). 求m .由333 333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/18 0.00974/0.9280.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ****=== ===+=== 2. １0１.３3 kpa 、1０ ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=3.３1×106x 表示。式中：P Ｏ2为氧在气相中的分压，k Ｐa 、ｘ为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧。 解: 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故： 222 266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522232()6.431032 1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --????==?=?????北京化工大学《化工热力学》2016-2017考试试卷A参考答案
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