2025年大学大一（化工热力学）热力学计算期中测试试题及答案.doc

2025年大学大一（化工热力学）热力学计算期中测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 化工热力学中，关于状态函数的下列说法正确的是（ ）
A. 状态函数的变化值与途径有关
B. 内能是状态函数，焓不是状态函数
C. 状态函数的微小变化在数学上是全微分
D. 功和热是状态函数
2. 理想气体的内能（ ）
A. 只与温度有关
B. 与温度和压力都有关
C. 与温度和体积都有关
D. 与温度、压力和体积都有关
3. 对于理想气体混合物，下列关系式正确的是（ ）
A. pV = nRT
B. p总V = n总RT
C. piVi = niRT
D. p总Vi = niRT
4. 关于偏摩尔性质，下列说法错误的是（ ）
A. 偏摩尔吉布斯自由能等于化学势
B. 偏摩尔性质是在恒温恒容条件下定义的
C. 偏摩尔性质与体系的组成有关
D. 纯物质的偏摩尔性质等于其摩尔性质
5. 下列哪种情况可应用理想气体状态方程（ ）
A. 高温高压
B. 低温低压
C. 高温低压
D. 低温高压
6. 对于理想溶液，下列说法正确的是（ ）
A. 各组分的化学势相等
B. 各组分的逸度系数都等于1
C. 混合过程没有热效应
D. 混合过程没有体积变化
7. 化工过程中，节流膨胀过程的特点是（ ）
A. 温度不变
B. 压力不变
C. 焓不变
D. 熵不变
8. 关于化学反应热效应，下列说法正确的是（ ）
A. 恒压热效应等于焓变
B. 恒容热效应等于内能变
C. 反应热与反应途径有关
D. 反应热只与反应物和生成物的状态有关
9. 对于可逆绝热过程，下列关系式正确的是（ ）
A. Tds = dh - vdp
B. Tds = du + pdv
C. pVγ = const
D. TVγ-1 = const
10. 化工热力学中，关于相平衡的说法错误的是（ ）
A. 相平衡时各相的温度相等
B. 相平衡时各相的压力相等
C. 相平衡时各相的组成相等
D. 相平衡是动态平衡

第II卷（非选择题 共70分）
二、填空题（共15分）
答题要求：本大题共5小题，每小题3分。请将答案填写在题中的横线上。
1. 理想气体的状态方程为________。
2. 偏摩尔性质的定义式为________。
3. 理想溶液的混合熵表达式为________。
4. 节流膨胀系数的定义式为________。
5. 化学反应的标准摩尔反应焓变与温度的关系遵循________定律。

三、简答题（共20分）
答题要求：本大题共两个小题，每题10分。简要回答问题。
1. 简述化工热力学的研究内容和任务。
2. 说明理想气体和实际气体的区别。

四、计算题（共两个小题，每题15分，共30分）
答题要求：本大题共两个小题，每题15分。解答应写出必要的文字说明、计算步骤和答案。
1. 已知某理想气体的初始状态为p1 = 2MPa，V1 = 1m³，T1 = 300K，经过一个等温膨胀过程，体积变为V2 = 2m³。求该过程中气体对外做的功和吸收的热量。
2. 某二元溶液，在一定温度和压力下，组分1的摩尔分数x1 = 0.4，其偏摩尔吉布斯自由能G1 = 100kJ/mol；组分2的摩尔分数x2 = 0.6，其偏摩尔吉布斯自由能G2 = 120kJ/mol。求该溶液的吉布斯自由能。

五、分析论述题（共15分）
答题要求：本大题共一个小题，每题15分。结合材料，分析论述相关问题。
材料：在化工生产中，常常需要对气体进行压缩和膨胀等操作。例如，将原料气压缩后送入反应釜进行反应，反应后的气体再经过膨胀过程回收能量。
请分析压缩和膨胀过程中气体的状态变化以及对能量的影响，并说明如何合理利用这些过程来提高化工生产的效率。

答案：
一、选择题
1. C
2. A
3. B
4. B
5. C
6. C
7. C
8. ABD
9. CD
10. C

二填空题
1. pV = nRT
2. 略
3. 略
4. 略
5. 基尔霍夫

三、简答题
1. 化工热力学主要研究化工过程中各种物理和化学变化的热效应、相平衡、化学平衡以及能量关系等。任务是为化工过程的设计、优化和操作提供理论依据，以实现高效、节能、环保的化工生产。
2. 理想气体分子间无相互作用力，分子本身无体积，遵循理想气体状态方程。实际气体分子间有相互作用力，分子本身有体积，偏离理想气体状态方程，在高压、低温等条件下与理想气体有较大偏差。

四、计算题
1. 等温膨胀过程，W = nRTln(V2/V1)，由p1V1 = nRT1可得n = p1V1/RT1，代入数据计算得W = 1.732kJ，等温过程ΔU = 0，根据Q = W，所以Q = 1.732kJ。
2. 溶液的吉布斯自由能G = n1G1 + n2G2，设总物质的量为1mol，则n1 = 0.4mol，n2 = 0.6mol，代入数据可得G = 112kJ/mol。

五、分析论述题
压缩过程中，气体压力升高，体积减小，外界对气体做功，气体内能增加。膨胀过程中，气体压力降低，体积增大，气体对外做功，内能减小。合理利用压缩和膨胀过程可通过回收膨胀气体的能量来提高能源利用效率，如采用膨胀机等设备。同时，优化压缩比和膨胀比，可使化工生产在能量消耗最小的情况下达到最佳反应条件，从而提高生产效率。