2025年大学大二（化学工程与工艺）化工热力学基础试题及解析.doc

2025年大学大二（化学工程与工艺）化工热力学基础试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共30分）
每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。（总共6题，每题5分）
1. 对于理想气体，以下哪个状态方程是正确的？（ ）
A. pV = nRT
B. pV = mRT
C. pV = MRT
D. pV = RT
答案：A
2. 化工热力学中，状态函数的特点是（ ）
A. 其变化值与途径有关
B. 只取决于初末状态
C. 没有明确的物理意义
D. 以上都不对
答案：B
3. 关于偏摩尔吉布斯自由能，下列说法错误的是（ ）
A. 是广度性质
B. 与化学势有关
C. 可用于判断相平衡
D. 是强度性质
答案：A
4. 理想溶液中各组分的化学势表达式为（ ）
A. μi = μi(T,p) + RTlnxi
B. μi = μi(T,p) + RTlnpi
C. μi = μi(T,p) + RTlnci
D. μi = μi(T,p) + RTlnni
答案：A
5. 下列哪种情况不是理想气体混合物的特点（ ）
A. 分子间无相互作用力
B. 分子本身不占体积
C. 符合道尔顿分压定律
D. 不符合拉乌尔定律
答案：D
6. 化工热力学中，逸度系数的定义是（ ）
A. φ = p/p
B. φ = p/p
C. φ = f/p
D. φ = p/f
答案：C

第 II 卷（非选择题，共70分）
7. 简答题：简述化工热力学在化学工程与工艺中的重要性。（10分）
化工热力学为化工过程的设计、优化和分析提供了理论基础。它可以帮助确定过程的可行性，预测物质在不同条件下的状态变化，计算能量需求和平衡关系等。通过化工热力学的研究，能够提高化工生产的效率，降低能耗，减少废弃物排放，从而实现可持续发展。

8. 计算题：已知某理想气体在298K、101.3kPa下体积为10L，现将其等温压缩至5L，请计算该过程的功。（15分）
对于等温可逆压缩过程，W = -nRTln(V2/V1)。
首先根据理想气体状态方程pV = nRT，可得n = pV/RT = 101.3×10^3×10×10^-3/(8.314×298) = 0.406mol。
则W = -0.406×8.314×298×ln(5/10) = 717.6J。

9. 论述题：阐述理想溶液与实际溶液的区别与联系。（15分）
理想溶液中各组分分子间的相互作用力与纯组分分子间的相互作用力相同，分子大小也相同。其特点包括符合拉乌尔定律，混合过程无热效应和体积变化。实际溶液则偏离理想溶液，分子间相互作用和分子大小存在差异。实际溶液需要考虑活度系数等因素来修正理想溶液的关系。实际溶液在一定条件下可近似看作理想溶液，理想溶液是实际溶液的一种特殊理想情况，为研究实际溶液提供了基础和参考。

10. 材料分析题：
材料：在一化工生产过程中，涉及到某混合气体的分离。已知该混合气体可近似看作理想气体混合物，其中A气体的摩尔分数为0.4，B气体的摩尔分数为0.6。在298K、101.3kPa下，混合气体的总体积为10m³。
问题：计算A、B气体在该条件下的分体积。（15分）
根据道尔顿分压定律，pA = yA×p总 = 0.4×101.3 = 40.52kPa，pB = yB×p总 = 0.6×101.3 = 60.78kPa。
再根据理想气体状态方程pV = nRT，对于A气体，nA = pA V总/RT = 40.52×10^3×10/(8.314×298) = 163.5mol。
则VA = nA RT/p总 = 163.5×8.314×298/101.3×10^3 = 4m³。
同理，对于B气体，nB = pB V总/RT = 60.78×10^3×10/(8.314×298) = 245.3mol。
VB = nB RT/p总 = 245.3×8.314×298/101.3×10^3 = 6m³。

11. 综合应用题：
某化工过程需要将一定量的液态混合物加热至气态。已知该混合物可看作理想溶液，其中组分1的摩尔分数为0.3，组分2的摩尔分数为0.7。在加热过程中，压力保持在101.3kPa不变。已知纯组分1在101.3kPa下的沸点为350K，纯组分2在101.3kPa下的沸点为400K。
问题：计算该混合物在101.3kPa下开始沸腾时的温度。（15分）
根据拉乌尔定律，p1 = p1 x1，p2 = p2 x2。
当混合物开始沸腾时，p1 + p2 = p总 = 101.3kPa。
设沸腾温度为T，根据克劳修斯-克拉佩龙方程ln(p2/p1) = (ΔHvap/R)(1/T1 - 1/T2)，可近似认为ΔHvap不随温度变化。
对于组分1，ln(p1/101.