2005年热力学最终试题及答案

1、本科生期末考试试卷统一格式（16开），注：该格式用于直接将试题粘贴在教务处激光照排中心提供的 试卷专用纸上，学生个人须填写的信息（学院、专业、班、年 级、学号、姓名等）已直接印在试卷专用纸上20052006学年第一学期期末考试试卷化工热力学（A卷 共3页）（考试时间：2006年1月10日）题号一二三四五六七八成绩核分人签字得分判断并改正（共10题，每题3分）1、维里系数具有物理意义，它代表了物质极性的大小。（X）答：维里系数具有物理意义，它代表了分子间相互作用力的大小2、纯物质的饱和蒸气压仅是温度的函数，可由安托尼方程计算。（，）答：正确。3、理想气体有f = p ,而理想溶液有 £

2、 = %（，）答：正确。4、符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液。（X）答：错。例如非理想稀溶液。5、p、V、T是流体的基本性质之一，通过它可以计算流体的逸度、活度以及在流动过程中体积功和轴功。（X ）答：错。不能计算活度。6、Cp -CV =R（ X ）答：错。只有理想气体的定压和定容热容才符合上述关系，对于真实流体，其定压和定容热容的差值与流体的pVT关系相关。7、对于理想混合物，AH ,AG,AV均为零。答：错。AG不为零。8、绝热膨胀为等嫡膨胀。（x）答：错。绝热可逆膨胀是等嫡膨胀。9、流体在高压下都会出现“逆向蒸发”或“逆向冷凝”现象。（X）答：错。

3、发生逆向现象的首要条件是等温线可以两次与露点线相交，或等 压线可以两次与泡点线相交。发生的原因是因为混合物的临界点不一定是汽液 平衡的最高温度点，也不一定是最高压力点。或流体在高压下不一定出现“逆 向蒸发”或“逆向冷凝”现象。10、流体绝热可逆膨胀的温降总比节流膨胀的大。（，）答：等嫡膨胀系数总比节流膨胀系数大。二、简答题（共4题，每题5分）1、有人为了在热天给室内降温， 把室内的冰箱的门打开，试问这种方法可行吗？ 用热力学观点进行解释。答：不可行（2分）。根据能量守恒定律，若把房间作为孤立体系，所有的能量 最终都以内能的形式储存在体系内部，冰箱压缩机消耗的电能变成热被房间吸 收，从而使室内温

4、度升高（3分）。.一一 1 . 22、稳定流动系统热力学第一定律可写成AH+Au +gZ=Q+Ws （2分）,2它应用于绝热节流的简化形式是AH =0 （1分），应用于换热器的简化形式是AH = Q （1分）,应用于离心泵的简化形式是 AH =WS （1分）。3、试举两例说明，理想混合物与真实混合物相比，哪些热力学量的计算可以简化？如何简化？答：由于理想混合物的ah id = av id = au id = 0 ,因此，有 h i = Hi,Ui =Ui, Vi =Vi。偏摩尔量的计算需要采用截距法，但如果混合物是理想混合物，则不需要计算混合物中某一组分的偏摩尔崎、偏摩尔体积和偏摩尔内能，他们

5、在数值上等于纯物质的摩尔性质（无论从相平衡的角度还是从热力学性质 的角度举两个例子均为正确给 5分，中间热力学关系不正确扣分）。4、在相关区域填写可能存在的相态。（3分）（2分）三、计算题(共5题，共50分)1、( 13分)苯和环己烷液体混合物的无因次超额Gibbs函数可用GE / RT = Bx1x2表示，且：B = 0.6186 0.004t(9)。请写出:(1) 活度系数与组成的函数关系。(2) H E/RT与组成的函数关系。(3) SE/R与组成的函数关系。解：. 一 GE1)根据G0=ln*RT i并依据二元截距公式得：ln 1ln 2GERTGERT- GE/RT-X2-=2T,p

6、f GE/RT1 -x2.一二 X2T,p10由于：GE/RT = BXiX2则：金RT-Bi：x2；2-2可以得到:ln1 = Bx2Jn，2 = Bx2(2) SE= .GE亍p,x贝 U： SE/R =FGE/R1f Bxix2T p,x 一二盯“Bx1x2-x1x2T p,x T p将 B = 0.6186 - 0.004tC)代入上式得:SE / R = -Bx1x2 0.004x1x2T = - 0.6186-0.004T -273.15 k1x2 0.004x1x2T = 0.008x1x2T -1.7112x1x2(3) GE =H E -TSE则：H E -GE TSEH E

7、/RT =GE/RT SE/R=Bg -BxiX2 0.004xiX2T= 0.004xiX2T2（15分）纯苯的状态由 0.1 MPa、353K的饱和液体变为 453K的饱和蒸气，试计算该过程的阳。计算时可用下列数据：正常沸点时的潜热=30681 J mol-1 ,饱和液体在正常沸点下的体积=95.7 cm3 mol-1 ， Cpig= 16.0+0.235T （J mol-1 K-1）,第二维里系数B = -78(； 103)2.4,上式中T的单位是K,B 是 cm3 mol1,在 453K 时的饱和蒸气压符合方程:_s _ _ _log(P /KPa) =6.927 -2037.5823

8、40.2042 (t/ C)（设苯的p、V、T关系符合二阶舍项的维里方程）解：计算框图为：T=453K, t=179.85C代入:10g(Ps/KPa) =6.927 -2037.582340.2042 (t/ C)ps= 1020.9kPa饱和液体353K,101.325kPavH453K,1020.9kPaH2R饱和蒸气-H1R353K,101.325kPa理想气体理想气体453K,1020.9kPa 1. VH -3068J mol二阶舍项的维里方程为:Z =1 + 曳，则：V =RT +B (1) RTp代入（1）和（2）式得:u r p RTR dB ,HB -Tdpp0 | PP

9、dT t=P B-T Po即：H RdB二PFt2.413B = -78( 103) TdB100014=-782.4 I 父dT< T )-1000 =2.9669 109 /T34 ,T2则:一 r'2.9669父 1091.236父 109 ” “任H = + x p x 101 1丁 2.4丁 2.4pTT J4.203T2.4103根据题意，H ； = 322.8J molH： = -1810.95J molAH ig = £2C ig dTT1 478=j273 d6.0 +0.235T HT-11070.5J mol-1H =/vH -HiR H ig H

10、 2R= 30681 322.8 11070.5-1810.95 _ 1=40263.35J mol3 （12分）某煌类系统汽相和液相均可视为理想混合物，其液相摩尔分率为：乙烷（1）: 0.02;丙烷（2）: 0.35;丙烯（3） : 0.60; 1-丁烯（4）: 0.03。已知：15M105Pa下该混合物的泡点温度为311K,在此T、p条件下的相平衡常数为：K1 =2.63, K3 =1.03。丙烷在 311K 时饱和蒸气压 p2S =6.0"05Pa；311K时丙烷的第二维里系数B2 = 3.877M10“m3 mol J求：该条件下的平衡汽相组成。解：根据 yi = kixiy

11、1 = k1x1 = 2.63 0.02 = 0.0526V3 k k3X3 =1.03 0.60 =0.6180根据ln " BPRTln 2sBPSRT-45-3.877 106.0 1058.314 311=-0.089972s =0.9140 _ _ 4_ _ 5v BP -3.877 1015 10同理 ln 2 =-0.2 2 4 9RT8.3 1 43 1 1%=0.7986理想混合物的汽液平衡方程为yiP . iv = xi PS . iSy2X2 P20.35 6.0 105 0.9140p;15 105 0.7986= 0.1602y4 =1-y1 - y2 - y3 =1 -0.0526-0.1