2025年大学第一学年（化学工程与工艺）化工热力学阶段测试题及答案.doc

2025年大学第一学年（化学工程与工艺）化工热力学阶段测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）
每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内。(总共20题，每题2分，每题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1. 化工热力学研究的对象不包括以下哪项？（ ）
A. 化学反应的热效应
B. 物质的相平衡
C. 流体的流动规律
D. 化工过程的能量转换
2. 理想气体状态方程适用于以下哪种情况？（ ）
A. 高温高压
B. 低温低压
C. 高温低压
D. 低温高压
3. 对于纯物质，其饱和蒸汽压与温度的关系符合（ ）。
A. 线性关系
B. 指数关系
C. 对数关系
D. 幂函数关系
4. 以下哪种性质是广度性质？（ ）
A. 温度
B. 压力
C. 体积
D. 比热
5. 偏摩尔吉布斯自由能又称为（ ）。
A. 化学势
B. 逸度
C. 活度
D. 焓
6. 理想溶液中各组分的活度系数为（ ）。
A. 大于1
B. 小于1
C. 等于1
D. 不确定
7. 汽液平衡关系可通过（ ）来描述。
A. 相律
B. 亨利定律
C. 拉乌尔定律
D. 以上都是
8. 对于二元体系的汽液平衡，若已知一组分的活度系数，另一组分的活度系数可通过（ ）求得。
A. 相律
B. 吉布斯-杜亥姆方程
C. 亨利定律
D. 拉乌尔定律
9. 下列哪种方法不属于计算相平衡的方法？（ ）
A. 泡点计算法
B. 露点计算法
C. 等温闪蒸计算法
D. 精馏计算法
10. 化工过程中，能量衡算的依据是（ ）。
A. 质量守恒定律
B. 能量守恒定律
C. 热力学第一定律
D. 热力学第二定律
11. 稳定流动体系的能量衡算方程中不包括以下哪项？（ ）
A. 内能
B. 动能
C. 位能
D. 功
12. 对于绝热可逆过程，体系的熵变（ ）。
A. 大于0
B. 小于0
C. 等于0
D. 不确定
13. 以下哪种过程是不可逆过程？（ ）
A. 等温可逆膨胀
B. 绝热可逆压缩
C. 自由膨胀
D. 等温可逆压缩
14. 卡诺循环的热效率只与（ ）有关。
A. 高温热源温度
B. 低温热源温度
C. 高低温热源温度之比
D. 工质性质
15. 热力学第二定律的克劳修斯说法是（ ）。
A. 热不可能自发地从低温物体传向高温物体
B. 不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响
C. 一切自发过程都是不可逆的
D. 孤立体系的熵永不减少
16. 对于理想气体的等温过程，其焓变（ ）。
A. 大于0
B. 小于0
C. 等于0
D. 不确定
17. 某体系经历一个循环过程后，其内能变化为（ ）。
A. 大于0
B. 小于0
C. 等于0
D. 不确定
18. 对于实际气体，其压缩因子Z（ ）。
A. 大于1
B. 小于1
C. 等于1
D. 可能大于、小于或等于1
19. 以下哪种状态方程可用于计算实际气体的性质？（ ）
A. 理想气体状态方程
B. 范德华方程
C. 维里方程
D. 以上都可以
20. 化工过程中，有效能的概念是基于（ ）提出的。
A. 热力学第一定律
B. 热力学第二定律
C. 质量守恒定律
D. 能量守恒定律

第II卷（非选择题，共60分）
21. 填空题(总共10空，每空2分，共20分)
（1）化工热力学是研究化工过程中（ ）和（ ）传递规律的学科。
（2）纯物质的临界点是气液两相能够（ ）的最高温度和压力。
（3）对于理想溶液，其混合焓（ ），混合熵（ ）。
（4）相平衡常数K与温度、压力以及（ ）有关。
（5）稳定流动体系的能量衡算方程为（ ）。
（6）熵增原理指出，孤立体系的熵（ ）。
（7）理想气体的内能只是温度的函数，其焓（ ）。
（8）实际气体的逸度是一种校正压力，当压力趋于零时，逸度（ ）压力。
（9）化工过程的有效能损失主要包括（ ）损失和（ ）损失。
（10）对于二元体系的汽液平衡，若已知一组分的活度系数，另一组分的活度系数可通过（ ）方程求得。
22. 简答题(总共3题，每题10分，共30分)
（1）简述化工热力学的研究内容和任务。
（2）说明理想溶液与实际溶液的区别，并举例说明实际溶液偏离理想溶液的情况。
（3）阐述热力学第二定律的两种表述及其等效性。
23. 计算题(总共1题，10分)
某二元体系在一定温度和压力下，汽液平衡数据如下：已知组分1的摩尔分数x1 = 0.4，其饱和蒸汽压p1s = 100 kPa，组分2的摩尔分数x2 = 0.6，其饱和蒸汽压p2s = 50 kPa，体系总压p = 70 kPa。求组分1的气相摩尔分数y1和活度系数γ1。
24. 分析题(总共1题，10分)
在某化工生产过程中，有一个绝热的反应器，反应物在反应器中进行化学反应。反应后产物的温度升高，压力也有所变化。请从化工热力学的角度分析该过程中能量和熵的变化情况，并说明该过程是否可逆。
材料：已知反应物的初始状态为T1、p1，产物的最终状态为T2、p2，反应热为Qr。
25. 论述题(总共1题，10分)
论述化工热力学在化工过程设计、优化和操作中的重要作用，并举例说明。
材料：可结合具体的化工生产工艺，如精馏、吸收、反应等过程。

答案：
1. C；2. C；3. B；4. C；5. A；6. C；7. D；8. B；9. D；10. C；11. D；12. C；13. C；14. C；15. A；16. C；17. C；18. D；19. C；20. B
21. （1）能量传递、物质传递；（2）共存；（3）等于零、大于零；（4）组成；（5）Q+Ws=ΔH+ΔEk+ΔEp；（6）永不减少；（7）也是温度的函数；（8）等于；（9）传热、摩擦；（10）吉布斯-杜亥姆
22. （1）化工热力学研究化工过程中能量和物质传递规律，任务包括研究物质的pVT关系、相平衡、化学平衡、能量衡算以及过程的不可逆性等，为化工过程的设计和优化提供理论依据。（2）理想溶液中各组分分子间作用力与纯组分相同，混合时无热效应，混合熵等于理想气体混合熵；实际溶液有热效应和混合熵偏差。如乙醇-水体系，由于分子间氢键作用，是典型的非理想溶液。（3）克劳修斯说法：热不可能自发地从低温物体传向高温物体；开尔文说法：不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。二者等效，可相互推导。
23. 由拉乌尔定律p1 = p1sγ1x1，p2 = p2sγ2x2，p = p1 + p2，y1 = p1/p。可得p1 = 100γ1×0.4，p2 = 50γ2×0.6，70 = p1 + p2，又由吉布斯-杜亥姆方程x1dlnγ1 + x２dlnγ2 = 0，因x1 = 0.4，x2 = 0.6，解得γ1 = 1.17，进而可得p1 = 46.8 kPa，y1 = p1/p = 46.8/70 = 0.67。
24. 绝热反应器中，反应热转化为产物的内能，使温度升高，压力变化。根据能量守恒，体系内能增加。由于绝热且无其他功输入，Q = 0，Ws = 0，ΔU = Q+Ws = 0，实际是反应热转化为内能。熵变方面，绝热不可逆反应使体系熵增加，该过程不可逆，因为绝热不可逆反应导致体系无序度增加，熵增大。
25. 化工热力学在化工过程设计中确定工艺条件、选择设备提供依据；优化时通过分析能量和物质传递优化流程；操作中预测过程变化、指导调节参数。如精馏过程，依据相平衡原理确定塔板数、回流比等参数，优化操作提高分离效率，降低能耗。