化工学院20112010化工热力学复习题

1、化工热力学复习题第一章绪论、是否题P8(l、2、3、4二、填空题1、P8(l、22、 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是(和(第二章P-V-T关系和状态方程、是否题1、P33-34(l、2、3、4、5、6、72、 三参数的对应态原理较两参数优秀，因为前者适用于任何流体。3、 若一个状态方程能给出纯流体正确的临界压缩因子，那么它就是一个优秀的状态方程。4、 在压力趋于零的极限条件下，所有的流体将成为简单流体。二、选择题1、P34(l、2、3、42、 偏心因子是从下列定义的A、分子的对称性B、蒸汽压性质C、分子的极性三、填空题1、P34(l、2、3、4、52、 偏心因子的定义是(，其含

2、义是(3、 对应态原理是指(四、计算题1、P34(l、42、P25例题2-53、P22例题2-34、已知氨的临界参数为311.2810,405.6, 0.242, cccpkPaTKZ =x=求:310K时饱和 液氨的体积。五、图示题1、P34-35(l、2六、证明题1、P352、 由vdW方程,推导以Tc、Pc表达的vdW常数3、P22例题2-3第三章均相封闭系统热力学原理及其应用一、是否题1、P68(l、2、3、4、5、6、72、逸度与压力的单位是不同的。3、由于偏离函数是在均相系统中引出的概念， 所以不能用偏离函数计算气化过 程的热力学性质的变化。4、一个优秀的状态方程，可以计算所有的均

3、相热力学性质随着状态的变化。5、吸热过程一定使系统爛增加。反之，爛增过程也是吸热的。二、选择题1、P68-69(l、2、32、 对于一个均相的物质、其H和U的关系为A、HUC、H=UD、不确定3、对于一个均相的物质，其H和G的关系为A、HGC、H=GD、不确定三、填空题1、P69(l、22、某一流体服从vdW方程，在Tr=1.5H=3时,Vr=(, V=(, T=(, P=(四、计算1、P69(3、4 2、例题3-13、例题3-2 4、例题3-3 4、例题3-10五、图示题P69六、证明题1、P69-70(2、3、4、5 2、证明vdW方程的对比态形式。3、试证明焙变、爛变、热力学能变的计算关

4、系式(T,P4、试证明焙变、爛变、热力学能变的计算关系式(T,V,具体关系式见课本68页。第四章、均相敞开系统热力学及相平衡准则一、是否题1、P103(l、2、3、农5、6、7、8、9、102、在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。3、理 想气体混合物就是一种理想溶液。2211JJ221Id d T p ppTTppCVSSSTpTTOddTppTpTppVHHHCTVTpTfla-I IIAJIILJj2211PTUUUdTd TP PTPPPTVVVCPTPpTTp1 1I II IIJJ*111222456101181i i i M M M n M YYYYyyooo

5、c1、对于理想溶液的某一容量性质，有、均相混合物的总性质与纯组分性质 之间的关系总是有M、对于二元混合物系统，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。7、二元混合物，当x时,，、符合Hemy规则或Lewis-Randall规则的溶液一 定是理想溶液。9*12111 In 010丫丫+=12、等温、等压下的二元混合物的Gibbs-Duhem方程可表示为xx、二 元溶液的Hemy常数只与T , P有关， 而与组成无关,而多元溶液的Hemy常数与T , P,组成有关。二、选择题1、P104(l、22、Henry规则(A、适用于理想溶液的

6、溶质和溶剂B、仅适用于溶质组分C、适用于稀溶液 的溶质组分D、适用于稀溶液的溶剂组分3、二元非理想溶液在极小浓度的条件下，其溶质组分和溶剂组分分别遵守(A、Hemy规则和Hemy规则B、Hemy规则和Lewis-Randll规则C、Lewis-Randll规则和Lewis-Randll规则C、均不适合三、填空题1、P104(l、2、32、 等温、等压下二元液体的活度系数之间的关系为(2312223111 In ax xypapy=+=s常温、常压条件下二元液相系统的溶剂组分的活度系 数为C为常数，则溶质组分的活度系数是(四、计算题1、P104-105(l、3、4、6、711榊1212、二元气体

7、混合物的in =0.18(1-2y和=0丄求In 3、例题4-1 4、例题4-2 5、例题4-10五、图示题P105六、证明题1、P105(l1211112(1dM1、P143(3、62、例题5-13、例题5-5 4、例题5-65、例题5-7 6、例题5-117、例题5-128、例题5-4五、图示题1、P144(l、2 2、例题5-13第六章流动系统的热力学原理及应用1、 在P-V图上和T-S图上，表示出卡诺循环，并说明具体过程。2、 画出逆卡诺循环示意图,并且用T-S图表示，对其过程进行分析。3、 说明改进朗肯循环的主要措施，并用T-S图表示。4、P171二、图示题(15、P172(66、

8、实际蒸汽压缩制冷装置中的膨胀过程，为何采用节流阀而不用膨胀机?7、P173(148、 结合例题6-7,说明能量的合理利用。9、P173(1310、例题6-1例题6-6例题6-9例题6-11第二章四、计算题1.在常压和Oc下,冰的熔化热是334.4Jg -1,水和冰的质量体积分别是1.000和1.091cm3g-1,且0C时水的饱和蒸汽压和汽化潜热分别为610.62Pa和2508Jg-l,请由此估计水的三相点数 据。解在温度范围不大的区域内，汽化曲线和熔化曲线均可以作为直线处理。对于熔化曲线，已知曲线上的一点是273.15K,101325Pa ;并能计算其斜率是7103453. 1 x-=AA=

9、fiisin fusm V T H dT dP PaK-1熔化曲线方程是（15. 273103453. 11013257-x -=T P m对于汽化曲线，也已知曲线上的一点是273.15K, 610.62Pa;也能计算其斜率是468& 262.61015. 273314. 815. 2732508=x x =AAA=sv b vapvap b vap s V T H V T H dT dP PaK-1汽化曲线方程是（15. 273468& 262. 610-+=T P s解两直线的交点,得三相点的数 据是09.615=tPPa, 1575. 273=tTK2.试由饱和蒸汽压方程

10、（见附录A-2，在合适的假设下估算水在25C时的汽化 恰。解PT PdRTHRTHTRZHTZRHdTPds vap vap vap vapvap vap s In In 2222=AAAA低压下 由Antoine方程2 In InTCBdTPdTCBAPss十=十亠得查附录C-2得水和Antoine常数是47. 45, 36. 3826-=C B84.44291115.29847.4536. 3826314. 812222=1丿1RB RT T C BH vap AJmol -1六、证明题1.由式2-29知，流体的Boyle曲线是关于0=） WTPZ的点的轨迹。证明vdW流体的Boyle曲线

11、是（0222=+-ab abV V bRT1IIIILaa+= i丿）V aaTTT V P V P V P r RT P Z得 由由vdW方程得03322=+V Va b V RTV V a b V RT整理得Boyle曲线（0222=十-ab abV V bRT a弟二早3试由饱和液体水的性质估算（al00C, 2.5MPa和（blOOC, 20MPa下水的恰和爛，已知100C下水的有关性质如下101325. 0=sP MPa, 04. 419=slH Jg-1, 3069. l=sl S J g-lK-1, 0435. l=sl V cm 3 g-1，0008.0=1 IJdrTV si

12、p aacm 3 g-1 K-l解体系有关状态点如图所示所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由dVTVPSslpT cm 3 g J K-l得(101325. 0000& 03069. 1000& 0000& 0亠二J PSPPdPSSPPssi s或(101325.0745. 004. 419745. 0745. 0-十PHPPdPHHPPssi s或又745. 00008. 015. 3730435. l=x - =IIJ当P =2.5MPa时，S =1.305 Jg-l K-1;H = 420.83J g-1;当P =20MPa时,S = 1.291Jg

13、-l K-l; H =433.86J g-1o4在一0.3m 3的刚性容器中贮有1.554xlO6Pa的饱和水蒸汽，欲使其中25%的 蒸汽冷凝,问应该移出多少热量？最终的压力多大。六、证明题1证明2THTTGPH 88 T =-nJ C p，并说明2 ig =0 4证明状态方程RTbVP二（表达的流体的（a c P与压力无关;（b在一个等焙变化过程中，温度是随压力的下降而上升。证明:（a由式3-30PTPTVTPC II丿)1aa-=U) 6822,并代入状态方程b P RT V十=， 即得0=1 JI无关。(b由式3-85得,(0, 00 x= -=N1IL-U1P P P H J卩所以在一

14、个等恰变化过程中，温度是随压力的下降而上升。 第四章四、计算题1. 29&15K,若干NaCl（B溶解于1kg水（A中形成的溶液的总体积的关系为aa=b CCbCbRTRTVTVTPTPPA5Ac-= I I I I IJ 13、证明（pPPC,听以CP(38922/3119. 0773. 1625. 163& 1001BB B t n n n V += (cm3。求B n =0.5mol时冰和NaCl的偏摩尔BA,。解:Bn P T B t B n n dn dV n V A 2119. 023773. 1625. 165.0, x+x+=| IJ )当5. 0=B n mo

15、l时,=B 18.62cm 3 mol-1且、=t V 1010.35cm 3由于B B A A tailV十=,56. 55=A n mol所以,1302. 1856 5562. 185. 035. 1010- =x -=-=mol cm n n V A B B t A3常压下的三元气体混合物的32312115. 03. 02. Olnyyyyyy十亠札求等摩尔混 合物的32广,:fff。32221323121,113. 025. 02. 015. 03. 02. OlliAln 3,2y y y y dn n n n n n n n n n d n n n P T =+同样得2331212

16、15. 065. 02. (Hn y y y y +=222121315. 035. 03. (Hn y y y y +=BB(389组分逸度分别是.l(TlnAlii 11 l=(|)Py f同样得(538. l(Tln八In 222=Py f(383.lOln In 223=Too-=-=i x 1111 i yyyyylii liin hi In 111 111 0*得到*hi i y1(458. Oln 22*l-=xy 1(458. Olli 21*2-=xy7已知苯(1 -环己烷(2液体混合物在303K和101.3kPa下的摩尔体积是21164. 28. 164. 109x x V

17、 -=(cm 3 mol-1,试求此条件下的(a 21,; (bV A; (c*, E E VV(不对称归一化解(a (0.,1164. 22& 56. 9264. 28. 164. 1092x x dn n n n d n nV nPT-=-=lJllLaa=(0.,2264. 24. 10964. 2& 164. 1091x dn n n n d n nV n P T +=-=IJ11Lr宪=(b由混合过程性质变化的定义，得(131121211212211221 lmol cm 1(64. 24. 10964. 28. 164. 10964. 28. 164. 1091.0

18、0. 1-一=-=-=-=Ax x x x x x xx V x x x V x V V x VxV V(C由对称归一化超额性质的定义知V V x V V V V i i is E=-=-=由不对称归一化的定义知g=-=i iisExVVVV*(131016. 92lull=mol cm x(1320204. 1121uii 2-cc=mol cm x所以1(64. 2121*+-=-=-=Xoox x x V V V V i i is E第五章3在常压和25C时， 测得059. 01=x的异丙醇（1-苯（2溶液的汽相分压 （异丙醇 的是1720Pao已知25C时异丙醇和苯的饱和蒸汽压分别是5

19、866和13252Pa。（a求液相异丙醇的活度 系数（对称归一化；（b求该溶液的EG。解:由UllYxPPys=得55866059. 017205866059.01013251111 lx =x =y x P Py sY同样有$13252059.0117201013252222 x-=x P Py s y28111941. 051n 059. Oln In 2211-x+x=+=yyx x RTGE16.495715.298314. 82- =x x=.molJGE4苯（1-甲苯（2可以作为理想体系。（a求90C时,与x 1=0.3的液相成平衡的汽 相组成和泡点压力；（b 90C和101.32

20、5kPa时的平衡汽、液相组成多少？（c对于x1=0.55和y 1=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少dy 1=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到10(TC时,混合物的冷凝率多少9Antoine物质ABC苯6.94192769.42-53.26甲苯(2)7.05803076.65-54.65K (15. 36315. 27390=十=丁，由Antoine方程得(akPa 136, 995. 126.5315.36342.27699419. 6111 11=-=-=s s P P同样得kPa 2. 542=sP由理想体系的汽液平衡关系得52.074. 78. 0136kPa 7

21、4. 787. 02. 543. 01361112211=x =x十x =+=P xPvxPxPPsss(b由(576. 012. 54136325. 101111221 l=f-+=-+=x xxxPxPPss 773. 032501361 ll=x=PxPys(c由2221lhxPPyxPPv ss=得IIJ=122121122121111 hi hi x y x y P P xy xyP P sK 64. 36955. 025. 045. 075. Olii 65. 5465. 30760580. 726. 5342. 27699419.I丿X X=-b-TTT所以kPa 6.66,4.

22、 163 21=s sPPkPa 84. 119 2211=+=x PxPPss(dK(15. 37315. 273100=+=T,由Aiitome方程得kPa 1.74,.18021=s s P P (743. 0. 257. 011 74180325. 101211 l=-+=x xxx 544. 0,456. 0325018021=x=yy设最初混合物汽相有1 Omol苯3mol,甲苯7molo冷凝后汽、液相分别为(10-3和a mol，贝lj:mol 839. 7257.0456. 03 456. 010456. 0 10(257. 03=-x =-+=a a a冷凝率39. 7810

23、839. 710=a第六章三、计算题1.求算在流动过程中温度为540C,压力为5.0MPa的lkmol氮气所能给出的理 想功为多少。取环境温度为15C,环境压力O.IMPa。氮气的摩尔定压热容Cp=17.86十4.27X10-3T kJkinol-1-K -1。1页W id -AH -T OAS +AH813.15288.15T 27.864.27103- T-十0d 1.586-10 xASn 813.15288.15T27.864.27103- T.十（l/l 11丿dRlnp2plAnJ.-limillJ 31.145-+1.382.某厂有一输送90C热水的管道，由于保温不良,到使用单位

24、时，水温已降至70C,试求水温降低过程的热损失与损失功。设大气温度为25C。解:管道中压力没有变化,且压力对焙、 爛的影响可忽略， 故采用饱和水的数据计 算。AH Q W+W0Q AHT1T2TCPTH2H 1-292.98-83.94 -WLT OAS g 298.150.044( - 13.119SgS2S 1-Q-TO十0.95491.1925-83.94298十0.0443.有一逆流式换热器， 利用废气加热空气。 空气从O.IMPa、20C的状态被加 热到125C,空气的流量为1.5kg-s-lo而废气从0.13 MPa、2509的状态冷却到95C。空气的比定压热容为1.04kJkg-

25、lK-l,废气的比定压热容为0.84kJkg- 1K-1,比定容热容为0.63kJ kg-l K-lo假定空气与废气通过换热器的压力与动 能变化可忽略不计，而旦换热器与环境无热量交换，环境状态为O.IMPas20C。试 求：(1换热器中不可逆传热的有效能损失D? (2换热器的有效能效率？解：1空气；2-废气-AHQ W+WIIAH m lcpl- T TT 1-(-m2cp2- T2T2-( m2163.8130.21.26kg s1-1.51.04- 12520-(- m20.84- 25095-( DTOASg TOm IAS 1- m2AS 2十( 2931.51.04- ln398.1

26、5293.15 1.260.84- hi 368.15523.15J 30.966kJ s 1-inzB 1B2十0m2c p2 25020-(十T0m2cp2 In 523.15293.15 m 2c p2c v2-(IN -111BX1.260.84- 230- 2931.260.84- 0.579- 1.260.21- 0.262-(84.19kJ soutB lB2+mlcpl 12520-( - TOm b cpl- In 39&15293.15 p2 9520-( +T Om-IL hi 0.130.1 -m 2c2 cp2- In 36&15293.15 T Om 2c p2c v2-(十outBXl.51.0牛105- 2931.5- 1.04- 0.306- -1.260.84- 75- +2931.26- 0.84- 0.228 - 2931.26- 0.21- 0.262-十(52.92kJ s