化工热力学考试试卷(附答案)

化工热力学考试试卷（附答案）

1、(2分)在PT图上纯物质三种聚集态互相共存处称 三相点 。

2、(2分)纯物质 P-V图临界等温线在临界点处的斜率 ____0______， 曲率为

___0______。

3、（4分）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 ，(3)甲醇和水的二元汽液平衡状态 2 ，(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态 1 。

4、（2分）组成为x1=0.2，x2=0.8，温度为300K的二元液体的泡点组成y1的为(已知液相的Pa) ___0.334____________。

5、(2分)一定状态下体系的火用指体系由该状态达到与 环境基态完全平衡 时，此过程理想功。

6、(2分)二元混合物容积表达式为V=X1V1+X2V2+αX1X2，如选同温同压下符合Lewis-Randll规则的标准态就有 △V= ∆V =αX1X2 。

7、(2分)能量平衡时以热力学 第一定律 为基础，有效能平衡时以热力学

第二定律 为基础。

8、（4分）丙酮(1)-甲醇(2)二元体系在98.66KPa时，恒沸组成x1=y1=0.796，恒沸温度为327.6K，已知此温度下的kPa则 van Laar 方程常数是

A12=______0.587_____，A21=____0.717____(已知van Laar 方程为 )

9、(4分)等温等压下二元溶液组分的活度系数与组成之间关系，按Gibbs-Duhem方程

X1dlnγ1+X2 d㏑γ2 = 0

10、(6分)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近，因此它们混合时会形成______理想溶液_______溶液，它们的ΔH=_______0______，ΔV=______0_____。

二.判断题

1、(2分)一定压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是相同的，且等于沸点。( √ )

2、(2分)二元共沸物的自由度为2。( × )

3、(2分)逸度也是一种热力学性质, 溶液中组分i的分逸度与溶液逸度的关系为niiifxfˆlnln（ × ）

4、(2分)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近，因此它们混合时会形成理想溶液。( √ )

5、(2分)理想溶液各组分的活度系数和活度为1。( × )

6、(2分)损失功与孤立体系的总熵变有关，总熵变越大，损失功越大，因此应该尽量减少体系的不可逆性。( √ )

7、(2分)对不可逆绝热循环过程，由于其不可逆性，孤立体系的总熵变大于0。 ( × )

8、(2分)理想功Wid是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按以完全可逆过程进行时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功，因此理想功就是可逆功，同时也是的负值。( × ) 3733,1866),/(75212121ssEtPPnnnnG06.65,39.9521ssPP221112212112xAxAxxAARTGE9、（2）功的传递不会引起熵的流动，当有功输出或输入系统时，系统不会发生熵变。（× ）

10、温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和，总内能为原两气体内能之和，总熵为原来两气体熵之和。(× )

三.解答题

1. （10分）欲在一7810cm3的钢瓶中装入了1000g的丙烷，且在253.2℃下工作，若钢瓶的安全工作压力10MPa，问是否有危险？

解：查出Tc=369.85K,Pc=4.249MPa,ω=0.152

如何用维里方程计算摩尔体积？

可以容纳mol54.225058.3467810的丙烷。即gg10008.9914454.22

所以会有危险。

2.. （15）分别用PR方程和三参数对应状态原理计算，312K的丙烷饱和蒸气的逸度；(2) 分别用PR方程和三参数对应态原理计算312K、7MPa丙烷的逸度；(3) 从饱和气相的逸度计算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312.06cmg，且为常数。

解：(1) [a] 以PR方程计算：

查附表知丙烷的蒸气压Antoine方程为： S1892.47lnP6.8635T24.33，MPa，则在312K时，SP1.33MPa。丙烷的物性参数为：CP4.249MPa、CT369.85K、0.152

2222.5662CCCRT8.314369.85a0.4572350.4572351.017510cmMPamolP4.249

31CCRT8.314369.85b0.0777960.07779656.30cmmolP4.249

0.520.5r1(0.376461.542260.26992)(1T)1.0493，1.101

6662Caa1.0175101.1011.120310cmMPamol

迭代式为：

22(k1)6(k)(k)2(k)(k)RT2594.0Vb56.30a1.120310P1.33V2bVbV112.6V3169.69

取(0)V1950.4作为初值，经8次迭代后得：31V1505.0cmmol，Z=0.7719 6fP(Vb)aV(21)b1.33(1505.056.3)lnZ1lnln0.77191lnPRT8.31431222bRTV(21)b1.1203101505.0(21)56.30ln0.207622256.308.3143121505.0(21)56.30

∴ f1.08MPa

[b] 以三参数对应状态原理计算：

rCT312T0.8436T369.85，rCP1.33P0.313P4.249

查附表得：(0)flg0.102P；(1)flg0.206P；

则：(0)(1)ffflglglg0.1020.152(0.206)0.1333PPP

∴ MPaf978.0

(2) [a] 以PR方程计算，方程参数计算同(1)，迭代公式为：

22(k1)6(k)(k)2(k)(k)RT2594.0Vb56.30a1.120310P7.0V2bVbV112.6V3169.69

取(0)V250.3作为初值，经10次迭代后得：31V86.5cmmol，Z=0.3455

6fP(Vb)aV(21)b7.0(86.556.3)lnZ1lnln0.34551lnPRT8.31431222bRTV(21)b1.12031086.5(21)56.30ln1.56082256.308.31431286.5(21)56.30∴

f1.47MPa

[b] 以三参数对应状态原理计算：

rCT312T0.8436T369.85，rCP7.0P1.647P4.249

查附表得：(0)flg0.6647P；(1)flg0.3755P；

则：(0)(1)ffflglglg0.66470.152(0.3755)0.7218PPP

∴ f1.33MPa

(3) LLSSV2.0644ffexpPP1.08exp7.01.331.32MPaRT8.314312

3.(15分)已知某含组分 1 和 2的二元溶液，可用 lnγ1=AX22 , lnγ2=A X12 关联，A可视为常数， 60℃ 下达汽液平衡时能形成共沸物，现测得60℃下 γ1∞ = 14.7, P1S = 0.0174MPa, P2S

= 0.0667MPa，设汽相可视为理想气体。试求：

（1）GE表达式；

（2）A值； （3）60ºC下恒沸点组成和平衡蒸汽压。

MPaeePxPxPxxxxxxPPPPPxPyPxPyyxyxAxARTxAxxAxxRTxRTGssssssssxiiE07891.005918.001973.00667.075.00174.025.075.0;25.00667.0ln6878.20174.0ln6878.2:lnlnlnln//,1,)36878.27.14lnlnlimln)2)()ln(22125.06878.275.06878.222211121212212211221122221111221110121212221得＋＝１联立求解＋与　　　　和　即恒沸时２

4.(15分)某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为2.0MPa，400℃，排出的气体为0.035MPa饱和蒸汽，若要求透平机产生3000kW功率，问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少？其热力学效率是等熵膨胀效率的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的5%。

解：进出透平机的蒸汽状态见下图所示，焓、熵值从附录水蒸汽表中查到，

按稳流系统热力学第一定律对透平机进行能量衡算，ΔH=Q-Ws

则sssWWWHHm95.0%512

蒸汽流量1124.166506.32474.26313600300095.095.0hkgHHWms

按本题意，等熵膨胀的空气应该是湿蒸汽，即为饱和蒸汽和饱和水的混合物，此时熵值，即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比例混合，从附录查得饱和蒸汽的熵117153.7KkgkJSg，从饱和水性质表查得饱和液体的熵，119875.0KkgkJSl

设空气中气相重量百分含量为x,

则 7.1271=7.7153×x+(1-x)×0.9875

解得 x=0.9126

空气的焓值 H=x×Hg+（1-x）Hl

=0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ·kg-1

定熵效率