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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⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T 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 =1.980calmol -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。
化工热力学各章节习题第一章 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__________AK kmol m Pa ⋅⋅⨯/10314.833 B 1.987cal/kmol K C 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。
化⼯热⼒学习题2-1 使⽤下述三种⽅法计算1kmol 的甲烷贮存在容积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中所产⽣的压⼒是多少？（1）理想⽓体⽅程；（2）Redlich-Kwong ⽅程；（3）普遍化关系式。
2-2 欲将25kg ，289K 的⼄烯装⼊0.1m 3的刚性容器中，试问需加多⼤压⼒？2-3 分别使⽤理想⽓体⽅程和Pitzer 普遍化⽅法，计算510K ，2.5MPa 下正丁烷的摩尔体积。
已知实验值为1480.7cm 3·mol -1.2-4 试⽤下列⽅法求算473K ，1MPa 时甲醇蒸⽓的Z 值和V 值：（1）三项截尾维⾥⽅程式（2-6），式中第⼆、第三维⾥系数的实验值为： B = -219cm 3·mol -1 C = -17300 cm 6·mol -2（2） Redlich-Kwong ⽅程；（3）普遍化维⾥系数法。
2-5 某⽓体的p v T ⾏为可⽤下述在状态⽅程式来描述： p RT b RT pV ??-+=θ式中b 为常数，θ只是T 的函数。
试证明此⽓体的等温压缩系数Tp V V k ???? ????-=1的关系式为??-+=p RT b RT p RTk θ2-6 试计算含有30%（摩尔）氮⽓（1）和70%（摩尔）正丁烷（2）的⽓体混合物7g ，在188℃和6.888MPa 条件下的体积。
已知：B 11=14 cm 3·mol -1, B 22= -265 cm 3·mol -1, B 12= -9.5 cm 3·mol -1。
2-7分别使⽤下述⽅法计算171℃，13.78MPa 下⼆氧化碳和丙烷的等分⼦混合物的摩尔体积。
已知实验值为0.199m 3·kmol -1（1）普遍化压缩因⼦关系式；（2）Redlich-Kwong ⽅程。
2-8 有⼀⽓体的状态⽅程式Vab V RT p --=，a 及b 是不为零的常数，则此⽓体是否有临界点呢？如果有，⽤a 、b 表⽰。
欢迎共阅模拟题一一．单项选择题（每题1分，共20分）本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表：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 ）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（B ）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 ）9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ⎛⎫⎛⎫∂∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ B. 1y x Z Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭a. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 2 = 0b. X 1dlnγ1/dX 2+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0c. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0d. X 1dlnγ1/dX 1– X 2dlnγ2/dX 1 = 014. 关于化学势的下列说法中不正确的是(A )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15．关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( E )（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 ）任何纯物质的活度均为1。
（E ）的偏摩尔量。
20．下列关于ΔG 关系式正确的是（B ）A. ΔG= RT ∑X i ln X i B. ΔG = RT ∑X i ln ^a iC. ΔG = RT ∑X i ln γiD. ΔG = R ∑X i ln X i二、填空题1. 纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均等于_零____，数学上可以表示为________________________和________________________。
难度： 中 分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析 知识点：功热转化，热力学效率，理想功 备注：南工大试题答案：（1）3#>2#>1#>4# 因为温度压力越高，蒸汽的作功本领越大；温度相同时，压力越高，蒸汽的作功本领越大；压力相同时，温度越高，蒸汽的作功本领越大； 任何温度压力下的饱和蒸汽比任何温度压力下的饱和水作功本领大。
（2）应尽可能利用高压蒸汽来做功，低压蒸汽来加热。
（3）300303()()298(0.3674 5.787)(104.92783)1063/x E T S S H H KJ Kg =---=---=43043()()(13442783)298(3.2534 5.787)684/id W H H T S S KJ Kg =---=---=-1. （10分）设有压力为1.013MPa 、 6.868MPa 、 8.611MPa 的饱和蒸汽和1.013MPa ， 573K 的过热蒸汽和8.611MPa ，573K 的饱和水，若这些蒸汽和水经充分利用后，最后排出0.1013MPa ， 298K 的冷凝水（即环境状态）。
（1）将它们做功本领从大到小排序，并说出如此排序的理由。
（不需要计算） （2）简要阐述如何合理利用蒸汽。
（3）计算3#（序号见下表）饱和蒸汽的E x 。
(4) 若将3#饱和蒸汽变成4#饱和水，环境温度为298K ，请计算此过程所做的理想功。
序号 P, MPa T,KS (KJ/Kg.K ) H (KJ/Kg ) 0# 水0.1013298 0.3674 104.9 1# 饱和蒸汽 1.013 453 6.582 2776 2# 过热蒸汽 1.013 573 7.13 3053 3# 饱和蒸汽 8.611 573 5.787 2783 4#饱和水8.6115733.25341344难度： 易 分值：13章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环 知识点：制冷循环 备注：南工大试题 答案：1、1） 如右图08.5)16441866/()6.5141644()/()(/)428.2/8214)16441866(37)()3/37)6.5141644/(41800)/(41800/)212510125100=--=--====-=-===-=-==H H H H W q KWh KJ H H m mW P hKg H H q Q m s s T ε2. （13分）设有一制冷能力（冷冻量）为41800 kJ/h 的氨冷冻循环装置，蒸发温度-15℃，冷凝温度25 ℃，过冷度为5℃ 。
【关键字】环境第5章化工过程的能量分析一、是否题1．系统熵增加的过程必为不可逆过程。
错2．绝热过程必是定熵过程。
错3. 热温熵即过程的熵变。
错。
过程熵变的定义为，即可逆过程的热温商才是熵变。
4．对一个绝热不可逆过程，是否可以设计一个绝热可逆过程来计算其熵变化？否。
绝热不可逆过程是自发过程，而绝热可逆过程是平衡过程，两者不能替代。
但是对一个不可逆过程的熵变，可以设计一系列可逆过程来计算有相同初、终态的过程熵变。
5. 不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。
否。
自发过程一定是不可逆的，但不可逆过程不一定是自发的。
例如：理想气体的等外压压缩就不是自发过程，但是不可逆过程。
6. 功可以全部转变成热，但热一定不能全部转化为功。
否。
功可以自发地全部变为热，热也可以全部转化为功，但一定会引起其他变化。
例如，理想气体等温膨胀是ΔT=0；ΔU=0，Q=W，热全部转化为功，但系统的体积变大了，压力变小了。
7. 无论流体的温度高于或低于环境温度，其有效能均为正对。
根据热力学原理，一切不平衡状态均走向平衡，可以作功。
因此所有偏离环境温度的状态应具有正的有效能。
二、选择题1．理想气体流过节流阀，其参数变化为。
A ⊿T ＝0, ⊿S＝0B ⊿T ＝0, ⊿S＞0C ⊿T ≠ 0, ⊿S＞0D ⊿T ＝0, ⊿S＜0(B)。
系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统不能与外界交换能量。
2．（1）孤立体系的熵永远增加。
（2）在绝热的条件下，趋向平衡的过程中，体系的熵增加。
（3）孤立体系的熵永不减少。
（4）可用体系的熵函数的增加或不变来判断过程是否可逆。
上述表述中全部错误的是A (1) (4)B (2) (4)C (2) (3)D (1) (2)A。
(1) 孤立体系的自发过程向着熵值增大的方向进行，直到体系的熵具有极大值（dS = 0）时达到平衡态。
(4) 熵增原理必须在孤立体系或绝热体系中应用。
3．在△H＋g△Z＋0.5△u2=Q+Ws中，如果u的单位用m/s,则H的单位为:A J/sB kJ/kgC J/kgD kJ/g( C )三、填空题1能量衡算式一般形式2封闭体系能量衡算式3稳定流动体系能量衡算式4非流动体系理想功的计算式或者流动体系理想功的计算式，忽略动能和势能变化，稳态流动过程损失功的计算式.四、计算题1. 试确定1kmol的蒸气（1470kPa，过热到，环境温度t0=）在流动过程中可能得到的最大功。
解：这是求算1kmol的蒸气由始态（，1470kPa）变化到终态（，101.32kPa）的液体水时所得到的最大功。
由过热水蒸气表查得初始态时的焓与熵分别为H1=3543.34kJ/kg，S1=7.6584kJ/（kg·K）由饱和水蒸气表可查得终态时水的焓与熵分别为H2=67.18kJ/kg，S2=0.2389kJ/（kg·K）所以过程的焓变和熵变分别为H =M（H2－H1）=18.02（67.18－3543.34）=－62640.33（kJ/kmol）S=M（S2－S1）=18.02（0.2389－7.6584）=－133.6994（kJ/（kkmol·K））若理想功为所能提供的最大有用功，则Wid=H－T0S=－62640.33＋（16＋273.15）（－133.6994）=－2.398×104（kJ/kmol）2.确定冷却45kmol/min的空气，从初始温度305K降低到278K所需的最小功率Nmin，环境温度305K。
已知空气的比热容为29.3kJ/（kmol·K）。
解：在冷却过程中，空气的焓变和熵变分别为过程所需的最小功为W id=∆H －T0∆S=－791.1－305（－2.7158）=37.2（kJ/kmol）所以这一冷却过程所需的最小功率为N id=nW id=45×37.2=1674.0（kJ/min）=27.9kW3. 在一个往复式压气机的实验中，环境空气从100kPa及5℃压缩到1000kPa，压缩机的气缸用水冷却。
在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为100kg/kmol（空气）。
冷却水入口温度为5℃，出口温度为16℃，空气离开压缩机时的温度为145℃。
假设所有对环境的传热均可忽略。
试计算实际供给压气机的功和该过程的理想功的比值。
假设空气为理想气体，其摩尔定压热容C P=29.3kJ/（kmol·K）。
解：以被压缩的空气为系统，以1kmol空气作为基准。
假设空气为理想气体，在此过程中空气放出的热量为Q=－W W C P，W（t out－t in）式中W W为冷却水的流率；C P,W为水的热容，取值为4.18kJ/（kg·K），t out和t in分别为冷却水的出、入口温度。
所以Q=－100×4.18（16－5）=－4.598×103（kJ/kmol）压缩过程中空气的焓变为若忽略此压缩过程中动能和势能的变化，则所需的功为W S=H∆－Q =4.102×103＋4.598×103=8.700×103（kJ/kmol）过程的熵变可以按下式计算所以压缩过程的理想功为W id=∆H－T0∆S=4.102×103－278.15（－7.199）=6.104×103（kJ/kmol）因此实际供给压气机的功与该过程的理想功的比值为W S/W id=8700/6104=－1.4254. 水与高温燃气进行热交换转变成260℃的恒温蒸气，在此过程中，燃气温度由1375℃降到315℃，已知环境温度为27℃。
试确定1kg气体由于热交换过程，其有效能的降低值，设气体的比热容为1kJ/（kg·K）。
解：若忽略在进行热交换过程中燃气动能和位能的变化，则有效能的降低可表示为△B=B 2－B 1＝（H 2－T 0S 2）－（H 1－T 0S 1）将上式整理可得△B=（H 2－H 1）－T 0（S 2－S 1）其中T 0＝27＋273.15＝300.15（K ）H 2－H 1＝C P （T 2－T 1）＝－1060.00kJ/kgS 2－S 1＝2121(/)ln(/) 1.030/()T P P T C T dT C T T kJ kg K ==-⎰因此该过程有效能的降低为△B ＝－1060.00－300.15（－1.030）＝－750.72（kJ/kg ）5. 如果空气绝热节流膨胀，从2100kPa 降到100kPa 不做任何功。
若传热以及位能和动能变化均可忽略，试提出一些假设，确定此过程所产生的功损失。
解：假设环境温度T 0＝25＋273.15＝298.15（K ），并假定空气为理想气体。
绝热节流膨胀，Q ＝0，△H ＝0，△T ＝0，所以过程的熵变为△S ＝－Rln （p 2/p 1）＝－8.314ln （100/2100）＝25.312（kJ/（kmol ·K ）） 若忽略传热以及位能和动能的变化，此过程所产生的功损失为W L ＝T 0△S －Q ＝298.15×25.312－0＝7.547×104（kJ/kmol ）6. 两股热水在绝热条件下相混合，其中一股水的温度为353.15K ，流量为25kg/s ；另一股水的温度为313.15K ，流量为30kg/s 。
以知环境温度为298.15K ，试计算这一混合过程有效能的降低。
解：设温度为353.15K 的水的流量用a 表示，下标a 表示其性质；用小标b 表示温度为313.15K 的水的性质，b 表示其流量；下标m 表示混合后水流的性质，m 表示混合后水的流量。
由饱和水和饱和水蒸汽表可查得两股水的焓和熵为H a =334.91kJ/kg ， S a =1.0753kJ/（kg ·K ） H b =167.57kJ/kg ， S b =0.5725kJ/（kg ·K ） 由此可计算出混合前两股水的有效能函数为B a =H a －T 0S a =334.91－298.15×1.0753=14.309（kJ/kg ） B b =H b －T 0S b =167.57－298.15×0.5725＝－3.121（kJ/kg ） 由于混合过程是在绝热条件下进行的，其焓平衡方程为 aH a ＋bH b =mH m 所以混合后水流的焓为 H m =25334.9130167.572530a b aH bH m +⨯+⨯=+=243.63（kJ/kg ） 根据H m 的值由饱和水和饱和水蒸汽表可查得混合后水流的温度为331.36K ，进而可查得混合后水流的熵为S m =0.8085kJ/（kg ·K ），这样混合后水流的有效能函数为 B m =H m －T 0S m =243.63－298.15×0.8085=2.576（kJ/kg ） 于是这一混合过程的有效能降低为△B=mB m －aB a －bB b =55×2.576－25×14.309－30（－3.121）＝－122.42（kJ/s ）7.试求将1kg ，0.6MPa 的空气，按如下条件变化时的热量变化，以及有效能变化。
取环境温度为25℃（298K ）。
（1）等压下由-38℃加热至30℃； （2）等压下由30℃冷却至-170℃。
解：由空气的T —S 图可查得0.6MPa 下各温度状态的焓及熵值如下： -38℃（235K ），H 1=11620 J ·mol -1S 1=104 J ·mol -1·K -1 30℃（303K ），H 2=13660 J ·mol -1 S 2=111 J ·mol -1·K -1 -170℃（103K ），H 3=7440 J ·mol -1 S 3=77 J ·mol -1·K -1 （1）等压加热热量 ()kJ Hp 3.701162013660291=-⨯=∆ 有效能变化（2）等压冷却热量 kJ Hp 5.214)136607440(291-=-⨯=∆ 有效能变化8. 试求1kmol ，300K 的空气，由0.1MPa 等温可逆压缩到10MPa 的轴功和理想功。
环境温度取T 0为298K 。
解：由空气的T —S 图可查得，在300K 下，各压力状态下的焓值和熵值如下： 0.1MPa ，H 1=13577 kJ ·kmol -1 S 1=126 kJ ·kmol -1·K -1 10MPa ，H 2=1300 kJ ·kmol -1 S 2=87 kJ ·kmol -1·K -1 稳流系统 ΔH=Q ＋W S 可逆过程 W S =Q rev ＋ΔH其中可逆热Q rev =T ΔS=T （S 2—S 1）=300×（87—126）=-11700 k J ·kmol -1所以 111700(130013577)11123S rev W Q H kJ kmol -=-+∆=+-=⋅理想功 0id W H T S =∆-∆计算结果表明，等温下将空气从0.1MPa 压缩至10MPa 时，其消耗的理想功比可逆轴功要少一些，这是因为压缩时放出的热量可逆地传递给环境，环境获到了部分功，消耗的功最少。
