化工热力学试卷三套与答案.doc

一． 选择题（每题2分，共10分）
1。纯物质的第二virial系数B （ A ）
A 仅是温度的函数 B 是T和P的函数
C 是T和V的函数 D 是任何两强度性质的函数
2。T温度下的过冷纯液体的压力P（A.参考P－V图上的亚临界等温线.）
A. >
B. <
C. =
3。 二元气体混合物的摩尔分数y1=0。3,在一定的T，P下，，则此时混合物的逸度系数为 。（C）
A 0.9097
B 0.89827
C 0.8979
D 0.9092
4. 某流体在稳流装置中经历了一个不可逆绝热过程，装置所产生的功为24kJ,则流体的熵变（ A )
A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.可正可负
5. Henry规则（ C )
A仅适用于溶剂组分 B 仅适用于溶质组分
C 适用于稀溶液的溶质组分 D 阶段适用于稀溶液的溶剂
二、 填空题（每题2分，共10分)
1. 液态水常压下从25℃加热至50℃,其等压平均热容为75.31J/mol，则此过程的焓变为（1882.75）J/mol.
2. 封闭体系中的1mol理想气体(已知)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2,则，等温过程的 W=，Q=，U= 0 ，H= 0 .
3. 正丁烷的偏心因子ω＝0.193,临界压力为pc＝3。797MPa,则在Tr＝0。7时的蒸汽压为( 0.2435 )MPa。
4. 温度为T的热源与温度为T0的环境之间进行变温热量传递，其等于热容为Cp，则ExQ的计算式为（ ）。
5. 指出下列物系的自由度数目，(1）水的三相点 0 ，(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态 1
三、 简答题：（共30分）
1. 填表（6分）
偏摩尔性质()
溶液性质(M）
关系式（）

ln f

ln

ln i

2。 有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a,b 为常数,问所提出的模型是否有问题？（8分）
解：由Gibbs—Duhem方程得， ， a,b不可能是常数，故提出的模型有问题。
3。 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。（5分）
答：封闭系统的热力学第一定律：
稳流系统的热力学第一定律：
4.分析作外功的绝热膨胀后温度降低的原因，并在T-S图中示意.（6分)
5。 。写出稳流体系的熵平衡方程,并指出各项的含义.（5分）
答：
四、试由饱和液体水的性质估算（a)100℃,2。5MPa和(b)100℃，20MPa下水的焓和熵,已知100℃下水的有关性质如下（15分）

MPa，Jg—1,J g—1K-1, cm3 g—1，
cm3 g-1 K—1
解：体系有关状态点如图所示
所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由
cm3 g—1 K—1
得
又 cm3 g-1
得
当P=2。5MPa时，S=1.305 Jg-1 K-1；H= 420.83J g-1；
当P=20MPa时，S= 1.291Jg-1 K-1；H=433。86J g-1。
五、由气体状态方程p(V－b)＝RT（其中b是与温度无关的常数），推导剩余焓和剩余熵的表达式。(10分）
解：
六、通过virial方程计算每克CO2在310K和0.81MPa时的体积.已知CO2的临界压力和临界温度分别为7.376MPa、304.2K，偏心因子为0。23。（10分）
解:
Pr＝0.81/7。376=0。108
七、甲烷由98.06kPa，300K压缩后冷却到6.667kPa，300K.若压缩过程耗功1021。6kJ/kg,求（1）冷却器中需要移走的热量；（2）压缩冷却过程的损失功；（3）压缩冷却过程的理想功；（4）压缩冷却过程的热力学效率.环境温度为T0＝300k，已知：(15分)
98.06kPa,300k时，H1＝953.74kJ/kg，S1=7.0715 kJ/kg∙K
6。667kPa，300k时，H2＝886。76kJ/kg，S2=4.7198 kJ/kg∙K
解：（1）
(2）
（3)
=—793。54 kJ/kg
（4）
一、 单项选择题(每题1分，共30分):
本大题解答（用A或B或C或D）请填入下表:
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
C
C
D
D
C
D
B
C
D
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
B
D
C
B
C
D
A
A
A
B
题号
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
答案
A
B
C
A
B
C
D
A
B
B

1．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。
2．Pitzer提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（ ）。
A．B = B0ωB1 B．B = B0 ω + B1
C．BPC/（RTC)= B0 +ωB1 D．B = B0 + ωB1
3．下列关于GE 关系式正确的是（ )。
A。 GE = RT ∑Xiln Xi B。 GE = RT ∑Xiln a i
C. GE = RT ∑Xiln γi D. GE = R ∑Xiln Xi
4．下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为（ ）。
A。 B. ；C。 D.
5。下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质( ）
（A）与外界温度有关 （B） 与外界压力有关 (C） 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性.
6．泡点的轨迹称为( ），露点的轨迹称为（ ）,饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为（ )。
A. 饱和汽相线,饱和液相线，汽液共存区 B.汽液共存线，饱和汽相线，饱和液相区
C。 饱和液相线，饱和汽相线，汽液共存区
7．关于逸度的下列说法中不正确的是 ( )
（A）逸度可称为“校正压力” . （B）逸度可称为“有效压力" 。
（C）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D)逸度可代替压力,使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 （E）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。
8．范德华方程与R－K方程均是常见的立方型方程,对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根,当存在三个实根时，最大的V值是 。
A、饱和液体体积 B、饱和蒸汽体积
C、无物理意义 D、饱和液体与饱和蒸汽的混合体积
9．可以通过测量直接得到数值的状态参数是 。
　　A、焓 B、内能 C、温度 D、 熵
10．对于流体混合物，下面式子错误的是 .
A、 B、
C、理想溶液的 D、理想溶液的
11．由纯组分形成理想溶液时，其混合焓ΔHid 。
A。 >0； B。 =0； C。 <0 ; D. 不确定。
12．体系中物质i的偏摩尔体积的定义式为： 。
A。 B。 C. D。
13．混合气体的第二维里系数
A . T和P的函数 B. 仅为T的函数 C . T和组成的函数 D 。 P和组成的函数
14．下列论述错误的是 .
A．P—R方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。
B. R—K方程能同时应用于汽、液两相计算,准确度较高。
C.活度系数可以大于1也可小于1. D. 压缩因子可以大于1也可小于1。
15．混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是 。
A.; B. ; C. ln ； D. ln
16．纯物质临界点时，对比温度 Tr 。
A。＝ 0； B。 〉 1； C。 < 1 ； D. = 1。
17．当潜水员深海作业时,若以高压空气作为呼吸介质，由于氮气溶入血液的浓度过大，会给人体带来致命影响（类似氮气麻醉现象）.根据下表中25℃下溶解在水中的各种气体的亨利常数Ｈ,你认为以(　　)和氧气的混和气体为呼吸介质比较适合?
气体
H/bar
气体
H/bar
气体
H/bar
气体
H/bar
乙炔
1350
一氧化碳
5400
氦气
126600
甲烷
41850
空气
72950
乙烷
30600
氢气
71600
氮气
87650
二氧化碳
1670
乙烯
11550
硫化氢
550
氧气
44380
A 氦气 B二氧化碳 C．乙烷 D．甲烷
18。 在373.15K和101325Pa下水的化学位与水蒸气化学位的关系为
  （A) μ（水）＝μ(汽）      (B） μ(水）＜μ(汽)
（C) μ（水）＞μ（汽）      （D） 无法确定
19． 298K 下,将两种液体恒温恒压混合,形成理想液态混合物，则混合前后下列热力学性质的变化情况为:
(A) ∆S>0,∆G〈0 （B） ∆S=0,∆G〈0 （C) ∆S<0，∆G〉0 (D) 以上均不对
20在同一温度下，单组分体系T—S图上各等压线随熵值的增大,压力将（ )
A．增大 B．减小 C．不变 D．不一定
21.偏摩尔性质是 （ ）
A．强度性质 B．容量性质 C．超额性质 D．剩余性质
22等温等压下，在A和B组成的均相体系中,若A的偏摩尔体积随A浓度的改变而增加,则B的偏摩尔体积将随A浓度的改变:（ )
A. 增加 B。 减小 C. 不变 D。 不一定
23。 。利用麦克斯韦关系式，其目的是将难测的（ )与易测的( ）联系起来。
A. H，U，S，G； x, y B. 逸度系数，活度系数;P、V、T
C。 H，U,S，G; P、V、T D. 逸度系数,活度系数； x， y
24。关于化学势的下列说法中不正确的是（ ）
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
25。对单位质量,定组成的均相流体体系，在非流动条件下，错误的热力学基本关系式是（ ）。
A． dH = TdS + Vdp B．dU = SdT–pdV
C． dG = -SdT + Vdp D．dA = -SdT–pdV
26. Vg和Vl 分别为饱和蒸汽和饱和液体的体积,x为湿蒸汽干度，则湿蒸汽的体积V为:
A. V= x(Vg— Vl） + Vg B。 V= （Vg- Vl) + x Vl
C. V= x（Vg- Vl） +Vl D。 V=（1-x）Vg+ x Vl
27.对理想溶液具有负偏差的体系中，各组分活度系数γi（ ）。
A． >1 B。 = 0 C. = 1 D。 〈 1
28。对1mol符合状态方程的气体, T应是（ )
A. R/(V—b） B。 R C。 -R/P D。 R/T
29。本课程学过各种状态方程如RK方程、理想气体方程、vdW方程、SRK方程， PR方程,请为它们的计算准确度排序.
A．RK>PR〉SRK>vdW>理想气体方程； B．PR≈SRK〉RK>vdW〉理想气体方程；
C．PR〉vdW〉 SRK〉RK>理想气体方程； D．SRK 〉 RK > PR > vdW >理想气体方程;
30。
在P—V图上,从过热蒸气的状态点a出发,达到过冷液体的状态点d,可以是均相的途径(a→b → c → d），也可以是非均相的途径(a → b’ → c' → d）。请指出相应正确的P—T图为 .
A. B。 C． D.
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
C
C
D
D
C
D
B
C
D
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
B
D
C
B
C
D
A
A
A
B
题号
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
答案
A
B
C
A
B
C
D
A
B
B

二、填充题(每空1分，共25分）
1．纯物质 P-V图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于 ___0______。
2．剩余性质是指在相同的温度和压力下 真实气体与理想气体 热力学性质之差。
3。 超额性质是指真实溶液与理想溶液 热力学性质之差。
4．溶液中组分i的活度系数的定义是 =。
5．某气体温度为T℃，其临界温度为TC℃，给气体加的压力P足够大，则气体能被液化的温度条件是 T〈 TC 。
6．检验汽液平衡数据可靠性的基本公式为 Gibbs-Duhem方程，其形式为。
7．在真实气体混合物P→0时，组分的逸度系数等于 1 。
8．三参数对比状态原理中,三参数是指Tr, Pr， ω .
9。混合法则描述的是混合物的虚拟参数与所含纯组分以及组成之间 的关系，它的提出是了
解决 混合物热力学性质 的计算问题。
10。偏心因子的定义是 ，其物理意义是 表示分子与简单的球形流体在形状和极性方面的偏心度。 。
11。体积膨胀系数的定义式为：那么，理想气体的体积膨胀系数为 1/T .
12.在下表空格处填入相应的偏摩尔性质或溶液性质

M

㏑γi

13．逸度的标准态有两类，1）以 Lewis-Randall规则 为定则，例如25℃,1atm下盐酸中的水；
2）以 Henry规则 为定则，例如 25℃，1atm下盐酸中的HCl ；
14.混合性质变化的定义 。
三、判断题（请在正确的题后括号内画“√"，错误的画“×”）（10分）
1．维里系数的物理意义是代表物质极性的大小。 ( × ）
2．对于理想混合物，均为零。 （ × ）
3．对于二元混合物体系，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis—Randall规则。 ( √ )
4. 理想溶液的混合性质和超额性质相同。 （ × ）
5．混合物体系达到汽液平衡时，总是有。 ( × )
6．化学位可表示成四个偏导数形式,每个偏导数都是偏摩尔性质。 （ × ）
7．对于理想溶液，所有超额性质皆等于零。 （ √ ）
8.在T－S图上，空气和水蒸气一样,在两相区内，等压线和等温线是重合的. （ × )
9.等温、等压下的N元混合物的Gibbs-Duhem方程的形式之一是.(× )
10.温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变,总体积为原来两气体体积之和,总内能为原两气体内能之和，总熵为原来两气体熵之和。（× ）
四、计算题(共35分）
1．（10分) 已知0。03Mpa时测得某蒸汽的质量体积为4183cm3 。g—1，请求出单位质量的H、S和G函数各是多少？
0.03Mpa(50℃）时水的饱和汽、液相性质
性质M
饱和液相
饱和汽相
V / cm3.g—1
1.0223
5229
H / J.g—1
289。30
2625.4
S / J g—1 K—1
0。9441
7。7695
。(3分）
(2分）
（2分）
(3分）
2．( 10分）在298K和0.1MPa下二元系焓变
已知 x为摩尔分数 以Lewis—Randall定则为基准，
求：（1)，（4分）; 2)无限稀释偏摩尔值， （3分）； （3）,（3分)
3．（ 15分)已知某二元溶液的活度系数模型为 ，
其中A，B,C仅是T,P的函数。求 （均以Lewis—Ra ndall定则为标准状态.) （15分）
(2分)
解：
(3分）
（2分）
（2分)
（3分)
（3分）
一．选择题（每题1分，共15分）：
1、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。 3
2、纯物质临界点时，对比温度 Tr（ ）
a. =0 b. >1 c. <1 d. =1
3、下述说法哪一个正确? 某物质在临界点的性质( ）
（A）与外界温度有关 （B） 与外界压力有关 （C） 与外界物质有关 （D） 是该物质本身的特性.
4、下面的说法中不正确的是 ( ）
（A）纯物质无偏摩尔量 . （B）任何偏摩尔性质都是T，P的函数。
（C)偏摩尔性质是强度性质。（D）强度性质无偏摩尔量 。
5、关于逸度的下列说法中不正确的是 （ )
（A）逸度可称为“校正压力" 。 （B）逸度可称为“有效压力” 。
（C）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D)逸度可代替压力,使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 （E）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。
6．二元溶液，T, P一定时，Gibbs—Duhem 方程的正确形式是 ( ).
a. X1dlnγ1/dX 1+ X2dlnγ2/dX2 = 0 b. X1dlnγ1/dX 2+ X2 dlnγ2/dX1 = 0
c。 X1dlnγ1/dX 1+ X2dlnγ2/dX1 = 0 d。 X1dlnγ1/dX 1– X2 dlnγ2/dX1 = 0
7。 在373.15K和101325Pa下水的化学位与水蒸气化学位的关系为
  (A） μ(水)＝μ(汽）      (B) μ(水)＜μ(汽）
(C） μ（水)＞μ（汽）      (D) 无法确定
8。 关于热力学基本方程dU=TdS-pdV， 下面的说法中准确的是（ )
   （A) TdS是过程热   （B)pdV是体积功  （C)TdS是可逆热
   (D） 在可逆过程中, pdV等于体积功, TdS即为过程热
9.关于化学势的下列说法中不正确的是（ ）
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

10.关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 （ ）
（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。
11. 等温等压下，在A和B组成的均相体系中,若A的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B的偏摩尔体积将：( )
A. 增加 B。 减小 C. 不变 D. 不一定
12. 麦克斯韦关系式的主要作用是( )
  （A)简化热力学变量的计算；(B）用某个热力学函数代替另一不易测定的热力学函数的偏微商； (C）用易于测定的状态性质的偏微商代替不易测定的状态性质的偏微商；(D) 便于用特性函数表达其它热力学函数
13.下列四个关系式中哪一个不是麦克斯韦关系式？( ）
A。（¶T/¶V）S = ((¶V/¶S)p B。 ((¶T/¶p）S =（¶V/¶S）p
C。 （¶S/¶V)T = (（¶p/¶T）V D。 (（¶S/¶p)T = —(¶V/¶T）p
14.对1mol理想气体，应是( ）
（a） R/V；(b）R ;（c）-R/P ；（d)R/T。
15. 下列各式中，化学位的定义式是 （ ）
二、下列判断题正确者用“√”；不正确者用“×”.（每题0。5分，共5分)
1、热力学来源于实践——生产实践及科研实践,但它同时又高于实践，热力学的一致性原则,常可考查（验)出科研或实践中引出的错误认识并加以纠正。（ ）
2。由三种不反应的化学物质组成的三相PVT体系，达平衡时,仅一个自由度。 （ ）
3.任何真实气体的性质可用同温同压下,该气体的剩余性质和理想气体性质的总和计算。 （ ）
4。在T－S图上，空气和水蒸气一样，在两相区内，等压线和等温线是重合的。 ( ）
5。 超额自由焓与活度系数间的关系有 . ( )
6。符合Lewis-Randall定则的溶液为理想溶液。 ( ）
7。 只有偏摩尔自由焓与化学位相等，所以是最有用的( )
8。当取同一标准态时,溶液的过量热力学性质有 。 （ )
9。理想溶液中溶液的超额自由焓所以组分的活度系数。 （ ）
10.当T、P一定时,溶液中组分i的活度系数（为组分的分逸度,为纯组分逸度）. ( )
三、填充题（每空1分，共25分)：
1．逸度的标准态有两类,1)以 为定则，2）以
为定则，请举例说明1） 2） 。
2.写出热力学基本方程式_______________ ;_______________;_______________；_______________.
3．对理想溶液,ΔH=_________,ΔV=___________，ΔS=____________，ΔG =____________.
4.对应态原理是指 . 三参数对应态原理中三个参数为__________________。普遍化方法分为_____________和_____________ 两种方法;用普遍化方法可以计算_____________、_____________、_____________和_____________性质。
5、活度的定义__________ __ _；活度系数的定义 。
6、剩余性质的定义 。
7、混合性质变化的定义 。
8、超额性质的定义 .
9、偏心因子的定义 .
四、简答题(共20分）
1。化工热力学的研究特点是什么？（4分）
2.液化石油气的主要成分为丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷或正己烷,试用下表分析液化气成分选择的依据。（4分）
物质
Tc ， ℃
Pc ,atm
TB ， ℃
燃烧值，kJ/g
甲烷
—82。62
45.36
—161。45
55.6
乙烷
32。18
48。08
—88。65
52.0
丙烷
96.59
41。98
—42.15
50.5
正丁烷
151.9
37。43
—0。5
49.6
正戊烷
196。46
33.32
36。05
49。1
正己烷
234。4
29。80
68.75
48。4
3.从热力学角度解释，超临界萃取技术为何常选CO2作为萃取剂？（4分）
4.简述纯物质P-V图上点、线和区域的意义(用图说明)，并写出临界等温的数学特征。（8分)
五、计算题（共35分）：
1、 已知50℃时测得某湿蒸汽的质量体积为1000cm3 g-1，求单位质量的H、S和G函数各是多少?（10分）
50℃时水的饱和汽、液相性质
性质M
饱和液相
饱和汽相
V / cm3。g-1
1.0121
12032
U / J g-1
209。32
2443.5
H / J。g-1
209。33
2382。7
S / J g—1 K-1
0.7038
8.0763

2. 25℃,0.1MPa下组分1和2形成溶液，其体积可由下式表示：V =40 －12X1 － 10X12 （cm3 /mol） 。 式中X1 为组分1的摩尔分数, V为溶液的摩尔体积。 求，
Lewis—Randall定 则. （10分）
3、已知某二元溶液的活度系数模型为 ， 其 中A，B，C仅是T,P的函数。求 （均以Lewis-Ra ndall定则为标准状态。） （15分)
试题标准答案
一。单项选择题
1A 2D 3D 4B 5D 6C 7A 8D 9A 10E
11B 12C 13A 14C 15A
二、判断题：
1√ 2 х 3√ 4х 5√ 6х 7√ 8√ 9х 10√
三、填充题：
1.Lewis—Randall定则, Henry定则
2．dU=TdS－PdV; dH =TdS + VdP; dA =－PdV－SdT; dG =VdP－SdT
3.0， 0，
四、简答题：略
五、计算题：
1、
2、= 28-20X1+10 X1 2 = 40 + 10 X1 2
= 28 cm3 /mol = 50 cm3 /mol
V1 = 18 cm3 /mol V2 = 40 cm3 /mol
ΔV = 10X1 X2
VE = 10X1 X2
3.
- 10 -