化学工程与工艺专升本2025年强化练习试卷（含答案）

化学工程与工艺专升本2025年强化练习试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.对于一个稳定流动系统，下列说法正确的是（）。A.系统内各点状态随时间变化B.系统边界上的质量流量随时间变化C.系统内能量保持不变D.系统与外界无能量和物质交换2.在恒定压强下，气体体积减小的过程，其热力学能（）。A.一定增加B.一定减少C.不变D.无法确定3.下列物质中，属于理想溶液的是（）。A.水和乙醇混合物（常温下）B.硝酸和硫酸混合物C.氯化钠和硫酸钠水溶液D.氢气和氧气混合物4.对于单程流过列管式换热器的管内流体，其流动类型由（）决定。A.流体的物理性质B.流体的流量和管径C.换热器的结构D.传热要求5.离心泵启动前，必须先向泵内（）。A.充满液体B.充满气体C.填加润滑油D.空载运转6.以下操作中，属于气液传质过程的是（）。A.水的蒸馏B.空气冷却C.水的过滤D.固体干燥7.在间歇釜式反应器中，进行一级不可逆液相反应A→P，反应物A的转化率与反应时间的关系为（）。A.t=(C₀-C)/kC₀B.t=1/kC₀ln(C₀/C)C.t=kC₀ln(C₀/C)D.t=k(C₀-C)/C8.下列关于塔板效率的说法，正确的是（）。A.塔板效率总小于100%B.塔板效率总大于100%C.理想塔板的效率为100%D.塔板效率与操作条件无关9.在连续搅拌釜式反应器（CSTR）中，进行等温一级液相反应，为提高反应物A的转化率，应（）。A.增大反应体积B.减小反应体积C.提高反应温度D.增加反应物浓度10.在进行物料衡算时，衡算范围的选择（）。A.只能是整个系统B.只能是控制体C.可以是整个系统或控制体D.取决于计算目的，但必须明确二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在横线上。）1.恒温、恒压下，气体向真空容器中膨胀，系统的________不变，系统的________减少。2.理想气体状态方程为________，其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为摩尔气体常数，T为热力学温度。3.流体在圆形直管内做强制层流流动时，管中心处流体的速度为管壁处速度的________倍，沿径向速度呈________分布。4.传热的基本方式有________、________和________。5.某流体的密度为1200kg/m³，运动粘度为2.5×10⁻⁷m²/s，其动力粘度为________Pa·s。6.简单蒸馏是利用混合物中各组分________的差异，使其分离的操作。7.在吸收过程中，气相中溶质的分压与液相中溶质的平衡浓度之比称为________。8.对于理想气体，其焓H仅是________的函数。9.化工生产中常用的过滤操作，根据滤饼层结构，可分为________过滤和________过滤。10.进行能量衡算时，系统输入的热量Q_in、输出的热量Q_out、系统对外做的功W_out和系统热力学能的增加ΔU的关系为________。三、判断题（每小题2分，共10分。请将判断结果填在题后的括号内，正确的填“√”，错误的填“×”。）1.理想气体恒温压缩过程，外界对系统做功，系统必定向外界放热。（）2.对于同一混合物，其汽化热等于其冷凝热。（）3.在管壳式换热器中，管程流体走管内，壳程流体走管外。（）4.离心泵的扬程随流量的增大而增大。（）5.对于液相反应，增大反应物浓度可以提高反应速率。（）四、简答题（每小题5分，共15分。）1.简述流体静力学基本方程的应用条件及其物理意义。2.简述影响对流给热系数的主要因素。3.简述全混釜反应器（CSTR）和间歇釜反应器（BatchReactor）在反应物转化率计算上的主要区别。五、计算题（每小题10分，共30分。）1.有一绝热刚性容器，内盛100kg、20°C的水。现自容器顶部缓慢加入100kg、80°C的热水，使混合后的水温达到50°C。假设过程绝热，水的比热容为4.18kJ/(kg·K)。试计算此过程的传热量Q和水的熵变ΔS_total。（提示：计算熵变时需考虑水和热源，但热源温度可视为不变）。2.某液体以层流状态在直径为50mm的水平圆管内流过，流量为60m³/h。液体的密度为850kg/m³，粘度为8×10⁻³Pa·s。试计算：（1）管中心处流体的速度u_c；（2）管内流体流动的雷诺数Re；（3）若管长为5m，沿管道长度的压强降Δp。（假设流动是充分发展的层流，λ=64/Re，流体不可压缩）。3.在连续精馏塔中分离某二元理想混合物。进料流量为100kmol/h，组成为0.4（摩尔分数，下同），要求塔顶产品纯度为0.95，塔底产品纯度为0.05。操作回流比为最小回流比的1.5倍。试计算：（1）塔顶产品的流量D和塔底产品的流量W；（2）若塔顶采用全凝器，塔底采用间接蒸汽加热，请写出进料板（假设为第2块塔板）的物料衡算式和操作线方程。（假设进料热状态参数q=1）。---试卷答案一、选择题1.C2.B3.D4.B5.A6.A7.C8.A9.B10.C二、填空题1.热力学能；焓2.pV=nRT3.2；抛物线4.传导；对流；辐射5.8.0×10⁻³6.沸点（或饱和蒸汽压）7.相平衡常数（或亨利常数）8.温度9.深层；滤饼10.ΔU=Q_in-Q_out+W_out三、判断题1.√2.√3.√4.×5.√四、简答题1.答：应用条件为：（1）流体处于静止或相对静止状态；（2）流体内部及流体与容器壁面之间没有相对运动（即无宏观流动）；（3）处于同一水平面上的各点压强相等。物理意义：该方程表达了静止流体中压强随深度变化的规律，即单位重量流体所受重力与压力差相等。2.答：影响对流给热系数的主要因素包括：（1）流体的物理性质（如密度、粘度、热导率、比热容）；（2）流体的流型（层流或湍流）；（3）流动状态（强制对流或自然对流）；（4）传热面的几何形状、大小和位置；（5）流体的雷诺数、普朗特数、努塞尔数等物性准数。3.答：主要区别在于物料出口状态和转化率计算方法。CSTR中，物料在反应器内混合均匀，出口物料浓度等于反应器内主体浓度，转化率计算需考虑反应动力学和物料衡算；间歇釜中，物料在反应器内混合均匀，不同时刻浓度不同，转化率是时间函数，计算只需考虑间歇过程的物料衡算。五、计算题1.解：（1）计算传热量Q：Q=m_water*c_water*(T_m-T_water_initial)+m_hot_water*c_water*(T_hot_water_initial-T_m)=100kg*4.18kJ/(kg·K)*(50-20)K+100kg*4.18kJ/(kg·K)*(80-50)K=16720kJ+16720kJ=33440kJ（过程绝热，Q_in=0，加入热水放热，Q_out=-33440kJ。热源温度视为不变，其熵变为零）。水的总熵变ΔS_total=ΔS_water+ΔS_sourceΔS_water=m_water*c_water*ln(T_m/T_water_initial)+m_hot_water*c_water*ln(T_m/T_hot_water_initial)=100*4.18*ln(323.15/293.15)+100*4.18*ln(323.15/353.15)=100*4.18*0.1002+100*4.18*(-0.0748)=421.68-312.22=109.46J/KΔS_source=Q_out/T_source=-33440kJ/353.15K=-94.57J/KΔS_total=109.46J/K-94.57J/K=14.89J/K（注意单位换算：1kJ=1000J）（2）计算水的熵变：ΔS_total=ΔS_water=14.89J/K（近似，忽略热源熵变）2.解：（1）计算管中心处速度u_c：u_c=Q/(π*(D/2)²*ρ)=(60m³/h*1h/3600s)/(π*(0.05m/2)²*850kg/m³)=(60/3600)/(π*0.000625*850)=1/(π*0.00053125*850)=1/1.4242=0.704m/s（或u_c=0.705m/s）（2）计算雷诺数Re：Re=u_c*D*ρ/μ=0.704m/s*0.05m*850kg/m³/(8×10⁻³Pa·s)=0.704*0.05*850/0.008=0.0352*850/0.008=30.08*850/0.8=25668/0.8=32085（或Re≈3.21×10⁴）（3）计算压强降Δp：对于充分发展的层流，λ=64/Re=64/32085≈0.001987Δp=λ*(L/D)*(ρ*u_c²/2)=0.001987*(5m/0.05m)*(850kg/m³*(0.704m/s)²/2)=0.001987*100*(850*0.4958/2)=0.1987*(850*0.2479)=0.1987*211.72=42.08Pа（或Δp≈42.1Pа）3.解：（1）计算D和W：全塔物料衡算：F=D+WF*x_F=D*x_D+W*x_W100*0.4=D*0.95+W*0.05100*0.4=0.95D+0.05W40=0.95D+0.05W(式1)解得：W=100-D代入式1：40=0.95D+0.05(100-D)40=0.95D+5-0.05D40=0.90D+535=0.90DD=35/0.90=38.89kmol/hW=100-38.89=61.11kmol/h（2）计算进料板物料衡算式和操作线方程：进料板（第2块塔板）下方为提馏段，上方为精馏段。提馏段操作线方程：L'*y'=F*x_F+W*x_WL'=L+q*F（L为精馏段下降液相流量，假设为L）q=1（等温进料）L'=L+F=L+100方程为：(L+100)*y'=100*0.4+61.11*0.05(L+100)*y'=40+3.06(L+100)*y'=43.06y'=43.06/(L+100)(式2)精馏段操作线方程：L*y=D*x_D+W*x_wL=R*D（R为回流比，R=L/D）R=1.5*(R_min)（R_min为最小回流比）假设x_D=0.95代入上题式1：40=0.95D+0.05W=>40=0.95*38.89+0.05*61.11=>40≈37.15+3.06=>40≈40.21（验证）成立。L=R*D=