化工热力学试卷题库与答案

一．选择题(每题2分,共10分)

1、纯物质的第二virial 系数B ( A ) A 仅就是温度的函数 B 就是T 与P 的函数

C 就是T 与V 的函数

D 就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,8812.0ˆ,9381.0ˆ21==ϕϕ

,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与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T0的环境之间进行变温热量传递,其等于热容为Cp,则ExQ 的

计算式为(

(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

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

12

2=

, a,b 不可能就是常数,故提出的模型有问题。 3、 写出封闭系统与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、试由饱与液体水的性质估算(a)100℃,2、5MPa 与(b)100℃,20MPa 下水的焓与熵,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与点就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 就是与温度无关的常数),推导剩余焓与剩余熵的表达式。(10分)

解:bp

dp p R T b p RT dp T V T V H p p

p R

=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-+=⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎰⎰00

00

0=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎰⎰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 与0、81MPa 时的体积。已知CO 2的临界压力与临

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