2014-2015 第一学期 化工热力学 (5)

一、选择题（2×10）
1、关于化工热力学性质下列说法中不正确的是（ C ）
A、可以判断新工艺、新方法的可行性
B、优化工艺过程
C、预测反应速率
D、通过热力学模型，用易测得数据推算难测得数据；用少量实验数据推算大量有用数据
2、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（ D ）
A、饱和蒸汽
B、饱和液体
C、过冷液体
D、过热蒸汽
3、对于单原子气体和甲烷，其偏心因子近似等于（ A ）
A、0
B、1
C、2
D、3
4、对理想气体有（ C ）
A、(αH/αP)T<0
B、(αH/αP)T>0
C、(αH/αP)T=0
D、(αH/αT)p=0
5、不可逆过程中的孤立体系（ D ）
A、总熵总是增加的，火用也是增加的
B、总熵总是减少的，火用也是减少的
C、总熵总是减少的，但火用是增加的
D、总熵总是增加的，但火用是减少的
6、混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是（Ｃ）
A f=错误!未找到引用源。

i
B f=错误!未找到引用源。

C ln f=错误!未找到引用源。

D lnf=错误!未找到引用源。

7、由混合物的逸度的表达式错误!未找到引用源。

+RTln错误!未找到引用源。

知，G错误!未找到引用源。

的状态为（Ａ）
A系统温度、P=1的纯组分错误!未找到引用源。

的理想气体状态
B系统温度、系统压力的纯组分错误!未找到引用源。

的理想气体状态
C系统温度、系统压力、系统组成的理想混合物
D系统温度、P=1的纯组分错误!未找到引用源。

8、气体经过稳流绝热膨胀，对外作功，如忽略宏观动能，位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值（ B ）。

A增加B减少C不变D不确定
9、二元气体混合物的摩尔分数y1=0.3.在一定的T、P下，错误!未找到引用源。

错误!未找到引用源。

=0.8812，则此时混合物的逸度系数为（Ｃ）
Ａ０．９０９７Ｂ０．８９８２７Ｃ０．８９７９Ｄ０．９０９２10、下列气液平衡关系适用条件正确的是（Ｂ）
A错误!未找到引用源。

=错误!未找到引用源。

,气相视为理想气体，液相视为非理想溶液
B 错误!未找到引用源。

=错误!未找到引用源。

, 无限制条件,EOS法
C P错误!未找到引用源。

=P错误!未找到引用源。

,无限制条件
D远离临界区域的高压范围气液平衡计算，活度系数法
二、填空题（一空1分，共15分）
1、对理想溶液，S=－Ｒ错误!未找到引用源。

;G=ＲＴ错误!未找到引用源。

;
2、等温等压下二元混合物的Gibbs-Duhem方程可以表示为摩尔性质M和组成错误!未找到引用源。

的关系错误!未找到引用源。

ｄ错误!
ｄ错误!未找到引用源。

２＝０
未找到引用源。

１＋Ｘ２
3、稳流体系熵方程中熵产生是体系内部不可逆性所引起。

可逆绝热膨胀过程的特征是等熵。

4、常温常压下二元液相系统的溶剂组分的活度系数为ln错误!未找到引用源。

=错误!未找到引用源。

X错误!未找到引用源。

+错误!未找到引用源。

(错误!未找到引用源。

，则溶质组分的活度系数表达式是ln错误!未找到引用源。

=ｘ１２－错误!未找到引用源。

ｘ１３。

5、反应体系相率表达式为＿＿Ｎ－Ｒ－Ｓ＋２－错误!未找到引用
源。

＿＿＿＿，戊醇和水的气－液－液三相平衡状态的自由度为＿１＿＿＿＿
6、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。

7、纯物质P-V图临界等温线在临界点处的斜率为 0 ，曲率为 0 。

8、用状态方程EOS可以计算压缩因子z、逸度系数、剩余性质等性质。

9、纯物质的T-S图的拱形曲线下部称气液平衡共存区。

10、纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示汽化熵大小
三、简答题（18分）
1、按照对应关系填表（6分）
2、在热功转化的实际热机循环中，将5Mpa、40℃水在锅炉中定压加热到400℃的过热蒸汽。

（1）计算其过程的焓变，工程中常采用水的热力学图或表来查询过程始态和终态的焓值进行计算。

现使用不同来源的水蒸汽表或图（均是正式的权威出版物，数据可靠）查到同一状态点的焓值h值竟相差较大，为什么？工程中使用热力学性质图、表来求解热力学过程的焓变、熵变时要注意什么问题。

（3分）
（2）请自行给出已知条件，计算工质在锅炉所吸收的热量Q。

（答题时只需给出解题的步骤和方法，不必给出具体结果）（3分）
答案：1）状态（T、P）的焓值H是相对于某一基准态的焓值。

如基准态规定不同，同一状态点（T、P）其焓值也是不同的。

该问题是因不同来源水蒸汽图或表的焓值基准态规定不同造成
的。

要注意问题：所查询过程始态和终态的焓值的基准态应相
同。

（2）对锅炉进行能量衡算Q + W = △H + △[（1/2）C 2 ]+ △(gh )
W ≈0 △(gh) ≈0 △[（1/2）C 2 ] ≈0 ∴ Q ≈△
H
方法一：△H = H2- H1 [KJ/Kg] 查水蒸汽图或表的始、末态的焓值。

方法二：设计过程计算焓变
5Mpa、40℃水→5Mpa饱和水→5Mpa饱和水蒸汽→5Mpa 、400℃的过热蒸汽。

据热容进行显热计算[KJ/Kg]，据汽化潜热进行相变热计算。

3、写出①稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；②当流体流经
泵和③流经换热器时系统热力学第一定律的简化形式。

（6分）
答案：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：
流体流经换热器传质设备
W s=0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动
能项和势能项可以忽略，即，；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：流体流经泵、压缩机、透平等设备
在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以
忽略，即，；即：
若
这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进一步可化简为：
三、计算题（47分）
1、定温定压下，二元系的焓值可用H=300-90X1-10X23表示，H的因次为错误!未找到引用源。

．试求错误!未找到引用源。

１，错误!未找到引用源。

２的表达式，纯物质的焓Ｈ1和 H2，混合过程的和过量性质ＨＥ的表达式。

解：
求乙醇（１）－甲苯（２）混合物系统在Ｔ＝３１８Ｋ、Ｐ＝
２４.４ＫＰａ达到平衡时，
（１）液相各组分的活度系数；
（２）液相的△Ｇ和错误!未找到引用源。

；
（３）估计Ｔ＝３３３Ｋ、Ｘ１＝０．３００时的错误!未找到引用源。

的值。

3、6.0MPa，400℃的过热蒸汽（H1=3174 kJ·kg-1，S1=6.535 kJ·kg-1·K-1）在稳流过程中经透平膨胀到0.004MPa、干度x=0.9。

（已知0.004 MPa下H g=2554 kJ·kg-1，S g=8.4808 kJ·kg-1·K-1，H L=120 kJ·kg-1，S L=0.4177 kJ·kg-1·K-1）。

T0=298K。

（1）如该透平是绝热的，求该过程的W id、Ws、W L及热力学效率η。

（2）如该透平的热损失为5 kJ·kg-1汽终态不变。

求该过程的W id、
Ws、W L及热力学效率η。

解：（1）
（2）
4.试计算在813K、4.025MPa下1000mol氮气在非流动过程中变至373K、1.013MPa时可能做的理想功。

大气的T0=239K，P0=0.1013MPa。

N2的等压热容C p=27.89+4.271x10-3T kJ·kmol/K。

若氮气是稳定流动过程，理想功又为多少？。