2021年《化工熱力學(xué)》試題及答案

一、選擇題(L5分X10=15分)

1、關(guān)于化工熱力學(xué)研究內(nèi)容，下列說法中不正確的是(C)

A.判斷新工藝的可行性。B.化工過程能量分析。

C.反應(yīng)速率預(yù)測。D.相平衡研究

2、下列各式中，化學(xué)位的定義式是A

._d(nH)_d(nG)

A.f^i=[—-B.//,-=[——JnV,nS,n

diijdiij;7

「5(nA)d(nU)

c-4,三[二一D-4,三[一^一

dnt>diij>

3、對無熱溶液，下列各式能成立的是D。

A.SE=0,VE=0B.SE=0,AE=0

C.GE=0,AE=0D.HE=0,GE=-TSE

4、在一定的溫度和壓力下二組分體系汽液平衡的條件是_A

(A).//=//；靠=*⑻笊=管;/,L=AL

vl

(C).k=￡v；7,=/2(O)尸=/"(處混合物的逸度)

5、下列偏摩爾自由熔表達(dá)式中，錯(cuò)誤的為D

A.Gj*BdG^ydp-SjdT

C.1=［。(田)/加工D.Q=［0(nG)/加］

6、二元非理想極稀溶液，其溶質(zhì)和溶劑分別遵守2

A.Henry定律和Lewis-Randall規(guī)則.B.Lewis-Randall規(guī)則和Henry定律.

C.Raoult規(guī)則和Lewis-Randall規(guī)貝！I.D.Lewis-Randall規(guī)則和拉烏爾規(guī)則

7、氣體經(jīng)過穩(wěn)流絕熱膨脹，對外作功,如忽略宏觀動(dòng)能，位能變化，無摩擦損

失,則此過程氣體焙值」o

A.增加B.減少

C.不變D.不確定

8、關(guān)于制冷原理，以下說法不正確的是(D)

A.任何氣體，經(jīng)等端膨脹后，溫度都會(huì)下降。

B.只有當(dāng)經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度才會(huì)降低。

C.在相同初態(tài)下，等燧膨脹溫度降比節(jié)流膨脹溫度降大。

D.任何氣體，經(jīng)節(jié)流膨脹后，溫度都會(huì)下降。

9、不可逆過程中，孤立體系的（D）?

A.總?cè)荚黾?，火用也增加。B.總端減少，火用也減少。

C.總燧減少，但火用增加。D.總端增加，但火用減少。

10.作為朗肯循環(huán)改進(jìn)的回?zé)嵫h(huán)是從汽輪機(jī)（即蒸汽透平機(jī)）中抽出部分蒸

汽

（B）

A.鍋爐加熱鍋爐進(jìn)水B.回?zé)峒訜崞骷訜徨仩t進(jìn)水

C.冷凝器加熱冷凝水D.過熱器再加熱

二、填空題（每題2分，共10分）

1.理想溶液的過量性質(zhì)"E等于（0）

2.熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)的原理是是依據(jù)（吉布斯-杜亥姆方程）

2

3.穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律為：（AW+|Ai/+gAZ=2+Ws.）

4.化學(xué)分析法包括、、（能量衡算法，端分析法，火

用分析法）

5.絕熱可逆膨脹的溫降比節(jié)流膨脹的溫降（大、小、相等）

三、簡答題（1題5分，2題8分，3題4題各6分：共25分）

1、汽相和液相均用逸度系數(shù)計(jì)算的困難是什么？

答：根據(jù)逸度系數(shù)的計(jì)算方程，需要選擇一個(gè)同時(shí)適用于汽相和液相的狀態(tài)方

程，且計(jì)算精度相當(dāng)。這種方程的形式復(fù)雜，參數(shù)角度，計(jì)算比較困難

（意思對即可）。

2、有人提出用下列方程組來表示恒溫、恒壓下簡單二元體系的偏摩爾體積

K-V|—tz+（b—（i）xt—bx；

V2-V2-a+（b—a）x2—bx；

式中：Vi和V2是純組分的摩爾體積，a、h只是T、P的函數(shù)。試從熱力學(xué)

的角度分析這些方程是否合理？

答：根據(jù)Gibbs-Duhem方程^（x,dM,）r=0得恒溫、恒壓下x1d區(qū)+叼頊=0

或匹吼=』眄=必正(2分)

但dX|dx2

由本題所給的方程得到蚯也=姓=人叫2姐

dX]3

即jj=(b-a)x-2bx^(A)(2分)

drj1

同樣可得鳴

d(ij)=b-a-2bx、

d,r2dr2

即x=(b-a)x-2bx^(B)(2分)

2cb^2

比較上述結(jié)果，式(A)=(B)得：

(b-a)xt-2bx：-(b-a)x2-2bx}

整理止匕式得：a+h=O或$=々=0-5（2分）

根據(jù)題意，所給出的方程組只有在a+Z?=O時(shí)才滿足Gibbs-Duhem方程，方程

才合理。

3、寫出局部組成的概念，并說明Wilson方程和NRTL方程的適用條件。

答：局部組成的概念：在某個(gè)中心分子i的近鄰，出現(xiàn)i分子和出現(xiàn)/?分子的幾率不

僅與分子的組成xi和町?有關(guān)，而且與分子間相互作用的強(qiáng)弱有關(guān)（2分）

Wilson方程適用條件：可以準(zhǔn)確地描述極性和非極性混合物的活度系數(shù)（2

分）

NRTL方程適用條件：可以用于部分互溶體系，特別用于液-液分層物系的計(jì)

算（2分）

4、說明基團(tuán)貢獻(xiàn)法的出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及局限性

答：基團(tuán)貢獻(xiàn)法的基本假定是純化合物或混合物的物性，等于構(gòu)成此化合物或混

合物的各種集團(tuán)對此物性貢獻(xiàn)值的總和；即假定在任何體系中，同種基團(tuán)在

不同分子中對某一物性具有同一貢獻(xiàn)值，例如臨界體積，只要由各個(gè)基團(tuán)的

臨界體積貢獻(xiàn)值之和加上某一常數(shù)即可。（4分）

優(yōu)點(diǎn)：更大的通用性及不需要臨界參數(shù)（1分）

局限性：分子交互作用難于校正（1分）

四、計(jì)算題（共50分）

1、（16分）25℃,O.IMPa下，組分1和2形成二元溶液，其溶液的摩爾焰為H=600

-180X1-20X?（J/mol）.式中Xi為組分1的摩爾分?jǐn)?shù)，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)按Lewis-Randall定

則計(jì)算，求

（）（））（）E

12百「，房°；⑶Hv/；（4AH；5H;

解：過程如下

2、——=—180—60x；

d&

_dHdH

3

1）同=H-x,—=H+（l-x］）一=420—60%；+40x,

~dx2dx{

H2=600+40X；

2）打=42（U/〃zH

=64QJ/mol

3）/7,=4QQJ/mol

H2=600J/mol

4）M=ZxR-Zx/i=Z七（反一",）=再（冗_(dá)%）+/（后2_”2）

=x,（420-60x；+40M-400）+/（600+40x；-600）

=20犬］-20x；

5）“￡=A”=20內(nèi)-20M

（除第4小題每小題3分，第4題4分）

2、（14分）某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，進(jìn)入透平的過熱蒸汽為2.0MPa,400℃,

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，問每小

時(shí)通過透平機(jī)的蒸汽流量是多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。

（已知：飽和蒸汽的牖Sg=77153。.依一火,飽和液體的端，

S,=0.9875kJ?kg-'-KT）

解：進(jìn)出透平機(jī)的蒸汽狀態(tài)見下圖所示，（2分）

焙、燧值從附錄水蒸汽表中查到，

按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律對透平機(jī)進(jìn)行能量衡算

4H=Q-M（3分）

則根（也-%）=5%W,-叱=-0.95%

m==-095*3000、3600=儂取.仁

蒸汽流量%2631.4-3247.6（3分）

按本題意，等端膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合

物，此時(shí)蠟值，即為飽和蒸汽和飽和水的端按比例混合，已知：飽和蒸汽

的底L7.71535依一區(qū),飽和液體的麻5,=0.9875

設(shè)空氣中氣相重量百分含量為X,

貝U7.1271=7.7153Xx+(l-x)X0.9875

解得x=0.9126(3分)

空氣的焰值H=xXHg+(1-x)Hi

=0.9126X2631.4+(1-0.9126)X304.25=2428.0kJ?kg4(3分)

S

3、（20分）某二元溶液，Lewis-Randall規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的超額Gibbs自由能可由下

式給出：

1

G'/RT=/3X^X2

式中：￡為常數(shù)，兩純組元逸度分別為方和力*,單位為Pa,廣,

T：K,求：

（1）以Lewis-Randall規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)九與九的表達(dá)式。

，，

（2）以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)％與九的表達(dá)式。

dn-

解：（1）由于L'」T山"

故：對于二元混合物，可以使用二元截矩公式計(jì)算活度系數(shù)

必I=M-x

12

dx2

M2=M-%1

二元截矩公式為：I"（4分）

則:（4分）

In%=阮

V

將GE/RT=囹X2代入上式，整理得：