2004级期末考试试卷答案[1]

天津大学试卷专用纸 学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第 1 页 B 20062007 学年第一学期期末考试试卷 化工热力学 （B 卷 共 5 页） （考试时间：2007 年 1 月 23 日） 题号 一 二 三 成绩 核分人签字 得分 一、填空题（共 30分，每小题 3分） 1. 纯物质 p-V 图上临界等温线在临界点处的斜率 等于零 ，曲率 等于零 。 2. 第二 Virial 系数的物理意义为 B 仅与两分子间的相互作用力有关 ； B 的大 小是 温度 的函数。普遍化 Virial 方程的适用条件是，对比体积 Vr 2 。 3. 高压下，理想混合气体的 = i ，理想混合液体的 i= 1 。正偏差物系的特点是异i 类分子间作用力 小于 同类分子间的作用力 。 4. 损失功是指当完全可逆过程和实际过程经历同样的始末态时，由于可逆程度的差别， 导致这两种过程所表现出的功之间存在差值。 5. 某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器的出口温度、压力为 T（p 下的饱和温度） 、 p，现 T 比原冷凝器压力下的饱和温度低了 5，其它条件不变，则制冷循环的制冷 量 增加 ，压缩机功耗 不变_。 6. 二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是 dpRTVHdxEE221lnl 7. （二乙胺-水）的液液平衡体系中，水在胺相中的摩尔分率为 0.35，胺在水相中为 0.00009，水在胺相中的活度系数为 2.86 ，水在水相中的活度系数为 1 。 8. 制冷剂的汽化潜热要尽可能的大，是因为 潜热大，可增加单位质量工质的制冷能 力，使制冷剂的循环量减少。 9. ijnPTif,)l(lifx 10. 流体经过绝热可逆膨胀后，流体的焓 降低 ， 压力 下降 ，流体温度 下降 。 二、简答题（共 20分，每小题 5分） 1. 无热溶液和正规混合物的基本假设分别是什么？ 答：无热溶液：无热溶液理论假定由纯物质形成溶液时，其混合热基本为零，溶液非理 想性的原因主要来自超额熵不等于零，即 ， 0EHETSG 正规溶液：是指超额体积为零且混合熵变等于理想混合熵变的溶液，即 ，0EV 。但正规溶液的混合热不等于零。根据正规溶液的特点，超额 Gibbs 自由能0ES 可写成 EUHG 2. 空气在膨胀机中由温度 T1=230 K、压力 p1=10.13 MPa 绝热可逆膨胀至压力 p2=0.1013 MPa，如何得到空气膨胀后的最终温度 T2值？ 答：由 T-S 图上的状态 1 点（T 1=230K、p 1=10.13MPa）沿等熵线（即垂直线）向下至状 态 2 点（p 2=0.1013MP） ，该点的纵坐标值就是 T2。 3. 氮在 307.86K 下流经绝热水平管上的一个部分开启的阀门。阀门上、下游的压力分 别为 0.12 MPa 和 0.06 MPa。试确定氮在阀门下游的温度。 解：根据稳流系统热力学第一定律: SWQZguH25.0 水平绝热管： 无轴功： 忽略动能变化：,0QZ0S 05.2u 则： H 天津大学试卷专用纸 学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第 2 页 B 压力不太高时，N 2可视为理想气体，焓仅为温度的函数，等焓过程，故温度不变， 仍为 307.86 K。 4. 在一定压力和温度下，乙醇乙酸乙酯水三元物系相图如下图所示。请指出当组 成分别为 A、B、C 时，液相是否分层。如果分层，请在相图中标出互成平衡的两 液相组成的位置。 A 是单相，不分层；B 与 B成为相平衡的两液相； C 点会自动分为 1 和 2 两个相平衡的 两相。 三、计算题（共 50分，每小题分值见小题题面） 1. （本题 15 分） 已知饱和液态的 1-丁烯在 273K 时，H=0 ，求 578K，38.910 5Pa 时 1-丁烯蒸气的 H 值。已知：1-丁烯蒸气的临界性质为：T c=419.6 K, pc=4.02 MPa, =0.1867，饱和 蒸气压方程为： ， , 可TPap S75.210.ln -12.403JmolKigCT 近似取 。设 1-丁烯的 pVT 关系符合普遍化的维里方程，且：vlZ 6.1)0(4283.rTB2.4)1(17039.rTBrrrrRpHdd)1()()0()0( 解： 初始状态为 T273K 的饱和液体，根据饱和蒸气压方程aln(/P)21.05.7/spT 首先计算 273K 时的饱和压力：al(/)/2105723.49s 即： 5.6Pasp 相应的计算路径为： RH2 饱和蒸气 273K, 1.266105Pa 578K,38.9105Pa 理想气体理想气体 273K, 1.266105Pa RH1vig578K,38.9105Pa （A）RigRvH21 （a） v 由方程： ZRTpv s)/1d(ln 饱和液体 273K, 1.266105Pa 天津大学试卷专用纸 学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第 3 页 B aln(/P)21.05.7/spT 故： d.(/)s vHTRZ 则： 3-125.7*21.0JmolvH （b） 为 T=273K，p 的剩余焓，R1 516Pa 由于压力比较低， 0R （c） igH2157823-1d.4069JmolTiigpCT （d） 为 478K、 的剩余焓RH25.Pa 由 ，得：6.1)0(4283.rTB6.2)0(75drrTB 由 ，得：2.4)1( 79.r 2.5)1(rr Tc=419.6K，则， 8.37196rcT pc=4.02MPa，则， .042rcp(0)1.642.830.98rBT (0)2.6d7593rrBT(1)4.21.0r(1)5.2d0736rrBT(0)()(1)()dd.967.980.4.8670.2935.16021RrrrrHBBpTT 3-3571.JmolR 将各步骤的结果代入式（A）得： -112.4.69104.82JmolRigRmvHH 2. （本题 10 分） 苯（1）和环己烷（2）在 303 K，0.1013 MPa 下形成 x1 = 0.7 的溶液。已知此条件下 V1=89.96 cm3/mol，V 2=109.4 cm3/mol，在该条件下两种物质的偏摩尔体积分别为 1=90.20 cm3/mol 2=110.69 cm3/mol，求混合溶液体积 V 和超额体积 VE 分别是多 少 cm3/mol？ 解： 混合后溶液的体积为： 12Vx 代入已知条件得： 1230.790.71.6964cm/ol 天津大学试卷专用纸 学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第 4 页 B 根据超额性质的定义： 12EVxV 代入已知条件及计算结果得： 12396.470.896.3109.45cm/olE 3. （本题 12 分） 有一氨蒸汽压缩制冷机组，制冷能力为 4.0104 kJh-1，在下列条件下工作：蒸 发温度为-25 ，进入压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为 20，冷凝过冷 5。 试求： （1）单位质量制冷剂的制冷量； （2）每小时制冷剂循环量； （3）冷凝器中制冷剂放出热量； （4）压缩机的理论功率； （5）理论制冷系数。 解：由氨的 图查得 时饱和蒸汽的 ,由该状态点沿等熵线ST250t 341H1kgcal 向上，由温度 的条件，确定 。假设压力对液体的焓值几92kl 乎没有影响，从状态 3 沿着饱和液体线向下过冷 5，找到 ， 。 节流前后焓值不变， 。603H1kgcal 6034 1kgcal （1）制冷能力 27604Hq 1kgcal （2）制冷剂循环量 9.18.0QGh （3）冷凝过程放出的热量 360242 1kgcal （4）压缩机的功率 )(.312HWNSTk9.2608.4 （5）制冷系数 73.4392124H T S 3 1-250C 20 0C 2 4 315 0C 4. （本题 13 分） 某烃类系统，.汽液两相均可视为理想混合物。液相组成为： ， ，02.1x60.x ， 。在 1.5 MPa 下，该混合物泡点温度为 311 K，此时，平衡常350x03.4x 数 ， 。求该条件下的平衡汽相组成。已知：在 311 K 下，6.21K12 MPa，组元 3 的第二 virial 系数 m3mol-1。3Sp 431087.B 解： ， 05.1xy 61.022xKy49.314.85.7ln3 RTB 152.00l 633 pSS 则： ，