化学工程与工艺专业《化工热力学》模拟考试考题A(答案)

1 华东理工大学华东理工大学 20 20 学年第学年第 学期学期 化工热力学化工热力学 课程模拟考试试卷课程模拟考试试卷 A 答案答案 开课学院 开课学院 化工学院化工学院 专业 专业 化学工程与工艺化学工程与工艺 考试形式 闭卷 所需时间 考试形式 闭卷 所需时间 120 分钟 考生姓名 考生姓名 学号 学号 班级 班级 任课教师 任课教师 题 序一二三四总分 得 分 评卷人 一 是非题 共一 是非题 共 24 分 每小题分 每小题 2 分 对的打分 对的打 错的打 错的打 1 当压力大于临界压力时 纯物质就以液态存在 2 纯物质的三相点随着所处压力的不同而改变 3 用一个相当精确的状态方程 就可以计算所有的均相热力学性质随着状态的 变化 4 气体混合物的 Virial 系数 如 B C 是温度和组成的函数 5 在一定压力下 纯物质的泡点温度和露点温度是相同的 且等于沸点 6 对于理想溶液 所有的混合过程性质变化均为零 7 在二元系统的汽液平衡中 若组分 1 是轻组分 组分 2 是重组分 若温度一 定 则系统的压力随着的增大而增大 1 x 8 偏摩尔焓的定义可表示为 j ij i i ii T p nT p n nHH H nx 9 Gibbs Duhem 方程可以用来检验热力学实验数据的一致性 10 自然界一切实际过程总能量守恒 有效能无损失 11 能量衡算法用于过程的合理用能分析与熵分析法具有相同的功能 12 当化学反应达到平衡时 反应的 Gibbs 自由焓变化值等于零 G 二 单项选择题 共二 单项选择题 共 20 分 每小题分 每小题 2 分 分 1 指定温度下的纯物质 当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时 则物质的状态 为 D A 饱和蒸汽 B 超临界流体 C 压缩液体 D 过热蒸汽 2 单元操作的经济性分析中 功耗费用和下列哪个因素有关 C A 理想功 B 有效能 C 损耗功 D 环境温度 2 3 一流体从状态 1 分别经历可逆过程 R 与不可逆过程 NR 到达状态 2 两个过 程的环境状态相同 则过程 R 的理想功比过程 NR 的理想功要 A A 相等 B 大 C 小 D 不确定 4 由混合物的逸度的表达式知 的状态为 B ig ln i ii GGRTf ig i G A 系统温度 的纯组分 i 1 p B 系统温度 的纯组分 i 的理想气体状态 1 p C 系统温度 系统压力的纯组分 i 的理想气体状态 D 系统温度 系统压力 系统组成的温度的理想混合物 5 对理想溶液的性质 下列说法描述不正确的是 C A B id ln i ii GGRTx id ln ii i GGRT C D E SS E HH 6 两相达到平衡 系统的热力学性质表述中错误的是 A A B C D GG ii ff TT pp 7 气液平衡计算关系式 i 1 2 N 在中压时 s L ss expd i p i iiiiii p V pyx pp RT 上式可简化为 B A B L ss exp i iiiiii V pyxpp RT ss iiiiii pyx p C D s iii pyx p s iiii pyx p 8 某封闭体系经历一不可逆过程 系统所做的功和排出的热量分别为 100kJ 和 45kJ 问系统的熵变 D A 小于零 B 大于零 C 等于零 D 说不清楚 9 合理地评价化工过程能量综合利用所采用的方法是 C A 热力学第一定律 B 热力学第二定律 C 热力学第一定律与第二定律 D 热力学第三定律 10 反应 初始物质含量 H2S 为 1mol H2O 为 2222 SOH3OH2SH 3mol 当反应进度为时 SO2的摩尔分数为 A 已知 3 d d i i n A B 4 5 1 C D 7 7 3 三 计算题三 计算题 50 分 分 1 8 分 用 PR 方程计算正丁烷在 50 下饱和汽相摩尔体积 已知 1 PR 方程为 其中 22 2 RTa p VbVbVb cr aaT 22 c c c 0 457235 R T a p 20 5 rr 1 0 37646 1 542260 26992 1 TT c c 0 077796 RT b p 2 可供参考的迭代关系式为 初值可选用理想气体计算 2 1 2 2 k kk RT Vb a p VbVb 3 正丁烷的蒸汽压方程为 各物理量单位 s 2151 63 ln6 8146 36 24 p T MPa T K 临界参数为 s p c 425 4KT c 3 797MPap 0 193 解 1 由 s 2151 63 ln6 81460 68472 323 1536 24 p s 0 504 MPap 2 r c 323 15 0 75964 425 4 T T T 2 22 662 c c c 8 314 425 4 0 4572350 4572351 50631 10 3 797 R T aMPa cmmol p 20 5 r 10 37646 1 542260 269921 T 20 5 10 37646 1 54226 0 1930 26992 0 1931 0 75964 28 0851 177841 Tr 4 666 2 cr 1 50631 101 177841 7742 10MPa cmmolaaT 3 1 c c 8 314 425 4 0 07779960 07779672 46 cmmol 3 797 RT b p 2 1 s 2 2 k kk RT Vb a p VbVb 2 6 8 314 323 15 72 46 1 7742 10 0 504 144 925250 45 kk VV 2 6 2686 6691 72 46 1 7742 10 0 504 144 925250 4516 kk VV 取 03 1 s 8 314 223 15 5330 69 cmmol 0 504 RT V p 为初值 则 1 4829 36V 714721 2 V 864694 3 V 934687 4 V 134686 5 V 63 1 4685 7 cmmolV V3 1 m 4685 7 cmmolV 2 8 分 某二元混合物 在一定的温度和压力下 其逸度表达式为 a b c 为常数 试求 2 11 ln fabxcx 1 2 二组分均以 Lewis Randall 规则为标准态逸 21 ff 1 ln 2 ln 度 已知 偏摩尔量与摩尔量之间的关系为 ln ln j i i ii T p n nff xn 组分 i 的标准状态是以 Lewis Randall 规则为基准 i i ii f f x i f 解 2 1 1 ln n nfnabnc n 2 2 2 1 1 2 111 2 111 ln2 ln T p n n n nabnc nnf fn nn abc xnnn 5 22 1111 22abcxcxabcxx 同理得到 1 1 2 1 1 2 2 21 1 2 222 ln ln T p n n n nabnc nnf fn acacx xnnn 11 1 2 111 11 1 lnlim lnlim2 xx f fabcxxabc x 22 2 2 21 11 2 lnlim lnlim xx f facxa x 由于则 i i ii f f x 22 1 111111 1 lnlnln22 f fabcxxabccxx x 22 2 2211 2 lnlnln f facxacx x 3 12 分 丙酮 1 甲醇 2 二元系统在 98 66kPa 及 327 6K 时形成共沸物 其 共沸组成 0 796 设该二元系可采用 Van Laar 活度系数关联式 az 1 az 1 yx 1 试求 Van Laar 方程常数 A12 A21 2 试求该系统在 327 6K 时及时的平衡压力及汽相组成 y1 1 0 3x 已知此温度下的 假设此系统符合低压汽液平衡关 ss 12 95 39kPa 65 06kPapp 系 在共沸点时有 s 1 2 iiii pyp xi azaz ii xy Van Laar 活度系数关联式 12 12 121 212 ln 1 A A x A x 21 22 212 121 ln 1 A A x A x 其中方程参数可采用下式计算 2 azaz az 22 121 azaz 11 ln 1ln ln x A x 2 azaz az 11 212 azaz 22 ln 1ln ln x A x 6 解 1 由共沸点数据知 则 ss 1122 ppp 12 ss 12 98 6698 66 1 0341 516 95 3965 06 pp pp 活度系数采用 Van Laar 方程计算 其中的方程参数计算如下 2 2 azaz az 22 121 azaz 11 ln0 204 ln1 516 1ln1ln1 0340 589 ln0 796 ln1 034 x A x 2 2 azaz az 11 212 azaz 22 ln0 796 ln1 034 1ln1ln1 5160 718 ln0 204 ln1 516 x A x 2 当时 1 0 3x 12 122 121 212 0 589 ln0 3224 0 589 0 3 1 1 0 718 0 7 A A x A x 1 1 38 21 222 212 121 0 718 ln0 0486 0 718 0 7 1 1 0 589 0 3 A A x A x 2 1 05 ss 11 1222 95 39 0 5 1 3865 06 0 5 1 05100 0 kPapp xp x s 11 1 1 95 39 0 5 1 38 0 658 100 0 p x y p 4 12 分 753K 1 5MPa 的过热蒸汽推动透平机 并在 0 07MPa 下排出 此 透平机既不绝热也不可逆 过程的热量损失为蒸汽 初始状态下蒸汽 1 7 1kJ kg 的焓 熵值为 在 0 07MPa 1 1 3426 7kJ kgH 1 1 1 7 5182kJ kgKS 时蒸汽的焓值 实际由于过程的不可 1 1 2 7 5182kJ kgKS 1 2 2674 2kJ kgH 逆性 出口乏汽 试求 该过程对外 1 2 2780kJ kgH 1 1 2 7 7838kJ kgKS 实际输出的轴功 过程的损耗功和热力学效率 设环境温度为 s W L W II 293K T 已知 稳流过程的热力学第一定律 热力学第二定律 s HQW 损耗功 理想功 fg 0 iijj ij m Sm SSS i n out Lg WTS 热力学效率 id WHTS s II id W W 解 以 1kg 蒸汽为计算基准 根据热力学第一定律 s HQW 7 则 1 s21 2780 3426 77 1639 6 kJ kgWHQHHQ 由热力学第二定律 sysg 0 Q SS T 1 1 gsys21 7 1 7 7838 7 51820 2898 kJ kgK 293 QQ SSSS TT 1 Lg 2930 289884 9 kJ kg WTS 热力学效率 sS II idSL 639 6639 6 100 88 3 639 684 9724 5 WW WWW 或 1 id 3426 7 27802937 78387 5182724 5 kJ kgWHTS S II id 639 6 100 88 3 724 5 W W 5 10 分 某制冷机采用氨作为制冷剂 制冷能力为 60000 蒸发温度 1 kJ h 为 15 压缩机在绝热可逆下操作 压缩后蒸汽冷凝温度为 30 采用节流膨 胀阀 试计算 1 制冷剂每小时的循环量 1 hkg 2 压缩机消耗的功率 kW 3 该循环的制冷系数 4 该循环作逆 Carnot 循环的制冷系数 已知 题 5 附图中的各状态点参数为 1 2 1 1 1661kJ kgH 1 2 1891 17kJ kgH 3 L 1 3 560 66kJ kgH 1 L 351 46kJ kgH 制冷系数 s L Q W L C HL T TT 解 1 43 HH560 66kJ kg 1tt L14 60000 54 53 kg h 1661 560 66 QQ m QHH s21 T 54 531891 17 1661 3 49 kW 360036003600 mWm HH N L14 s21 1661 560 66 4 78 1891 17 1661 QHH WHH T S L1 2 3 4 题 5 附图 8 L C HL 273 15 15 5 74 3015 T TT 四 推导与证明题四 推导与证明题 6 分 分 根据热力