化工熱力學(xué)考試試卷(附答案)

化工熱力學(xué)考試試卷（附答案）1、（2分）在PT圖上純物質(zhì)三種聚集態(tài)互相共存處稱(chēng)。2、（2分）純物質(zhì)P-V圖臨界等溫線(xiàn)在臨界點(diǎn)處的斜率____0，曲率為_(kāi)__0。3、（4分）指出下列物系的自由度數(shù)目，（1）水的三相點(diǎn)0，（2）液體水與水蒸汽處于汽液平衡狀態(tài)1,（3）甲醇和水的二元汽液平衡狀態(tài)_2,（4）戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡狀態(tài)1。4、（2分）組成為x=0.2,x=0.8，溫度為300K的二元液體的泡點(diǎn)組成y的為（已知液相121的GtE=75竹篤/（nl+n2）,p=1866,=3733p&）___0.334。5、（2分）一定狀態(tài)下體系的火用指體系由該狀態(tài)達(dá)到與環(huán)境基態(tài)完全平衡時(shí),此過(guò)程理想功。6、（2分）二元混合物容積表達(dá)式為V=XiVi+X2V2+aXiX2如選同溫同壓下符合Lewis-Randll規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就有小=AV=aX]X2—7、（2分）能量平衡時(shí)以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，有效能平衡時(shí)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)。8、（4分）丙酮⑴-甲醇⑵二元體系在98.66KPa時(shí)，恒沸組成氣=人=0.796，恒沸溫度為327.6K，已知此溫度下的=95.39,々=65-06kPa貝VvanLaar方程常數(shù)是竺=A12A21X1X2A】?二0.587，A^=0.717（已知vanLaar方程為RTA12x1+A21x2）9、（4分）等溫等壓下二元溶液組分的活度系數(shù)與組成之間關(guān)系，按Gibbs-Duhem方程X1dlnY1+X2dhy2=010、（6分）由于鄰二甲苯與對(duì)二甲苯、間二甲苯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相近，因此它們混合時(shí)會(huì)形成_理想溶液一一溶液,它們的AH=0，AV=0。二.判斷題1、（2分）一定壓力下，純物質(zhì)的泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度是相同的，且等于沸點(diǎn)。（7）2、（2分）二元共沸物的自由度為2。（x）3、（2分）逸度也是一種熱力學(xué)性質(zhì)，溶液中組分i的分逸度與溶液逸度的關(guān)系為Inf=才叫Infi（x）4、（2分）由于鄰二甲苯與對(duì)二甲苯、間二甲苯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相近，因此它們混合時(shí)會(huì)形成理想溶液。（7）5、（2分）理想溶液各組分的活度系數(shù)丫和活度為1。（x）6、（2分）損失功與孤立體系的總熵變有關(guān)，總熵變?cè)酱?，損失功越大，因此應(yīng)該盡量減少體系的不可逆性。（7）7、（2分）對(duì)不可逆絕熱循環(huán)過(guò)程，由于其不可逆性，孤立體系的總熵變大于0。（x）8、（2分）理想功Wid是指體系的狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件下按以完全可逆過(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，因此理想功就是可逆功，同時(shí)也是.?的負(fù)值。（x）

9、（2）功的傳遞不會(huì)引起熵的流動(dòng)，當(dāng)有功輸出或輸入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生熵變。（x）10、溫度和壓力相同的兩種理想氣體混合后，則溫度和壓力不變，總體積為原來(lái)兩氣體體積之和，總內(nèi)能為原兩氣體內(nèi)能之和，總熵為原來(lái)兩氣體熵之和。（X）三.解答題1.（10分）欲在一7810cm3的鋼瓶中裝入了lOOOg的丙烷，且在253.2°C下工作，若鋼瓶的安全工作壓力lOMPa,問(wèn)是否有危險(xiǎn)？解：查出T=369.85K,Pc=4.249MPa,3=0.152如何用維里方程計(jì)算摩爾體積？7810可以容納=22.54mol的丙烷。即22.54x44=991.8g〈1000g346.5058所以會(huì)有危險(xiǎn)。2..（15）分別用PR方程和三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算，312K的丙烷飽和蒸氣的逸度；（2）分別用PR方程和三參數(shù)對(duì)應(yīng)態(tài)原理計(jì)算312K、7MPa丙烷的逸度；（3）從飽和氣相的逸度計(jì)算312K、7MPa丙烷的逸度。設(shè)在1?7MPa的壓力范圍內(nèi)液體丙烷的比容為2.06cm3?g-1，且為常數(shù)。解：（1）[a]以PR方程計(jì)算：1892.47查附表知丙烷的蒸氣壓Antoine方程為：InPS=6.8635-.7，MPa，則在312KT-24.33時(shí)，Ps=1.33MPa。丙烷的物性參數(shù)為：P=4.249MPa、T=369.85K、e=0.152CCR2T28.3142x369.852.5a=0.457235c=0.457235x-=1.0175x106cm6?MPa-mol-2TOC\o"1-5"\h\zCP4.249C\o"CurrentDocument"b0077796RT00777968.314x369.855630,b=0.077796c=0.077796x=56.30cm3?mol-1\o"CurrentDocument"P4.249ca0.5=1+(0.37646+1.54226b—0.26992^)(1-T0.5)=1.0493，a=1.101ra=a?a=1.0175x106x1.101=1.1203x106cm6?MPa?mol-2c迭代式為：V(k+1)=V(k+1)=b+P+RTaV(k)2+2bV(k)-b2=56.30+1.33+2594.01.1203x106V(k)2+112.6V(k)-3169.69取V（0）=1950.4作為初值，經(jīng)8次迭代后得：V=1505.0cm3?mol-1，Z=0.7719ifP(V—b)a|V+(込+1)-b1.33x(1505.0—56.3)ln=Z—1—ln—ln=0.7719—1—lnPRT2P2bRTV——1)-b8.314x312i1505.0+(遷+1)x56.30xln1.1203x10622x56.30x8.314x312=—0.207621505.0—(*2—1)x56.30f=1.08MPa[b]以三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算：T312T===0.8436,PrT369.85rC1.33==2.33=0.313P4.249C(f)(0)(f)—=—0.102；lgkP丿kP丿查附表得：lg(1)=—0.206；(f\(0)(f)(1)(f\則：lg-kP丿+tolg—kP丿=—0.102+0.152x(—0.206)=—0.1333f=0.978MPa(2)[a]以PR方程計(jì)算，方程參數(shù)計(jì)算同(1)，迭代公式為：RTV(k+1)=b+P+V(k)2+2bV(k)—b2=56.30+2594.01.1203x1067.0+V(k)2+112.6V(k)—3169.69取V(0)=250.3作為初值，經(jīng)10次迭代后得：V二86.5cm3?mol-1,Z=0.3455V+(込+1)-blnf=Z—1—lnPD—土凹辿=0.3455—1—g空沁三型PRT2\「2bRTV—(叮2—1)-b8.314x312,86.5+(血+1)x56.3015608xln=—1.560886.5—("—1)x56.301.1203x1062^2x56.30x8.314x312f=1.47MPa[b]以三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算：TT==rTC312P——=0.8436,P=—369.85rP=-^^=1.6474.249(f)(0)(f)—=—0.6647；lgkP丿衛(wèi)丿查附表得：lg(1)=—0.3755；C(f\則：lg-kP丿(f、(0)=】gPkP丿(f)(1)+TOlg—kP丿=—0.6647+0.152x(—0.3755)=—0.7218(3)fL=fs-exp—(P—Ps)=1.08xexp]2.06x44(7.0—1.33)]RTL8.314x312」f=1.33MPa=1.32MPa3.(15分)已知某含組分1和2的二元溶液，可用lnY]=AX22,lnY2=AX#關(guān)聯(lián)，A可視為常數(shù)，60°C下達(dá)汽液平衡時(shí)能形成共沸物，現(xiàn)測(cè)得60°C下片=14.7,P]S=0.0174MPa,P2s=0.0667MPa,設(shè)汽相可視為理想氣體。試求：Ge表達(dá)式；A值；（3）60°C下恒沸點(diǎn)組成和平衡蒸汽壓。Ge=RTGe=RTY(xInY)=RT(xAx2+xAx2)=ARTxx12ii1221ln丫8=limlnY=A=lnl4.7=2.68781x1t01恒沸時(shí),a=1,即x/y=x/y\o"CurrentDocument"ll22Py=YxPs和Py=YxPs11112222lnY+lnPs=lnY+lnPs與x+x=1122122.6878x2+ln0.0174=2.6878x2+ln0.0667得x=0.25;x=0.752112P=xYPs+xYPs=0.25x0.0174xe2.6878x0.752+0.75x0.0667xe2.6878x0.252111222=0.01973+0.05918=0.07891MPatyP111聯(lián)立求解:=YPs224.（15分）某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，進(jìn)入透平的過(guò)熱蒸汽為2.0MPa,400°C,排出的氣體為0.035MPa飽和蒸汽，若要求透平機(jī)產(chǎn)生3000kW功率，問(wèn)每小時(shí)通過(guò)透平機(jī)的蒸汽流量是多少？其熱力學(xué)效率是等熵膨脹效率的多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。解：進(jìn)出透平機(jī)的蒸汽狀態(tài)見(jiàn)下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律對(duì)透平機(jī)進(jìn)行能量衡算，AH=Q-Ws則m（H—H）=5%W—W=-0.95W21==16650.4kg-h-1—0.95Wm=—

蒸汽流量H2—H1

—0.95x3000x36002631.4—3247.6按本題意，等熵膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時(shí)熵值，即為飽和蒸