2014-2015 第一学期 化工热力学 (4)

化工热力学试卷 一、填空题（每题 2 分） 1.正丁烷的偏心因子 =0.193，临界压力 pc=3.797MPa，在 Tr=0.7 时的蒸汽压为 _ MPa 2.混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是_ 3.剩余性质实质相同的温度和压力下_热力学性质之差；超额性质 是指_热力学性质之差 4.气体从高压到低压作绝热可逆膨胀时 T_,S_，理想气体流过节 流阀时， T_,S_ 5.由热力学第二定律可知，过程的不可逆性越大，过程的熵产 S_，损耗功 WL_ 2、选择题（每题 2 分） 1.在 90，1atm 下，苯（ 1）甲苯（2）汽液平衡系统可以视为完全理想体系， 此条件下蒸汽压 ps1=1.343atm，p s2=0.535atm，则汽液平衡组成 x1,y1 分别是（ ） A.0.576;0.773 B.0.773;0.576 C.0.424;0.227 D.0.227;0.424 2.熵产 S 是由_而引起的 A.体系与环境间热量交换 B.体系与外界功的交换 C.体系内部的不可逆性 D.体系与外界的物质交换 3.冬天要给寝室供热取暖，消耗 500Wh 的电量，采用可逆热泵循环（空调） ， 电热器两种供热方式，哪种供热量多？（ ） A.热泵 B.两者相等 C.电热器 D.有争议，无法比较 4.下面哪种做法不利于提高朗肯循环热效率？（ ） A.提高汽轮机进汽温度 B.提高汽轮机进汽压力 C.提高汽轮机出汽压力 D.抽出汽轮机部分蒸汽用于加热锅炉供水 5.对于无热溶液，下列各式成立的是_ A.SE=0,VE=0 B.SE=0,AE=0 C.GE=0,AE=0 D.HE=0,GE=-TSE 6.苯（1）环己烷（2）在 303K，0.1013MPa 下形成 x1=0.3 的溶液，此条件下 V1=89.96cm3/mol, V2=109.4cm3/mol,Error!1=91.25cm3/mol,Error!2=109.64cm3/mol, 溶液的超额体积为_cm 3/mol. A.0.55 B.-0.24 C.-0.55 D.0.24 7.化工热力学中有各种状态方程，如 RK 方程，理想气体状态方程， vdW 方程， SRK 方程，PR 方程，请为它们的计算准确性排序（ ） A.RKPRSRKvdW理想气体状态方程 B.PRSRKRKvdW理想气体状态方程 C.PRvdWSRKRK理想气体状态方程 D.SRKPKPRvdW理想气体状态方程 8.下列关于逸度的说法不正确的是（ ） A.逸度可称为校正压力 B.逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度 C.逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 D.逸度课代替压力，使真实气体的状态方程变为 fv=nRT 9.立方型状态方程有多种形式，其中对摩尔体积 V 的三次展开式中，若解得 V 有三个实根，则最大的根表示（ ） A.气相摩尔体积 VV B.液相摩尔体积 VL C.无实际物理意义 D.气相摩尔体积与液相摩尔体积之和 10.下列化工热力学研究特点的说法不正确的是（ ） A.研究体系为实际状态 B.处理方法以理想状态为标准态加以校正 C.解释微观本质及其产生某种现象的内部原因 D.应用领域是解决工程中的能量利用及平衡问题 三、计算题（每题 15 分） 1.某二组元液体混合物在 298K 和 1.0133105Pa 下的焓可用下式表示： 式中 H 单位为 Jmol。试确定在该温度、压力状态下 （a）用 x1 表示 Error!1 和 Error!2； （b）纯组分焓 H1 和 H2 的数值； （c）无限稀释下液体的偏摩尔焓 Error!1 和 Error!2 的数值。 2.试将以下形式的 RK 方程改写成普遍化形式，并计算在 300K，3.704MPa 时异 丁烷的摩尔体积 式中 h=B/Z , B=bp/RT , A/B=a/bRT1.5 ，a 和 b 为 RK 方程参数。 （参考热力学数据： ， ）KTr1.408papc61048.3 3.已知某含组分 1 和 2 的二元溶液的 G E/RT =B X1 X2，B 可视为常数，50 下 达汽液平衡时能形成共沸物，现测得 50下 = 14.7, P1S = 0.0174MPa, P2S = 0.0667MPa，汽相可视为理想气体。 试求： （1）ln 1 和 ln 2 表达式（以 Xi 为变量） （4 分） （2）常数 B 值（3 分） ； （3）50下恒沸点组成和平衡蒸汽总压（即平衡压力） （7 分） ； （4）G 表达式（以 Xi 为变量） （4 分） 。 21215050xx1AhZB 4.某一蒸汽动力循环装置，锅炉压力为 4MPa，冷凝器工作压力为 0.004MPa。 进入透平机的是过热蒸汽，温度为 500。 （1）若此循环为理想郎肯循环，试求循环的热效率和汽耗率。 （2）若过热蒸汽通过透平机进行实际的不可逆绝热膨胀过程，排出乏汽的干度 为 0.92，试求此实际过程的郎肯循环的热效率和汽耗率。 （参考热力学数据： 4MPa、500过热蒸汽 11091.7,3.45 KkgSkgJH 0.004MPa 乏汽 2sv 462JHsl ）1476.8KkgJSsv 16.0kJSsl 四、论述题（10 分） 有人说，学好化工热力学的首要问题是突出课程的一条主线Gibbs 函数 G，谈谈你对这个观点的认识。 参考答案 一、 1. 0.2435 2. lnf=xiln(fi/xi) 3. 真实气体与理想气体 真实溶液与理想溶液 4. 0 5. 越大 越大 二、 ACACD ABDAC 三、 1.解： （1）因为： 故： 又： 所以： 求微分： 故： （2）将 x1=1 及 x1=0 分别代入上式，得纯组分焓 H1 和 H2。 （3） 和 是指在 x1=0 及 x1=1 时的 及 12x31111 5405050 xxxH pTdxM,11 pTdxM,12pTdxH,11pTdxH,1221 ,154xpTmolJxxxH 31221131 055450 olJx32 041molJH10molJH150212 12H 将 代入上式，得： 将 代入上式，得： 2、解： 得 分别将 B 及 A/B 值代入题给形式的 RK 方程，则 735.0crT102.crp)1(82.1hhZ 可得 令096701967.,Z 得 3.,2. 01290hZ molpRTV/104.674.3835 3、解：（1）ln 1 =BX2 2, ，ln 2=BX1 2 （2） 687.4lnlnlim01 Bx （3）恒沸时 X1=Y1,X2=Y2, 和sPy11sPy22ss21 与 联立求解sslnlnx 得067.ln687.04.687.2212x 75.0;.21x 01xmolJH51xolJ602crTrr.84p1.5r4930ABT 1.5r149301AhhZhhTr.864 22 5.0687.75.068.21 .14.05 eePxPss =0.01973+0.05918=0.07891Mpa （4） )lnl(2121xxBRTGidE 4、该过程在 T-S 图上如下图所示. 1 状态：高压水，4Mpa，水近似不可压缩 pVHO1612336 0)4.(104. H 4 状态：过热蒸汽，4Mpa，500 14109.7,.5 KkgSkgJ 5 状态：乏汽，0.004Mpa 4597KS 1.2kgJHsv 16.12kJHsl 156.8kJsv16540KSsl 设状态 5 乏汽的干度为 x，则 svslxSS545)( 解得 x=0.828091.76.82.)1(x 对焓有 )(9.21354.82.046)2.()( 155 kgJxHsvsl 6 状态： 1616,4.12 KkgJSkgJ 若为理想郎肯循环： 45 过热蒸汽可逆绝热膨胀过程，轴功为 154 4.1309).253.4()( kgJHWs 56 乏汽冷凝，放热 150 .9.16.2kJQ 61 饱和水升压过程，泵耗功 1636 02.41)0.4(0.2 kgJpVHWOp 且 1 7.125.461. kgJ 由于泵耗功很少，可忽略不计。 14 水吸热成过热蒸汽，吸热量 114 83.947.253. kgJHQ 理想循环效率 90.120)( WPSN 汽耗率 176.39.536hKWkgCN 若过程为不可逆绝热膨胀： 蒸汽在透平机中绝热膨胀至 5状态，由乏汽的干度可求出 5状态焓值。15 76.25404612)9.0( kgJH 这时循环效率为 6.32083.19.4.3)()(6154 QHWN 实际汽耗率 .5083hkWgSCN 4、参考答案; Gibbs 函数 是贯穿于化工热力学课程的一条主线。热力学性质计THG 算中引入了剩余 Gibbs 函数 和过量 Gibbs 函数)ln(RSTHR ，它们分别为逸