化工热力学答案

化工热力学试题及答案一、选择题1. 热力学是研究物质宏观的（）性质和（）关系的科学。

A. 动态，运动B. 静态，运动C. 静态，平衡D. 动态，平衡答案：C2. 热力学第零定律主要阐述了（）。

A. 内能的存在B. 平衡状态的特点C. 熵的增加D. 热量传递答案：B3. 对于孤立系统来说，其熵不断（）。

A. 增加B. 减少C. 变化D. 维持不变答案：A4. 以下哪个是热力学第一定律？A. 能量守恒定律B. 熵增定律C. 熵减定律D. 完全合成反应律答案：A5. 热力学第二定律主要阐述了（）。

A. 熵的增加B. 熵的减少C. 热能转化效率D. 内能的转化答案：A二、问答题1. 请简要解释热力学第一定律的内容。

答案：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在系统中的总量是守恒的。

即在一个孤立系统中，能量的增加（或减少）等于对外界做功与系统吸热之和，即ΔU = Q - W。

其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表吸热，W代表对外界做功。

2. 什么是熵？简要解释熵增定律。

答案：熵是系统混乱程度的度量，也可以理解为系统的无序程度。

熵增定律是热力学第二定律的核心表述，它指出孤立系统的熵总是不断增加的。

即系统的无序状态总是向更加无序的方向发展。

这个过程是不可逆的，熵增定律体现了自然界的不可逆性。

三、计算题1. 一个物质在常压下从298K变为328K，该物质对外界吸收了1000J的热量，求该物质的热容。

解答：根据热容的定义，热容C等于物质吸收的热量Q与温度变化ΔT的比值。

即C = Q / ΔT。

根据题目所给的数据，Q = 1000J，ΔT = 328K - 298K = 30K。

将数据代入公式计算得到热容C = 1000J / 30K = 33.33 J/K。

2. 已知某化学反应的焓变为-300 kJ/mol。

如果该反应的摩尔物质数量为2 mol，求该反应的总焓变。

解答：总焓变等于摩尔焓变乘以物质的摩尔物质数量。

化工热力学第二章作业解答2.1试用下述三种方法计算673K ，4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积，（1）用理想气体方程；（2）用R-K 方程；（3）用普遍化关系式解 （1）用理想气体方程（2-4）V ＝RT P ＝68.3146734.05310⨯⨯＝1.381×10-3m 3·mol -1 （2）用R-K 方程（2-6）从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为Tc ＝190.6K ，Pc ＝4.600Mpa ，ω＝0.008将Tc ，Pc 值代入式（2-7a ）式（2-7b ）2 2.50.42748c cR T a p ==2 2.560.42748(8.314)(190.6)4.610⨯⨯⨯＝3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -2 0.0867c cRT b p ==60.08678.314190.64.610⨯⨯⨯＝2.987×10-5 m 3·mol -1 将有关的已知值代入式（2-6）4.053×106＝ 58.3146732.98710V -⨯-⨯－0.553.224(673)( 2.98710)V V -+⨯ 迭代解得V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1(注：用式2-22和式2-25迭代得Z 然后用PV=ZRT 求V 也可)（3）用普遍化关系式673 3.53190.6r T T Tc === 664.053100.8814.610r P P Pc ⨯===⨯ 因为该状态点落在图2-9曲线上方，故采用普遍化第二维里系数法。

由式（2-44a ）、式（2-44b ）求出B 0和B 1B 0＝0.083－0.422/Tr 1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269B 1＝0.139－0.172/Tr 4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138代入式（2-43）010.02690.0080.1380.0281BPc B B RTcω=+=+⨯= 由式（2-42）得Pr 0.881110.0281 1.0073.53BPc Z RTc Tr ⎛⎫⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭V ＝1.390×10-3 m 3·mol -12.2试分别用（1）Van der Waals,（2）R-K ，（3）S-R-K 方程计算273.15K 时将CO 2压缩到比体积为550.1cm 3·mol －1所需要的压力。

《化⼯热⼒学》（第⼆、三版_陈新志）课后习题答案第1章绪⾔⼀、是否题3. 封闭体系中有两个相。

在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则两个相都等价于均相封闭体系。

（对）4. 理想⽓体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）5. 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。

）第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态⽅程⼀、是否题2. 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。

）3. 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。

）4. 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。

）7. 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。

）8. 在同⼀温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的热⼒学能相等。

（错。

它们相差⼀个汽化热⼒学能，当在临界状态时，两者相等，但此时已是汽液不分）9. 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。

）10. 若⼀个状态⽅程能给出纯流体正确的临界压缩因⼦，那么它就是⼀个优秀的状态⽅程。

（错。

）11. 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。

）12. ⽓体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。

（对。

）13. 三参数的对应态原理较两参数优秀，因为前者适合于任何流体。

（错。

三对数对应态原理不能适⽤于任何流体，⼀般能⽤于正常流体normal fluid）14. 在压⼒趋于零的极限条件下，所有的流体将成为简单流体。

(错。

简单流体系指⼀类⾮极性的球形流，如Ar等，与所处的状态⽆关。

化工热力学答案—课后总习题答案详解第二章习题解答一.问答题：2-1为什么要研究流体的"VT关系？【参考答案】：流体P-V-T关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设讣、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。

（I）流体的PVT关系可以直接用于设汁。

（2）利用可测的热力学性质（T, P, V等）计算不可测的热力学性质（H, S, G.等）。

只要有了旷/T关系加上理想气体的C；；, 可以解决化工热力学的大多数问题匚以及该区域的特征：同时指岀其它重要的点、2- 2 ⅛ P-V图上指出超临界萃取技术所处的区域,而以及它们的特征。

【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：环、P>Pco2）临界点C的数学特征：（^PM Z）/ =° （在C点）（$2p/刃2）・0 （在C点）3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线：4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。

5）过冷液体区的特征：给左压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。

6）过热蒸气区的特征：给左压力下蒸气的温度髙于该压力下的露点温度。

7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。

2-3要满足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只有在低于7；条件下才能被液化。

2-4不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决左偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。

真实气体偏离理想气体程度不仅与7∖ P有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子7；, /和Q。

2-5偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个槪念？它可以直接测呈:吗？【参考答案】：偏心因子。

为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。

其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氮，氟、毎）在形状和极性方而的偏心度。

为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。

.第二章流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400 ℃、 4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。

（ 1 ）理想气体方程；（ 2 ） RK 方程；（ 3）PR 方程；（ 4 ）维里截断式（ 2-7）。

其中 B 用 Pitzer 的普遍化关联法计算。

[解 ] （ 1 ）根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积V id为V id RT8.314(400273.15) 1.381 103m3mol 1p 4.053106（2）用 RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为V RT a(V b)b（E1）p T 0.5 pV (V b)其中0.42748R2T c2.5ap c0.08664 RT cbp c从附表 1 查得甲烷的临界温度和压力分别为T c=190.6K,p c=4.60MPa，将它们代入a, b 表达式得a0.42748 8.3142 190.62.5 3.2217m 6 Pa mol -2 K 0.54.60106b0.086648.314190.6 2.9846 10 5 m3 mol 14.60106以理想气体状态方程求得的V id为初值，代入式（ E1）中迭代求解，第一次迭代得到V1值为V18.314673.15 2.984610 54.053106.3.2217 (1.381 100.56673.15 4.053 10 1.381 103 2.9846 10 5 )3(1.381 10 3 2.984610 5 )1.38110 32.984610 5 2.124610 51.3896331 10m mol第二次迭代得 V2为V2 1.381103 2.98461053.2217(1.389610 3 2.984610 5)673.15 0.5 4.05310 61.389610 3(1.389610 3 2.984610 5)1.38110 32.984610 5 2.112010 51.389710 3 m3 mol1V1和 V2已经相差很小，可终止迭代。

习题：2－1．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。

2－2．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 =2－3．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 sr Tp 11log α 其中，cs 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 -=sr 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sr 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。

2－4．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。

2－3．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 sr Tp 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 -=sr 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。

2－4．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。

2－5．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。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ） ③ 若()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ） 3-2 推导下列关系式：V T T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂()2RT H T RT G p ∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：V V T T p T T p p A T T A p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-即 VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -= 将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：p V S T V U TT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-= 当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=()()()222T H T S T H S T T GT GTT T G p∆∆∆∆∆∆∆-=---⋅=-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂等式两边同乘以R 得()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂（4）当温度恒定时Vdp dG =()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTVp RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

化工热力学课后答案朱自强2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。

〔1〕 理想气体方程；〔2〕 RK 方程；〔3〕PR 方程；〔4〕 维里截断式〔2-7〕。

其中B 用Pitzer 的普遍化关联法运算。

[解] 〔1〕 依照理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情形下的摩尔体积idV 为33168.314(400273.15)1.381104.05310id RT V m mol p --⨯+===⨯⋅⨯ 〔2〕 用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+ 〔E1〕其中2 2.50.427480.08664c c c cR T a p RT b p ==从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ⨯⨯==⋅⋅⋅⨯ 53160.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --⨯⨯==⨯⋅⨯ 以理想气体状态方程求得的idV 为初值，代入式〔E1〕中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为5168.314673.152.9846104.05310V -⨯=+⨯⨯ 350.563353.2217(1.38110 2.984610)673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610)-----⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯ 3553311.381102.984610 2.1246101.389610m mol -----=⨯+⨯-⨯=⨯⋅ 第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------⨯⨯-⨯=⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯-⨯=⨯⋅1V 和2V 差不多相差专门小，可终止迭代。

化工热力学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 化工热力学中，下列哪种物质的焓变是正值？A. 冰融化成水B. 氢气燃烧C. 铁的氧化D. 水蒸发答案：B2. 绝对零度是：A. -273.15℃B. 0℃C. 273.15℃D. 100℃答案：A3. 根据热力学第一定律，下列哪种情况下系统内能不变？A. 系统对外做功B. 系统吸收热量C. 系统与外界无能量交换D. 系统对外做功且吸收热量答案：C4. 热力学第二定律表述的是：A. 能量守恒B. 热能自发地从高温物体传递到低温物体C. 热能自发地从低温物体传递到高温物体D. 系统熵总是增加的答案：D5. 熵是热力学中用来描述的物理量：A. 能量B. 温度C. 混乱度D. 压力答案：C6. 卡诺循环的效率与下列哪个因素有关？A. 工作介质B. 工作温度C. 环境温度D. 所有选项答案：D7. 理想气体的内能仅与温度有关，这是因为：A. 理想气体分子间没有相互作用力B. 理想气体分子间有相互作用力C. 理想气体分子间有相互作用力，但可以忽略D. 理想气体分子间没有相互作用力，但可以忽略答案：A8. 根据理想气体状态方程，下列哪种情况下气体体积不变？A. 温度增加，压力增加B. 温度不变，压力增加C. 温度增加，压力不变D. 温度增加，压力减少答案：B9. 范德华方程修正了理想气体方程的哪一点？A. 分子间无相互作用力B. 分子间有相互作用力C. 分子间有相互作用力，但可以忽略D. 分子体积可以忽略答案：B10. 热力学第三定律表述的是：A. 绝对零度不可达到B. 绝对零度可以轻易达到C. 熵在绝对零度时为零D. 熵在绝对零度时为常数答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 热力学第一定律可以表示为：能量守恒定律，即 _______。

答案：ΔU = Q - W2. 绝对零度是温度的下限，其值为 _______。

答案：-273.15℃3. 热力学第二定律的开尔文表述是：不可能从单一热源吸热使之完全转化为 _______ 而不产生其他效果。

第二章习题解答一、问答题：2-1为什么要研究流体的pVT 关系？【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。

（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。

（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。

只要有了p-V-T 关系加上理想气体的idp C ，可以解决化工热力学的大多数问题。

2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。

【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。

2）临界点C 的数学特征：3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线；4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。

5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。

6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。

7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。

2-3 要满足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。

2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。

真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。

2-5 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？()()()()点在点在C V PC V PT T 0022==∂∂∂∂【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。

其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。

为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。

2－3．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 sr Tp 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 -=sr 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。

2－4．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。

2－5．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。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ） ③ 若()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ） 3-2 推导下列关系式：V T T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂()2RT H T RT G p ∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：V V T T p T T p p A T T A p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-即 VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -= 将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：p V S T V U TT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-= 当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=()()()222T H T S T H S T T GT GTT T G p∆∆∆∆∆∆∆-=---⋅=-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂等式两边同乘以R 得()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂（4）当温度恒定时Vdp dG =()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTVp RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

欢迎大家来到共享资源第六章蒸汽动力循环和制冷循环――――会员：newsusan一、选择题共43小题,43分1、1分对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率 A.有所提高,乏气干度下降B.不变,乏气干度增加 C.有所提高,乏气干度增加D.热效率和干度都不变2、1分节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹; B.μ<0A.μ=0 C.μ>03、1分对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率 A.有所提高,乏气干度下降B.不变,乏气干度增加 C.有所提高,乏气干度增加D.热效率和干度都不变4、1分14.节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹;A.μ=0 C.μ>05、1分理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作_____膨胀 A A 等温 等温B 等压 B 等压 B 降低C 等焓 C 等焓 C 不变D 等熵 D 等熵6、1分节流膨胀的过程是不计流体位差等速度变化,可近似看作______过程7、1分流体作节能膨胀时,当μ＞0,节流后温度A 升高B.μ<0..8、1分气体经过稳流绝热过程,对外作功,如忽略动能和位能变化,无摩擦损失,则此过程 气体焓值 A.增加B ．减少 C ．不变D.不能确定9、1分Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成 A A A正确 正确 正确B 错误 B 错误 B 错误10、1分吸收式制冷将热由低温物体向高温物体,冷凝器置于低温空间 11、1分蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间,冷凝器置于低温空间 12、1分单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成 A 正确B 错误13、1分在相同的温度区间工作的制冷循环,制冷系数以卡诺循环为最大 A正确B 错误14、1分吸收式制冷采用吸收器、解吸器、溶液泵和换热器,替代蒸汽压缩制冷装置中的压缩 机构成 A正确B 错误15、1分热泵的工作目的是供热,有效的利用低品味的能量,因此热泵的工作原理循环过程不 同于制冷装置;Thankyouforyoursupport 会员：newsusanforbergA正确B错误16、1分冬天,使室温由10℃升至20℃,空调比电加热器更省电;A正确B错误17、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大;D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;18、1分作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机即蒸汽透平机中抽出部分蒸汽去A．锅炉加热锅炉进水B．回热加热器加热锅炉进水C.冷凝器加热冷凝水D.过热器再加热19、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变,比原冷凝压力下的饱和温度;低了5度,则制冷循环A.冷量增加,功耗不变B.冷量不变,功耗减少C.冷量减少,功耗减小D.冷量增加,功耗增加20、1分关于制冷循环,下列说法不正确的是A冬天,空调的室外机是蒸发器;B夏天,空调的室内机是蒸发器;C冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由冷凝器吸收的热提供的;D冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由蒸发器吸收的热提供的;21、1分对于蒸汽动力循环要提高热效率,可采取一系列措施,以下说法不正确的是A同一Rankine循环动力装置,可提高蒸气过热温度和蒸汽压力B同一Rankine循环动力装置,可提高乏气压力;C对Rankine循环进行改进,采用再热循环;D对Rankine循环进行改进,采用回热循环;22、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变,比原冷凝压力下得饱和温度低了5℃,则循环获得的A冷量增加,功耗增强B冷量不变,功耗减小C冷量减小,功耗降低D冷量增加,功耗不变23、1分吸收式制冷循环中解吸器,换热器,吸收器和泵这一系统的作用相当于另一类制冷循环的__________A节流阀B膨胀机C压缩机24、1分对于蒸汽动力循环要提高热效率,可采取一系列措施,以下说法不正确的是A同一Rankine循环动力装置,可提高蒸气过热温度和蒸汽压力B同一Rankine循环动力装置,可提高乏气压力;C对Rankine循环进行改进,采用再热循环;D对Rankine循环进行改进,采用回热循环;25、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;Thankyouforyoursupport会员：newsusan forbergB.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大;D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;26、1分一封闭体系经过一变化,体系从25℃恒温水浴吸收热量8000kJ,体系熵增25kJ/K,则 此过程是;A.可逆的B.不可逆的C.不可能的27、1分作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机即蒸汽透平机中抽出部分蒸汽去A ．锅炉加热锅炉进水 C.冷凝器加热冷凝水B ．回热加热器加热锅炉进水 D.过热器再加热28、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变,比原冷凝压力下的饱和温度 ;低了5度,则制冷循环A.冷量增加,功耗不变B.冷量不变,功耗减少C.冷量减少,功耗减小D.冷量增加,功耗增加29、1分某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中固冷却介质改变,比原冷凝压力下得饱 和温度低了5℃,则循环获得的A 冷量增加,功耗增强B 冷量不变,功耗减小C 冷量减小,功耗降低D 冷量增加,功耗不变30、1分相同的压力下,对外作功的绝热膨胀比节流膨胀温度降低程度______ A 大 A 流体 A 单位制冷量 剂选择要求 A 沸点低 A 功B 冷凝压力低 B 热能C 汽化潜热大 C 机械能;D 较低的临介温度34、1分30.吸收式制冷是消耗_______而实现制冷的目的35、1分如当地冷却水温度为常年18℃,则氨制冷循环的冷凝温度应选 ℃；℃；℃；℃;;B 小 B 汽液混合状态C 相同C 饱和蒸汽或过热蒸汽C 压缩机消耗功率D 制冷系数31、1分制冷剂进入压缩机时的状态是______ 32、1分评价蒸汽压缩制冷循环的技术经济指标是______B 制冷剂每小时循环量33、1分蒸汽压缩制冷循环的性能与制冷剂的热力学性质密切相关,下列哪个条件不符合制冷36、1分如被冷物系要求达-15℃,则制冷循环中氨的适宜蒸发温度为 ℃；℃；℃；℃;37、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是 A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降 B.只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低 C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大 D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降 38、1分某真实气体流过节流阀,其参数变化为A.△S ＝0Thankyouforyoursupport;B.△T＝0会员：newsusanforbergC.△H＝0却和冷凝放出的热量A大于A正确B错误D.△U＝0制冷剂冷39、1分蒸汽压缩制冷循环过程中,制冷剂蒸发吸收的热量一定B等于C小于40、1分评价蒸汽动力循环的经济性指标是热效率和汽耗率,热耗率越高,汽耗率越高41、1分对膨胀作功过程,等熵效率的定义是不可逆绝热过程的作功量与可逆绝热过程的作功量之比;A正确B错误42、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大,适合大、中型气体液化,后者适合普冷循环,小型深冷;D节流膨胀在汽液两相区、液相区均可用,设备简单,操作方便,等熵膨胀使用时不能有液滴,设备复杂;E任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;43、1分关于制冷原理,以下说法不正确的是A任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降;B只有当μ>0,经节流膨胀后,气体温度才会降低;C等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大,适合大、中型气体液化,后者适合普冷循环,小型深冷;D节流膨胀在汽液两相区、液相区均可用,设备简单,操作方便,等熵膨胀使用时不能有液滴,设备复杂;E任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降;二、填空题共2小题,2分1、1分工业上常用的两种制冷循环是和;三、判断题共2小题,2分1、1分冬天,使室温由10℃升至20℃,空调比电加热器更省电;2、1分p－V图只能显示所作的功,而T-S图既显示体系所吸取或释放的热量,又显示体系所作的功,所以温熵图在蒸汽动力循环和冷冻循环广泛使用;四、名词解释共2小题,2分1、1分提高汽轮机的进汽温度和进汽压力可以提高蒸汽动力循环效率A正确B错误Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2、1分气体从高压向低压作绝热膨胀时,膨胀后气体的压力温度必然降低A正确B错误五、简答题共3小题,16分1、5分理想朗肯Rankine循环有哪四个设备组成简述该循环的工作原理必要时可以画图说明;2、6分简述氨压缩制冷循环主要步骤和设备可用图说明六、计算题共21小题,265分1、18分有一氨压缩制冷循环装置,其制冷量为80000kJ/hr;发器;请:1在T-S图上表示此循环过程；4分2计算压缩机消耗的功率kw4分；3计算制冷系数；4分氨的蒸发温度是243K,经可逆绝热压缩后,冷凝至303K,过冷到298K,再经节流阀节流后,回蒸4如压缩过程不是可逆绝热压缩,等熵效率η=,其余条件不变,试计算压缩机消耗的功率kw和此装置制冷系数,并在1的T-S图上标出此过程;6分已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,凝器出口过冷氨的冷焓是540kJ/kg.2、20分设一制冷能力冷冻量为50000kJ/h带节流阀的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15C,冷凝温度25C,过冷度为5C;假设压缩机绝热不可逆运行,其等熵效率为80%;求1在T-S图上表示此循环过程；5分2每小时制冷剂的循环量5分3压缩机功耗；5分4循环制冷系数;5分已知压缩机进口处氨的焓为1644kJ/kg,如果经可逆绝热压缩出口处氨的焓为1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.3、12分设一制冷能力冷冻量为41800kJ/h带节流阀的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15C,冷凝温度25C,过冷度为5C;假设压缩机绝热不可逆运行,其等熵效率为80%;求1在T-S图上表示此循环过程；3分2每小时制冷剂的循环量3分3压缩机功耗；3分4循环制冷系数;3分已知压缩机进口处氨的焓为1644kJ/kg,如果经可逆绝热压缩出口处氨的焓为1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.5、13分13分设有一制冷能力冷冻量为41800kJ/h的氨冷冻循环装置,蒸发温度-15℃,冷凝温度25℃,过冷度为5℃;假设压缩机可逆绝热运行,膨胀为节流等焓过程;求：1在T-S图上表示此循环过程；2每小时制冷剂的循环量；3压缩机功耗；Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg4循环制冷系数;已知压缩机进出口处氨的焓分别为1644kJ/kg,1866kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是kg.6、12分12分在T-S图上画出下列各过程所经历的途径注明起点和方向,并说明过程特点：如ΔG=01饱和液体节流膨胀；2饱和蒸汽可逆绝热膨胀；3从临界点开始的等温压缩；4过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体压力变化可忽略;7、8分某人称其设计了一台热机,该热机消耗热值为42000kJ·kg的燃料30kg·h,可以产生的输出功率为170kW;该热机的高温与低温热源分别为670K和330K;试判断此热机是否合理;8、12分某动力循环的蒸汽透平机,进入透平的过热蒸汽为,400℃,排出的气体为饱和蒸汽,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%;9、12分有一氨压缩制冷循环装置,制冷量为100000kJ/hr;的蒸发温度是243K,其氨经可逆绝热压缩后,冷凝至303K,过冷到298K,再经节流阀节流,回蒸发器;试计算:1在T-S图上表示此循环过程；2每kg氨制冷量；3单位时间制冷剂的循环量和压缩机理论功率kw；4制冷系数;已知压缩机进出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是540kJ/kg;10、12分12分在T-S图上画出下列各过程所经历的途径注明起点和方向,并说明过程特点：如ΔG=01饱和液体节流膨胀；2饱和蒸汽可逆绝热膨胀；3从临界点开始的等温压缩；4过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体压力变化可忽略;11、12分有一氨压缩制冷循环装置其制冷能力为100000kJ/h,氨蒸发温度是243K,蒸发器出口的氨饱和蒸汽经可逆绝热压缩、冷凝到303K,过冷到298K,再经节流伐等焓膨胀后回蒸发器;问：1如果压缩机进、出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg,冷凝器出口过冷氨的焓是540kJ/kg,试求压缩机的理论功率和装置的制冷系数;5分2如果将氨的蒸发温度调整到253K,压缩过程仍为可逆绝热压缩,其余条件不变,试问压缩机的理论功率有何变化,为什么此时压缩机进、出口处氨的焓分别是1658kJ/kg和1912kJ/kg;3分3在T--S图上标出12二循环过程;、4分12、10分在25℃时,某气体的P-V-T可表达为PV=RT+×10P,在25℃,30MPa时将该气体进行节流膨胀,向膨胀后气体的温度上升还是下降13、12分将典型的蒸汽压缩制冷循环的T-S图分别在P-H图和H-S图上表示出来;14、12分某蒸汽压缩制冷循环,制冷量Q为3×10kJ·h,蒸发室温度为-15℃,冷凝器用水冷却,进口为8℃;若供给冷凝器的冷却水量无限大时,计算制冷循环消耗的最小功为多少如Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg果冷凝器用室温25℃空气冷却时,其消耗的最小功又是多少15、8分实际蒸汽压缩制冷装置中的膨胀过程,为何采用节流阀而不用膨胀机如果用膨胀机,请在T-S图上标出哪些面积代表膨胀机回收的功16、10分20．某压缩制冷装置,用氨作为制冷剂,氨在蒸发器中的温度为-25℃,冷却器中的压力为,假定氨进入压缩机时为饱和蒸汽,而离开冷凝器时为饱和液体,每小时制冷量Q为×10kJ·h;求：1所需的氨流率；2制冷系数;17、12分21．有一氨压缩制冷机组,制冷能力Q为×10KJ·h,在下列条件工作：蒸发温度为-25℃,进入压缩机的是干饱和蒸汽,冷凝温度为20℃,冷凝过冷5℃;试计算：1单位重量制冷剂的制冷能力；2每小时制冷剂循环量；3冷凝器中制冷剂放出热量；4压缩机的理论功率；5理论制冷系数;18、12分22．压缩机出口氨的压力为,温度为50℃,若按下述不同的过程膨胀到,试求经膨胀后氨的温度为多少1绝热节流膨胀；2可逆绝热膨胀;19、16分某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水,由泵从加压至进入锅炉,蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃;求：1上述循环的最高效率;2在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率,以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率;3若透平机是不可逆绝热操作,其焓是可逆过程的80%;求此时的循环效率;20、12分23.用简单林德循环使空气液化;空气初温为17℃,节流膨胀前压力P为10MPa,节流后压力P为,空气流量为·h按标准状态计;求：1理想操作条件下空气液化率和每小时液化量；2若换热器热端温差为10℃,由外界传入的热量为·kg,向对液化量的影响如何空气的比热Cp为·kg·K;T2P 3P145SThankyouforyoursupport会员：newsusan forberg参考答案一、选择题共43小题,43分1、1分C2、1分A3、1分C4、1分A5、1分D6、1分C7、1分B8、1分B9、1分A10、1分B11、1分B12、1分B13、1分A14、1分A15、1分B16、1分A17、1分D18、1分B19、1分A20、1分C21、1分B22、1分D23、1分D24、1分B25、1分D26、1分C27、1分B28、1分A29、1分D30、1分A31、1分C32、1分D33、1分D34、1分B35、1分C36、1分C37、1分D38、1分C39、1分C40、1分B41、1分A42、1分B43、1分DThankyouforyoursupport会员：newsusan forberg二、填空题共2小题,2分1、1分蒸汽压缩制冷,吸收制冷三、判断题共2小题,2分1、1分√2、1分√四、名词解释共2小题,2分1、1分A2、1分A五、简答题共3小题,16分1、5分蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成; 1过热器透平机2冷凝器水泵334后;124水在水泵中被压缩升压;1进入锅炉被加热汽化,直至成为过热蒸汽锅炉2进入透平机膨胀作功;3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水,再回到水泵中,完成一个循环;4六、计算题共21小题,265分2’24T4’5S 311、18分1如右图Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2q=h1-h5=1644-540=1104kJ/kg w=h2-h1=1966-1644=322kJ/kgG=Q/q=80000/1104=hrW=wG=322=23333kJ/hr=3ξ=q/w=1104/322=4η==w/w ac=322/w ac,w ac=kgW=wG==29170kJ/hr=ξ=q/w=1104/=2’24T4’5S 312、20分η=HH;H'H1如左图H'=H+HH/η=1644+18661644/=Kg2m=Q/q=50000/HH=50000/1644=h3P=mW=mH'H=1644=h=4ε=q/W=HH/H'H=1644/1644=2’24T4’5S 313、12分η=HH;H'H1如左图H'=H+HH/η=1644+18661644/=Kg2m=Q/q=41800/HH=41800/1644=37Kg/h3P=mW=mH'H=371644=h=4ε=q/W=HH/H'H=1644/1644=5、13分1如右图Thankyouforyoursupport会员：newsusan forberg2m=Q/q=41800/HH =41800/1644=37Kg/h 3P=mW=mHH=3718661644 =8214KJ/h= 4ε=q/W=HH/HH =1644/18661644=24T4’ 5S316、12分解：1H=02S=03T=04P=07、8分解：从已知的条件,我们可以计算出该热机的效率,以及卡诺热机的效率,然后比较 两者的大小;η=热机的效率卡诺热机效率卡诺热机是效率最高的热机,显然该人设计的热机不合理;8、12分解：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 -W 则mHH=5%WW=W170 ==Q42000×30 3600TT670330η=== T670m= 蒸汽流量按本题意,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 从饱和水性质表查得饱和液体的熵,设空气中气相重量百分含量为x, 则=×x+1-x× x=解得空气的焓值H=x×H+1-xH =×+×=·kg 定熵效率×3000×3600 =h=H S=kgK,S=kgKT42 1 653S9、12分①每kg 氨制冷量q=1644-540=1104kJ/kg,理论功耗w =1966-1644=322kJ/kg ②制冷剂循环量G=100000/1104=h 理论功率N =322/3600= ③制冷系数ζ=1104/322=10、12分解：11、12分1W =322kJ/kg,q=1104kJ/kg,G=h ,N=2W =254kJ/kg,q=1118kJ/kg,G=h,N=,ε=,ΔN=12、10分解；判断节流膨胀的温度变化,依据Joule-Thomson 效应系数μ; 由热力学基本关系式可得到：μ=T = PTVV T C将P-V-T 关系式代入上式,PV=RT+×10P →V= RT+×10 P ,其中RV = PTμ=T× R V RTPV×10×10P===<0CP×CCC可见,节流膨胀后,温度比开始为高; 13、12分解：压缩机的可逆绝热过程是等熵过程,节流过程常可看作为等焓过程,则循环可用如下P-H 和H-S 图表示; P32H2134S4 1H14、12分解：首先需要明确的是：在所有的制冷循环中,逆卡诺循环的制冷效率最高,即功 耗最小;循环效率有如下的关联式：ξ= T 蒸发温度Q 制冷量=T 冷凝温度TW 净功 按照传热原理,如果进出冷却器的冷却水量无限大,则不仅冷却水进出口温度接近相同, 而且被冷介质的温度也相同;因此当冷却水量无限大时,冷凝温度T =8+273K,所以最少净功当冷凝器用空气冷却时,冷凝温度近似等于室温25℃W N = 8+27315+273 ×3×104=h 115+273最小净功由计算结果可见,冷却温度越低,消耗功越小;但是空气冷却所用设备简单,如家用空调器, 冰箱采用散热片空气冷却,不过它们的能耗要比水冷却高许多;15、8分解：制冷装置的膨胀过程,采用节流元件如阀、孔板等主要考虑到节流设备简单, 装置紧凑;对于中小型设备而言,这个膨胀功是不值得回收的,功量不大,但是设备投资要增 加许多;因此,大多不采用膨胀机;在下面的T-S 图上,节流元件膨胀过程如3→4,是等焓过程,而膨胀机膨胀过程如3→4′, 是等熵过程;膨胀机回收的功量如阴影部分积分;W=25+27315+273 ×3×10=h 15+273T234′41S16、10分解：通过NH 的P-H 图可查到各状态点焓值;按照题意,氨进入压缩机为饱和状态1,离开冷凝器为饱和状态3; 氨在蒸发器中的过程即4→1H=1430KJ·kg H=1710KJ·kg氨在冷凝器中的过程即2→3,H =H=320KJ·kg×10G====hqHH1430320氨流率qHH14303201110 ξ===== WHH17101430280制冷系数P -25℃43 21注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置,然后在P-H 图或T-S 图上查到 相应的焓或温度、压力值,进行计算;17、12分解：首先在P-H 图或T-S 图上按照已知条件定出各状态点; 查得H=1430KJ·kg H=1680KJ·kg冷凝出来的过冷液体过冷度为5℃状态3′的决定：假设压力对液体的焓值几乎没有影响,从状态3沿着饱和液体线向下过冷5℃,找到3′′,用此点的焓值近似代替3′的焓值,由于过冷度 是有限的,实际上3′和3′′很接近,不会造成太大的偏差;3′′→4仍为等焓膨胀过程, H=H=270kJ·kg制冷能力q=H-H=1430-270=1160KJ·kgQ4×10G===h q1160 制冷剂循环量冷凝过程即2→3′,放出热量Q=H -H G=270-1690=-48645KJ·hGHH16801430==压缩机功率HH14302701160 ξ====HH16801430250 制冷系数N=绝热节流膨胀过程是等焓过程,从P-H 图上沿着等焓线可找到终态2为、12分解：1 温度为30℃;P1MPa2’ -33℃2 50℃30℃1 H2可逆绝热膨胀过程是等熵过程,同样沿着等熵线可找到终态2′为时,温度为-33 ℃;1各状态点的热力学性质,可由附录水蒸汽表查得19、16分解：H=kgHH=∫VdP=VPP=×10××10=kgH=+kg 由于液体压力增加其焓增加很少,可以近似H=H H=kgS=kgK该循环透平机进行绝热可逆操作,增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高; S=S=,由,查得 气相,S=kgK S=kg查饱和蒸汽性质表 查饱和水性质表内插液相,气相含量为xKS=x×S+1xS=x×+1x×= x=H=xH+1xH=×+1×=kgη=H == H 冷凝器压力,饱和温度为℃；锅炉压力,饱和温度为℃;卡诺循环运行在此两温度之间,卡诺循环效率T ==η= +273T若卡诺循环运行在实际的二个温度之间,其效率为η=TTT=280=280+2733不可逆过程的焓差为H-H,而吸收的热仍为HH,因此效率η=HH =×= HH20、12分解：简单的林德循环T-S图如上表示：对于空气从T-S图上可查得各状态点的焓值状态点120性状过热蒸汽过热蒸汽饱和液体T／K290290P／MPa10H／KJ·kg46043542 x=1理论液化量HH46043525 ===HH46042418 kg液体／kg空气h1G==h1×103m3mol1空气流量/windows/ie_intl/cn/start/>液化量：2外界热量传入造成冷量损失Q,Q=·kg换热器热端温差造成热交换损失Q, Q=Cp×ΔT=×10=10KJ·kg实际液化量G×x=×29×=70ghx=HHHH=36043510=kg46042实际液化量：G×x=×29×=h。

2习题第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。

和，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，，，，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下达到平衡，，，）2. 封闭体系的体积为一常数。

（错）3. 封闭体系中有两个相。

在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则两个相都等价于均相封闭体系。

（对）4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）5. 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。

）6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ，V )的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。

（错。

V 也是强度性质）7. 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；同样，对于初、终态压力相等的过程有。

（对。

状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。

）8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是（其中），而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。

(错。

) 9. 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）10. 自变量与独立变量是不可能相同的。

（错。

有时可以一致）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. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P ，V )等温可逆地膨胀到(P ，V )，则所做的功为i i f f(以V 表示)或 (以P 表示)。

4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知)，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P，则mol ，温度为 和水 。

化工热力学答案—课后总习题答案详解第二章习题解答一.问答题：2-1为什么要研究流体的"VT关系？【参考答案】：流体P-V-T关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设讣、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。

（I）流体的PVT关系可以直接用于设汁。

（2）利用可测的热力学性质（T, P, V等）计算不可测的热力学性质（H, S, G.等）。

只要有了旷/T关系加上理想气体的C；；, 可以解决化工热力学的大多数问题匚以及该区域的特征：同时指岀其它重要的点、2- 2 ⅛ P-V图上指出超临界萃取技术所处的区域,而以及它们的特征。

【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：环、P>Pco2）临界点C的数学特征：（^PM Z）/ =° （在C点）（$2p/刃2）・0 （在C点）3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线：4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。

5）过冷液体区的特征：给左压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。

6）过热蒸气区的特征：给左压力下蒸气的温度髙于该压力下的露点温度。

7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。

2-3要满足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只有在低于7；条件下才能被液化。

2-4不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决左偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。

真实气体偏离理想气体程度不仅与7∖ P有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子7；, /和Q。

2-5偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个槪念？它可以直接测呈:吗？【参考答案】：偏心因子。

为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。

其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氮，氟、毎）在形状和极性方而的偏心度。

为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。

第一章 绪论一、选择题（共3小题，3分）1、(1分）关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ) A 。

可以判断新工艺、新方法的可行性. B.优化工艺过程。

C.预测反应的速率.D 。

通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。

E 。

相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。

2、（1分）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。

3、（1分)关于化工热力学研究内容,下列说法中不正确的是（ ）A 。

判断新工艺的可行性. B.化工过程能量分析。

C.反应速率预测. D 。

相平衡研究参考答案一、选择题(共3小题，3分） 1、(1分)C 2、(1分）B 3、(1分）C第二章 流体的PVT 关系一、选择题（共17小题，17分）1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压,则此物质的状态为（ ）。

A ．饱和蒸汽 B 。

饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质.A 。

高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c3、（1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω,近似等于 。

A 。

0 B 。

1 C 。

2 D 。

34、（1分）0.1Mpa ，400K 的2N 1kmol 体积约为__________A 3326LB 332.6LC 3.326LD 33.263m5、(1分）下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ⋅⋅⨯/10314.833B 1。

987cal/kmol KC 82.05 K atm cm /3⋅D 8.314K kmol J ⋅/ 6、（1分）超临界流体是下列 条件下存在的物质。

习题四一、是否题M M。

4-1 对于理想溶液的某一容量性质M，则i i解：否4-2 在常温、常压下，将10cm3的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后，其总体积为30 cm3。

解：否4-3温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液，则混合过程的温度、压力、焓、Gibbs 自由能的值不变。

解：否4-4对于二元混合物系统，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则，则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。

解：是4-5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。

解：是4-6理想气体混合物就是一种理想溶液。

解：是4-7对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

解：否4-8对于理想溶液所有的超额性质均为零。

解：否4-9 理想溶液中所有组分的活度系数为零。

解：否4-10 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的。

解：否4-11理想溶液在全浓度范围内，每个组分均遵守Lewis-Randall 定则。

解：否4-12 对理想溶液具有负偏差的系统中，各组分活度系数i γ均 大于1。

解：否4-13 Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。

但它不适用于液液部分互溶系统。

解：是二、计算题4-14 在一定T 、p 下，二元混合物的焓为 2121x cx bx ax H ++= 其中，a =15000，b =20000，c = - 20000 单位均为-1J mol ⋅，求(1) 组分1与组分2在纯态时的焓值1H 、2H ；(2) 组分1与组分2在溶液中的偏摩尔焓1H 、2H 和无限稀释时的偏摩尔焓1∞H 、2∞H 。

解：（1）1111lim 15000J mol -→===⋅x H H a2121lim 20000J mol -→===⋅x H H b（2）按截距法公式计算组分1与组分2的偏摩尔焓，先求导：()()()12121111111d dd d d11d H ax bx cx x x x ax b x cx x x =++=+-+-⎡⎤⎣⎦12=-+-a b c cx将1d d Hx 代入到偏摩尔焓计算公式中，得()()()()()()11112121111111112122d 1d (1)211221H H H x x ax bx cx x x a b c cx ax b x cx x a b c cx x a b c cx a c x a cx =+-=+++--+-=+-+-+-+---+-=+-=+()()()()21121211111111121d 2d 112HH H x ax bx cx x x a b c cx x ax b x cx x x a b c cx b cx =-=++--+-=+-+---+-=+无限稀释时的偏摩尔焓1∞H 、2∞H 为：()()2-1112012-122111221lim lim 150002000035000J mol lim lim 200002000040000J molx x x x H H a cx H H b cx∞→→∞→→==+=+=⋅==+=+=⋅4-15 在25℃，1atm 以下，含组分1与组分2的二元溶液的焓可以由下式表示：121212905069H x x x x x x =++⋅+（）式中H 单位为-1cal mol ⋅，1x 、2x 分别为组分1、2的摩尔分数，求 (1) 用1x 表示的偏摩尔焓1H 和2H 的表达式； (2) 组分1与2在纯状态时的1H 、2H ；(3) 组分1与2在无限稀释溶液的偏摩尔焓1∞H 、2∞H ；(4) ΔH 的表达式；(5) 1x =0.5 的溶液中的1H 和2H 值及溶液的H ∆值。

第二章 均相反应动力学习题1. 【动力学方程形式】有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:23.66A A dP P dt= 若转化为2(/.)A kC A r mol hl =形式，求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]在恒容等温下，用等摩尔H 2和NO 进行实验，测得如下数据： 总压（MPa ）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s ） 256 186 135 104 67 求此反应级数3.[二级反应恒容定时间]4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min 转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？4、【二级恒容非等摩尔加料】溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C 4H 9Br+C 2H 5Na →Na Br+i-C 4H 9 OC 2H 5(A)(B) (C) (D)溴代异丁烷的初始浓度为C A0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为C B0=0.0762mol/l,在368.15K 测得不同时间的乙醇钠的浓度为：t(min) 0 5 10 20 30 50 C B (mol/l) 0.0762 0.0703 0.0655 0.0580 0.0532 0.0451已知反应为二级，试求：（1）反应速率常数；（2）反应一小时后溶液中溴代异丁烷的浓度；（3）溴代异丁烷消耗一半所用的时间。

5. [恒温恒容变压定级数]二甲醚的气相分解反应CH 3OCH 3 → CH 4 +H 2 +CO 在恒温恒容下进行，在504℃获得如下数据：t （s ） 0 390 777 1195 3155 ∞Pt ×103（Pa ） 41.6 54.4 65.1 74.9 103.9 124.1试确定反应速率常数和反应级数6.[恒温恒压变容定常数]气体反应2A→B，经测定该反应为一级，压力保持不变，组分A为80%，惰性物为20%，三分钟后体积减小了20%，求反应速率常数。