化工熱力學(xué)考試重點(diǎn)-終極版整理課件.doc

1、化工熱力學(xué)復(fù)習(xí)化工熱力學(xué)1、臨界點(diǎn)定義及表達(dá)式:維持氣液平衡的最高溫度和壓力點(diǎn)。=0、- O0T Tc2、Virial方程體積表達(dá)式:pV B1壓力表達(dá)式:RTpV1RTco =3、偏心因子的定義及表達(dá)式：各種物質(zhì)加Tr0.7時(shí)，純態(tài)流體對(duì)比蒸汽壓對(duì)數(shù)值與Ar, Kr, Xe的值的偏差，即lg P4、普遍化Virial系數(shù)1.00。T 0.7r物理商I義：棉心因子表征物質(zhì)的偏心度，即非球型分子偏離球?qū)ΨQ的程度BpcRTcpp1rrBT Trr0.083.普遍化忻臼詞數(shù)與普7680.422-1.6i3 - 0.1395、Prausnitz混合規(guī)則0.5T T T 1 k.CijCi Cjij31

2、1V VV 33ci cj Cij2=i( + yZ Z Z 2cijci zj= /p Z RT Vcij (cij +cijcij2ciji j6、嫡的表達(dá)式的推導(dǎo)第一 dS行程）當(dāng)S . S T,V時(shí)/知有=I I+ I (e J (e JSSdSdTdVT d - I V jKIJRkVTQ T d Sc )C f TVT T VVST TVSp< cVTTVdTp所以dS CvdVTTV積分得到=()TdVS SoS C d InT=- V v c c JT0第二dS方程 當(dāng)S S T,p時(shí)，則有SSdSdTdp所以dSdT =積分得到S S0STCTo上I第三dS匚方程p,V

3、CdS；C ,.dp因?yàn)镃二 VdSTcVI cdpd InTp時(shí)，則有VJRL ccdpdpTpVTCp V7、始的表達(dá)式推導(dǎo)=I I c dVTd JdpdVdV利用剛剛導(dǎo)出的三個(gè)dS 方程來(lái)得到三個(gè)dH 方程。1 ）式并注意得到1）dH TdS Vdp將第一 dS 方程代入（ppdpdTdVTVVT得到第一dH 方程3化工熱力學(xué)復(fù)習(xí)dH CVdT T積分得到第二dHdSc dTCpTdpdHTdSdHC dTp積分得到第三dHdSdHdHdVdTVdppdT方程TdS積分得到VdpdpdpdTdVJ pdV VTdpdpdpdpdVdVdVpVV0p0Vpp0V8、剩余性質(zhì)的定義：所謂剩

4、余性質(zhì)，是氣體在真實(shí)狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)與在同一溫度、壓力下當(dāng)氣體處于理想狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)之間的差額。R*M M M式中 M 與 M* 分別為在相同溫度和壓力下，真實(shí)氣體與理想氣體的某一廣度熱力學(xué)性質(zhì)的摩爾值，如V、 U、 H、 S 和 G 等。9、普遍化Virial 系數(shù)計(jì)算剩余熵和焓40dB1dBRTcTrdTTrdTr1dBdTr0dBdTr00.422B 0.0831.6TrodB0.675dTr2.6Tr0.1390.1724.2Tr1dBdTr0.7225.2Tr10、逸度及逸度系數(shù)的定義對(duì)于真實(shí)氣體，定義逸度O逸度系數(shù)的定義iP溫嫡?qǐng)D，即TfiidGiRTd ln fi化工熱力學(xué)

5、復(fù)習(xí)等干度線、等壓線、等始線、等比容線12、化學(xué)位、偏摩爾性質(zhì)i在所處相中的勢(shì)，稱化學(xué)位：將無(wú)限小量的物質(zhì) i加到均相體系中而保持相均勻同時(shí)體系的嫡和體積保持不變，體系內(nèi)能變化與加入物質(zhì)量的比值為物質(zhì)為化學(xué)位。nUni nS nVnHnS p nnAnGnn .i nV nip n,T,T,偏摩爾性質(zhì)：在給定的 T、P和其他物質(zhì)的量不變時(shí)，向含有組分i的無(wú)限多的溶液中加入 1mol的組分i所引起的熱力學(xué)性質(zhì)的變化。一nMM in i T p n ,j偏摩爾性質(zhì)有三個(gè)重要的要素： 恒溫、恒壓；廣度性質(zhì)（容量性質(zhì)）隨某組分摩爾數(shù)的變化率13、混合物的組分逸度及逸度系數(shù)混合物中組分i的逸度的定義為：

6、dGi RTln ?（等溫）。=一_?混合物中組分i的逸度系數(shù)的定義為：? fx p i混合物的逸度的定義為：dG嶇T ln f（等溫） 混合物的逸度系數(shù)的定義為:)=? f LR f。 lim f iix 1 ix if HL k ,其中 ki 為 henry ii14、理想溶液的逸度，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)（1）、以Lewis-Randall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)態(tài):T?（2）、以Henry定律為基礎(chǔ)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：lim f常數(shù)。適用條件：在體系溫度、壓力下，溶液中各組分的純物質(zhì)聚集態(tài)相同，并且組分之間可以無(wú)限制混合時(shí)，各組分都以Lewis-Randall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)態(tài)在體系溫度、壓力下，溶液中各組分的純

7、物質(zhì)聚集態(tài)不同，或者，組分之間不能無(wú)限制混合時(shí)， 溶劑以Lewis-Randall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，溶質(zhì)以Henry定律為基礎(chǔ)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。15、混合過(guò)程性質(zhì)：溶液的性質(zhì) M與構(gòu)成溶液各組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)性質(zhì)總和之差。W =M 一2xM , Mi是與混合物同溫、同壓下純組分i的摩爾性質(zhì)。i i混合物的摩爾性質(zhì)與偏摩爾性質(zhì)的關(guān)系：M x M x M x M M i ii ii ii16、超額性質(zhì)定義及表達(dá)式超額性質(zhì)定義為相同的溫度、壓力和組成條件下真實(shí)溶液性質(zhì)與理想溶液性 質(zhì)之差。EidM M MEidM M M17、正規(guī)溶液和無(wú)熱溶液的區(qū)分正規(guī)溶液：當(dāng)極少量的一個(gè)組分從理想溶液遷移到有相同組成的

8、真實(shí)溶液時(shí)，如果沒(méi)有嫡的變化，并且總的體積不變，此溶液稱為正規(guī)溶液。EEEES0、V 0、 G H無(wú)熱溶液：某些由分子大小相差甚遠(yuǎn)的組分構(gòu)成的溶液亍-特別是聚合物溶液EEE屬此類型。這類溶液 H 0 ,故稱為無(wú)熱溶液。G TS 。(1)、18、相成衡/判據(jù)dG ,它表明在給定的溫度和壓力條件下，平衡態(tài)就是所有可能變化達(dá)到的I由始數(shù)值中最小的那個(gè)狀態(tài)、21Ni ii iCX _ P _ .三 7T _/相在均一的溫度、壓力下達(dá)到平衡時(shí)，表明，N個(gè)組分的系統(tǒng)內(nèi)，若兀個(gè)一I" , 物系內(nèi)的每一組分在所有各相中的化學(xué)位必定相同,說(shuō)明，各相在同樣的溫度、壓力下(3)、？21,f f f i N

9、 i ii達(dá)到平衡時(shí)，每一個(gè)組分在各相中的逸度相等。19、氣液平衡的分類(1)、完全理想系：汽相一理想氣體，液相 一理想液體V f i?L f is iPyi0s sf X P X i i i i i1yi=XisPiP(2)、理想希:汽，液相理想液體(VL均服從LR)?V f iOL0PyPi ifs sPi i0Pi(3小學(xué)分邛世系：冬一理想氣體，液相一非理想液體?Vf Pyii0sX f X Pi i ii i isy p i i iX P iPy i ? fi Xi iPx iL0 ?fii iK i VV? P ? ii20、理想功概念：理想功即指體系的狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件下按

10、完全可逆的過(guò)程進(jìn)行時(shí)，理論上可能產(chǎn)生的最大功或者必須消耗的最小功21、熱力學(xué)效率t：理想功與實(shí)際功的比值W產(chǎn)生功acWidT需要功W idWac22、由 Rankine 循環(huán)的示意圖畫(huà)溫熵圖23、通過(guò)通過(guò)改變蒸汽參數(shù)提高 Rankine循環(huán)的熱效率(1)、提高蒸汽的過(guò)熱溫度在相同的蒸汽壓力下，提高蒸汽的過(guò)熱溫度時(shí)，可提高平均吸熱溫度，增大作功量，提高循環(huán)的熱效率，并且可以降低汽耗率。同時(shí)乏氣的干度增加，使透 平機(jī)的相對(duì)內(nèi)部效率也可提高。但是蒸汽的最高溫度受到金屬材料性能的限制， 不能無(wú)限地提高，一般過(guò)熱蒸汽的最高溫度以不超873K為宜。(2)、提高蒸汽的壓力當(dāng)蒸汽壓力提高時(shí)，熱效率提高、而汽耗

11、率下降。但是隨著壓力的提高，乏汽的干度下降，即濕含量增加，因而會(huì)引起透乎機(jī)相對(duì)內(nèi)部效率的降低。還會(huì)使透平中最后幾級(jí)的葉片受到磨蝕， 縮短壽命。乏汽的干度一般不應(yīng)低于 0.88。另 外，蒸汽壓力的提高，不能超過(guò)水的臨界壓力，而且設(shè)備制造費(fèi)用也會(huì)大幅上升。24、節(jié)流膨脹過(guò)程、絕熱膨脹過(guò)程節(jié)流膨脹：高壓流體流過(guò)管道中一節(jié)流元件(如節(jié)流閥、孔板、毛細(xì)管等)，迅速膨脹到低壓的過(guò)程稱為節(jié)流膨脹H 0TJP Hj0,T不變j0,T0, T絕熱膨脹：氣體從高壓向低壓做絕熱膨脹時(shí)，若通過(guò)膨脹機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，則可對(duì)外做功，如果過(guò)程是可逆的，稱為等嫡膨脹S 0p S25、Gibbs-Duhem 方程Gibbs-Duhem

12、方程的一般形式：（需 I+1-%-】-E - =0dTdP xdMi iTPP,xT ,x咚T、p恒足時(shí)x dM 0 i i T P當(dāng) M=G 時(shí) x dG 0 + i i T P,二元系等溫、等壓條件下xidM i x2dM 20:、題目1、正確寫(xiě)出下列她辦學(xué)畫(huà)數(shù)眥g義式偏心因子：各種物質(zhì)在 T 0.7時(shí)，純態(tài)流體對(duì)比蒸汽壓對(duì)數(shù)值與Ar, Kr,rso偏心因子表征物質(zhì)分子的偏心度，即lg p1.00r TXe的值的偏差，即0.7r非球型分子褊離球?qū)ΨQ的程度。剩余性質(zhì)M R2?謂剩余性質(zhì)，是氣體在真實(shí)狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)與在同一_ 6V 一般可以視為常數(shù)溫度、壓力下當(dāng)氣體處于理想狀態(tài)下的熱力學(xué)性

13、質(zhì)之間的差額。可逆軸功p2Vdp ,對(duì)于液體在積分時(shí)p1微觀嫡 S:熱力學(xué)幾率的量度，與體系內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)混亂程度有關(guān),S k In 。宏觀嫡S:嫡是表征系統(tǒng)混亂程度的量度,QdS oT10嫡流Sf6Q ,流入體系為正，離開(kāi)體系為負(fù)。 T嫡產(chǎn)S :是體系內(nèi)部不可逆性引起的嫡變。 g理想功W :理想功即指體系的狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件下按完全可逆 id的過(guò)程進(jìn)行時(shí)，理論上可能產(chǎn)生的最大功或者必須消耗的最小功W =4T華。 id0損耗功W :系統(tǒng)在相同的狀態(tài)變化過(guò)程中，完全可逆過(guò)程的理想功與不可 L逆過(guò)程的實(shí)際功之差，W =W "W oL id S有效能E，任何體系在一定狀態(tài)下的有效能是

14、體系與環(huán)境的作用，從所處 x的狀態(tài)達(dá)到與環(huán)境相平衡的可逆過(guò)程中，對(duì)外界做的最大有用功稱為該體系在該狀態(tài)下的有用功。 n熱效率nT：理想功與實(shí)際功的比值。T產(chǎn)生功nT需要功WacWid-WidWaco產(chǎn)功過(guò)程熱力學(xué)效率它是過(guò)程熱力學(xué)完善性的尺度,反映了過(guò)程可逆的程度。產(chǎn)生功anW acQWid耗功過(guò)程熱力學(xué)效率:理想功與耗功設(shè)備在實(shí)際過(guò)程中消耗的功的比值,它是過(guò)程熱力學(xué)完善性的尺度,反映了過(guò)程可逆的程度。需要功aWidl年WacA偏摩爾性質(zhì)M i :在給定的T、P和其他物質(zhì)的量不變時(shí),向含有組分i的無(wú)nM M i限多的溶液中加入 1mol的組分i所引起的熱力學(xué)性質(zhì)的變化,T ,P ,n混合性質(zhì)

15、M :溶液的性質(zhì)M與構(gòu)成溶液各組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)性質(zhì)總和之差,11超額性質(zhì)ME：相同溫度、壓力和組成時(shí)，真實(shí)溶液與理想溶液混合性質(zhì)之Eid差,MM a M-a oEidM M M逸度：dG RTd In fii逸度系數(shù):Pf ：溫度為常數(shù)時(shí), 組分逸度？i?In ?fdG RTd f ,fiii lim 1y p p oi組分逸度系數(shù)？ f ；i組分活度：活度定義為溶液中組分的逸度： ofifi活度與摩爾百分?jǐn)?shù)之比為活度系數(shù)，f對(duì)該組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)的逸度 i之比,用a?表示,? V .i,ai組分活度系數(shù)?丞 ffiiiidx i x i f i?i2、問(wèn)答題(1)、T-S圖與蒸汽動(dòng)力循環(huán)圖。(2選

16、1,見(jiàn)重點(diǎn)11與22)(2)動(dòng)Ji傳遞與熱量傳遞的推與。(2選1)=6 6=動(dòng)量傳遞過(guò)程：流體與設(shè)備和流體分子之間的摩擦和擾動(dòng)與致嫡增和不可和外界無(wú)熱、功交換的過(guò)程，有dH TdS VdPdH Q W 0V dS dP 得 T pVdP無(wú)熱、功交換但有壓降的流動(dòng)過(guò)程，必有功損耗，得12PV2W T 0 S =To S=To dPLP體 T 一i - ；1流動(dòng)過(guò)程中溫度和比容變化不大T0W V P PL12T流體壓力差大致與流速成平方關(guān)系，因此損耗功大致與流速成平方關(guān)系；壓力差恒定時(shí)，損耗功與To/T成正比關(guān)系，流體溫度越低，損耗功越大；損耗功與流體比容成正比關(guān)系，因此氣體節(jié)流的損耗功比液體節(jié)流

17、的損耗功大得多。熱量傳遞助糊耗推導(dǎo)過(guò)程：損耗功即系統(tǒng)在相同的狀態(tài)變化過(guò)程中，不可逆過(guò)程的實(shí)際功與完全可逆過(guò)程的理想功之差。W T S 一-Hid 0 syssysW Q HsysWWTS Q id0 sysQ QSsursur TT00W T ST SL0 sys0 surW T SL0 g即使沒(méi)有散熱損失，也因存在傳熱溫差而有損耗功；當(dāng)環(huán)境溫度、傳熱量和傳熱溫度積恒定時(shí)， 損耗功與傳熱溫差成正比關(guān)系，傳熱溫差越低，損耗功越小；當(dāng)環(huán)境溫度、傳熱量和傳熱溫差恒定時(shí)，損耗功與傳熱溫度積成反比關(guān)系。因此低溫傳熱時(shí)要求的傳熱溫差更小。（3）、正規(guī)溶液、無(wú)熱溶液的區(qū)分與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的兩種情況。（2選1,見(jiàn)重點(diǎn)

18、14 與 17）3、證明題（1）、S H 方程的證明（2選1,見(jiàn)重點(diǎn)6與7）。?是ln f的偏摩爾性質(zhì)與ln ?（2）、ln fi是ln 的偏摩爾性質(zhì)（2選1）。ixi?是ln f的偏摩爾性ln f質(zhì) i x i131 ?f f與的關(guān)系i由f的定義dG RTdlnf T, X.恒RT積分GdGGfd In ff若壓力充分低G G RT In f RT In P對(duì)nmol氣體有hnG nG nRT In f nRTln Pc(在恒T、P、下，對(duì)n求偏微分,nGnGnln fRTRT In PT ,P,n由偏摩爾性質(zhì)nln fG G RTi i* RT In P=?由f的定義i一 二?恒溫dG R

19、Td In fii)=積分fidG RT dln fi J ?RT Inf RT In fiiG.若基準(zhǔn)態(tài)充分低RT Inf RT In iRTln f RT In x RT In P iiG Gfi iiRT ln RT ln PxiA 、 B 可得? lnf n filn =x nii T P n,ln i 是 ln 的偏摩爾性質(zhì)1415i由恒等式nln PlnP=filnxiln PInxi P1 * T P n ,jjInn ff nlnPT ,P,n產(chǎn)lnn Pnln宙偏摩爾M質(zhì)定義知;In In是 的偏摩爾性質(zhì) i故有In =?x Ini i1、298.15KT 若下NaCI(B)

20、溶解工，1kg水(A)中形成的溶液的總體積的關(guān)系JT為Vt 1001.383/2nBnB16.6251.7730.119 2n =0.5mol 時(shí)，水和 NaCI 的(cm BnB3)。求工 一偏摩爾Va ,Vb 。VdV3tt0.5解：Vb16.6251.773 n 0.119 2nBBndn2BBT ,P,nmol 時(shí)， VB18.62cm 3 mol -1且，Vt1010.35cm 3Vt nAVA nBVB ，n 1000 18 55.56 molAV n 1010.3518.6231所以，V A t V 0.518.02cm molBB 55.56nA2、以下三題類型的選一題(1)、

21、從文獻(xiàn)得知在 633.15K, 98.06kPa時(shí)水的始為57496.72 J mol ,試應(yīng)用普遍化方法求算在633.15K ,9806kPa下的始值。解:T 633.150.978r 647.1 9806.23 0.445 22048.3233.15K.98 06kPa理想氣體0.344/ = 5749(普遍化壓縮因子法:RTc1H=0.52;= 0.60RT；335K,=09806kPaHA 'RTc0.520.344 0.60 0.7264理想氣體RTcRTc0.7264RTc0.7264 8.314 647.1 3908.24J / mol已知：Ho57496.72 J / molH 57496.723908.0453588.7 J / mol=一普遍化維里系數(shù)法:0dB0.6750.422dTr_ 1dB-o0.7152;B2.6Tr0.0830.3542dTrRT0.7225.2Tr0.4550.62500.8105;B0.1391.6Tr0.1724.2Tr0.049840dBFA=1dBdTr0.35420.71520.978H RT0.62508.314633.15 0.6250dT Tr r0.049850.344 0.81053292.2J / mol0.978已知：H057496.72 J / molH 57496.7