化工熱力學考試重點終極整理

1、、重點1、臨界點定義及表達式:2_PV2 TTc2、Virial方程體積表達式：ZPVRT壓力表達式：ZPVRT化工熱力學維持氣液平衡的最高溫度和壓力點。3、偏心因子的定義及表達式：各種物質(zhì)在Tr 0.7時，純態(tài)流體對比蒸汽壓對數(shù)值與Ar，Kr，Xe的值的偏差，即lg P：oOO。物理意義：偏心因子表征物質(zhì)的偏心度，即非球型分子偏離球?qū)ΨQ的程度。4、普遍化Virial系數(shù)r 1«代界E -V.KUsnitz混合規(guī)幾則t化樂蚩r$因于f更用區(qū)1r.1表達式:旳推導:1*5I51E普遍化Virial系數(shù)與普遍化壓縮因子適用范圍6、熵的5、PraU 2第一 dS方程當S S T,V時，則有

2、所以dSpTdVV積分得到第二dS方程S T,p 時,則有因Cv-QT vTdSTT vST v得SCvT vT又SpV TTV所以dSV dpp積分得到第三dS方程當S S p,V時，則有因為積分得到7、焓的表達式推導利用剛剛導出的三個dS方程來得到三個dH方程。dH TdS Vdp( 1)將第一 dS方程代入(1)式并注意得到得到第一 dH方程積分得到第二dH方程積分得到第三dH方程積分得到8、剩余性質(zhì)的定義：所謂剩余性質(zhì)，是氣體在真實狀態(tài)下的熱力學性質(zhì)與在同 一溫度、壓力下當氣體處于理想狀態(tài)下的熱力學性質(zhì)之間的差額。式中M與M*分別為在相同溫度和壓力下，真實氣體與理想氣體的某一廣度熱力

3、學性質(zhì)的摩爾值，如 V U H S和G等。9、普遍化Virial系數(shù)計算剩余熵和焓10、逸度及逸度系數(shù)的定義對于真實氣體，定義逸度 fi 0dGi RTdln .（等溫）逸度系數(shù)的定義11、溫熵圖，即T S圖（以往試卷有類似題目）等干度線、等壓線、等焓線、等比容線。12、化學位、偏摩爾性質(zhì)化學位：將無限小量的物質(zhì) i加到均相體系中而保持相均勻同時體系的熵和體 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)i在所處相中的勢，稱為化學位。偏摩爾性質(zhì)：在給定的T、P和其他物質(zhì)的量不變時，向含有組分i的無限多的溶液中加入1mol的組分i所引起的熱力學性質(zhì)的變化。偏摩爾性質(zhì)有三個重要的要素：恒溫、恒壓

4、；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：dG RTln?（等溫）混合物中組分i的逸度系數(shù)的定義為:? 丄iXiP混合物的逸度的定義為：dG RTI nf（等溫）混合物的逸度系數(shù)的定義為：丄P14、理想溶液的逸度，標準態(tài)一f?（1） 、以Lewis-Randall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標準態(tài)：lim fio LRfi °x 1 xi（2） 、以Henry定律為基礎(chǔ)規(guī)定標準態(tài)：lim fio HL K ,其中ki為henryX 0 Xi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限制混

5、合時，各組分都以Lewis-Ra ndall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標準態(tài)。在體系溫度、壓力下，溶液中各組分的純物質(zhì)聚集態(tài)不同，或者，組分之間不 能無限制混合時，溶劑以 Lewis-Randall定則為基礎(chǔ)規(guī)定標準態(tài)，溶質(zhì)以 Henry定 律為基礎(chǔ)規(guī)定標準態(tài)。15、混合過程性質(zhì)：溶液的性質(zhì)M與構(gòu)成溶液各組分在標準態(tài)時性質(zhì)總和之差。M MXiMi，M是與混合物同溫、同壓下純組分 i的摩爾性質(zhì)?；旌衔锏哪栃再|(zhì)與偏摩爾性質(zhì)的關(guān)系:16、超額性質(zhì)定義及表達式超額性質(zhì)定義為相同的溫度、壓力和組成條件下真實溶液性質(zhì)與理想溶液性質(zhì) 之差。17、正規(guī)溶液和無熱溶液的區(qū)分正規(guī)溶液：當極少量的一個組分從理想溶液遷移到有相

6、同組成的真實溶液時， 如果沒有熵的變化，并且總的體積不變，此溶液稱為正規(guī)溶液。無熱溶液：某些由分子大小相差甚遠的組分構(gòu)成的溶液，特別是聚合物溶液屬 此類型。這類溶液He 0，故稱為無熱溶液。Ge TSe。18、相平衡的判據(jù)(1) 、dG Tp 0，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 化達到的自由焓數(shù)值中最小的那個狀態(tài)。(2) 、 ii Li i 1,2, L ,N，表明，N個組分的系統(tǒng)內(nèi)，若n個相在均一的溫度、壓力下達到平衡時，物系內(nèi)的每一組分在所有各相中的化學位必定相同。(3) 、？? L? i 1,2,L ,N，說明，各相在同樣的溫度、壓力下達到平衡時，每一個組分在各相中

7、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(2) 、理想系：汽，液相一理想液體(VL均服從LR)(3) 、部分理想系：汽一理想氣體，液相一非理想液體(4) 、非理想系：20、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)境條件下按完全可逆的過程進行時，理論上可能產(chǎn)生的最大功或者必須消耗的最小功。21、熱力學效率T :理想功與實際功的比值。22、由Rankine循環(huán)的示意圖畫溫熵圖23、通過通過改變蒸汽參數(shù)提高 Rankine循環(huán)的熱效率(1) 、提高蒸汽的過熱溫度在相同的蒸汽壓力下，提高蒸汽的過熱溫度時，可提高平均吸熱溫度，增大作功量，提高循環(huán)的熱效率

8、，并且可以降低汽耗率。同時乏氣的干度增加，使透平機 的相對內(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 限地提高，一般過熱蒸汽的最高溫度以不超 873K為宜。(2) 、提高蒸汽的壓力當蒸汽壓力提高時，熱效率提高、而汽耗率下降。但是隨著壓力的提高，乏汽的干度下降，即濕含量增加，因而會引起透乎機相對內(nèi)部效率的降低。還會使透平中最后幾級的葉片受到磨蝕，縮短壽命。乏汽的干度一般不應低于0.88。另外，蒸 汽壓力的提高，不能超過水的臨界壓力，而且設(shè)備制造費用也會大幅上升24、節(jié)流膨脹過程、絕熱膨脹過程節(jié)流膨脹：高壓流體流過管道中一節(jié)流元件（如節(jié)流閥、孔板、毛細管等），迅速膨脹到低壓

9、的過程稱為節(jié)流膨脹。絕熱膨脹：氣體從高壓向低壓做絕熱膨脹時，若通過膨脹機來實現(xiàn)，則可對外 做功，如果過程是可逆的，稱為等熵膨脹。25、Gibbs-Duhem 方程Gibbs-Duhem方程的一般形式：當T、P恒定時當 M=G時xidGi TP 0二元系等溫、等壓條件下二、題目1、正確寫出下列熱力學函數(shù)的定義式偏心因子：各種物質(zhì)在Tr 0.7時，純態(tài)流體對比蒸汽壓對數(shù)值與Ar，Kr，Xe的值的偏差，即 lg Pr Tr。7 1.00。偏心因子表征物質(zhì)分子的偏心度，即非球型分 子偏離球?qū)ΨQ的程度。剩余性質(zhì)所謂剩余性質(zhì)，是氣體在真實狀態(tài)下的熱力學性質(zhì)與在同一溫度、 壓力下當氣體處于理想狀態(tài)下的熱力學

10、性質(zhì)之間的差額。R*M MM?？赡孑S功Ws P2Vdp，對于液體在積分時 V 般可以視為常數(shù)。Pl微觀熵S:熱力學幾率的量度，與體系內(nèi)部分子運動混亂程度有關(guān)，S kin宏觀熵S:熵是表征系統(tǒng)混亂程度的量度，dS 。T熵流Sf 卡，流入體系為正，離幵體系為負。熵產(chǎn)Sg :是體系內(nèi)部不可逆性引起的熵變。理想功Wid :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的過程進行時，理論上可能產(chǎn)生的最大功或者必須消耗的最小功WidH To S。損耗功Wl :系統(tǒng)在相同的狀態(tài)變化過程中，完全可逆過程的理想功與不可逆過程的實際功之差，WL Wid WS。有效能Ex，任何體系在一定狀態(tài)下的有效能是體系

11、與環(huán)境的作用，從所處的狀 態(tài)達到與環(huán)境相平衡的可逆過程中，對外界做的最大有用功稱為該體系在該狀態(tài)下 的有用功。熱效率T :理想功與實際功的比值T產(chǎn)生功WacWdT需要功WdWac產(chǎn)功過程熱力學效率a :產(chǎn)功設(shè)備在實際過程中提供的功與理想功的比值，它是過程熱力學完善性的尺度，反映了過程可逆的程度a產(chǎn)生功Wac耗功過程熱力學效率a :理想功與耗功設(shè)備在實際過程中消耗的功的比值，它是過程熱力學完善性的尺度，反映了過程可逆的程度a需要功WidwacnMT ,P , n j偏摩爾性質(zhì)Mi ：在給定的T、P和其他物質(zhì)的量不變時，向含有組分i的無限M多的溶液中加入1mol的組分i所引起的熱力學性質(zhì)的變化，混

12、合性質(zhì)厶M:溶液的性質(zhì) M與構(gòu)成溶液各組分在標準態(tài)時性質(zhì)總和之差,M M xMi0超額性質(zhì)M:相同溫度、壓力和組成時，真實溶液與理想溶液混合性質(zhì)之差,M E M M idoM E M Mid逸度：dGi RTdln fi（等溫）。逸度系數(shù)：i丄P組分逸度f?:溫度為常數(shù)時,dG RTdln?，P叫f 1組分逸度系數(shù)? 一XiP組分活度：活度定義為溶液中組分的逸度?對該組分在標準態(tài)時的逸度fi之比，用a表示,組分活度系數(shù)i :活度與摩爾百分數(shù)之比為活度系數(shù)，a_ _JL _?i Xi Xi fif?id2、問答題(1) 、T-S圖與蒸汽動力循環(huán)圖。(2選1,見重點11與22)(2) 、動量傳遞與

13、熱量傳遞的推導。(2選1)動量傳遞過程：流體與設(shè)備和流體分子之間的摩擦和擾動導致熵增和不可逆。和外界無熱、功交換的過程，有dS得STdPP2 VdpT無熱、功交換但有壓降的流動過程，必有功損耗，得流動過程中溫度和比容變化不大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，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)流的損耗功大得多。熱量傳遞功損耗推導過程：損耗功即系統(tǒng)在相同的狀態(tài)變化過程中，不可逆過程的實際功與完全可逆過程的理想功之差。即使沒有散熱損失，也因存在傳熱溫差而有損耗功；當環(huán)境溫度、傳

14、熱量和傳 熱溫度積恒定時，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；當環(huán)境溫度、傳熱量和傳熱溫差恒定時，損耗功與傳熱溫度積成反比關(guān)系。因此低溫 傳熱時要求的傳熱溫差更小（3）、正規(guī)溶液、無熱溶液的區(qū)分與標準態(tài)的兩種情況。（2選1,見重點14與17）3、證明題（1）、dS及dH方程的證明（2選1,見重點6與7）。（2） 、I n£是Inf的偏摩爾性質(zhì)與In?是In的偏摩爾性質(zhì)（2選1）XIn左是In f的偏摩爾性質(zhì)XiIn ?是In的偏摩爾性質(zhì)計算題Vt1001.38 16.625riB1.773nB/21、298.15K，若干NaCI（B）溶解于1kg水（A）中形成的溶液

15、的總體積的關(guān)系為0.119nB(cm3)。求 nB=0.5moI 時，水和 NaCI 的偏摩爾318.62cm moIVa，VbVtdVt-16.625nB T,PadnBVb 解：31.773 2nB.5 0.119 2nB當 nB o.5moI 時，Vb且，vt 1010.35cm3由于Vt HaVanBVBnA 1000/18 55.56 molVa所以，Vt HbVb1010.35 0.5 18.623, 118.02cm molnA55.562、以下三題類型的選一題（1）、從文獻得知在 633.15K, 98.06kPa時水的焓為 57496.72 J mol，試應用 普遍化方法求算在 633.15K，9806kPa下的焓值。普遍化壓縮因子法：普遍化維里系數(shù)法：（2 ）、已知在298.15K， 101.33kPa下CO的理想氣體狀態(tài)的絕對熵為213.79J mol-1 K-1，其理想氣體的等壓熱容為Cp 22.258 5.981 10 2T 3.501 10 5T2 7.465 10 9T3試求在 373