2025年大学本科（化学工程与工艺）化工热力学综合测试题及答案

2025年大学本科（化学工程与工艺）化工热力学综合测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题只有一个选项符合题意，请将正确答案的序号填在括号内。1.化工热力学中，关于状态函数的描述，以下正确的是（）A.状态函数的变化值与途径有关B.内能是状态函数，功和热也是状态函数C.状态函数的微小变化在数学上是全微分D.系统的焓变等于恒压热效应，所以焓是过程量2.理想气体混合物的逸度系数（）A.等于1B.大于1C.小于1D.与组成和压力有关3.对于纯物质的汽液平衡，以下说法正确的是（）A.汽相和液相的温度、压力相等B.汽相和液相的组成相等C.汽相的逸度大于液相的逸度D.汽相的体积大于液相的体积4.化工过程中，节流膨胀过程（）A.温度一定升高B.温度一定降低C.温度可能升高也可能降低D.温度不变5.关于偏摩尔性质，以下说法错误的是（）A.偏摩尔吉布斯自由能等于化学势B.偏摩尔体积是在恒温恒压下，在一定组成的混合物中加入1mol某组分时引起的体积变化C.偏摩尔焓与温度、压力和组成有关D.偏摩尔性质与摩尔性质的关系是偏摩尔性质是摩尔性质对某一组分的偏导数6.对于理想溶液，以下说法正确的是（）A.各组分的活度系数都等于1B.混合过程没有体积变化C.混合过程没有热效应D.以上说法都正确第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共20分）答题要求：本大题共5空，每空4分。请将答案填在题中的横线上。1.化工热力学研究的对象是____________________，主要内容包括____________________、____________________、____________________等。2.纯物质的饱和蒸气压与温度的关系可以用____________________方程表示。3.理想气体混合物的总压力等于____________________，某组分的分压等于____________________。4.活度系数的定义式为____________________。5.节流膨胀的等焓线在T-S图上是____________________。三、简答题（共15分）答题要求：本大题共3题，每题5分。简要回答问题。1.简述化工热力学在化工过程中的作用。2.说明理想气体状态方程的应用条件。3.解释什么是超额性质。四、计算题（共25分）答题要求：本大题共2题，每题12.5分。解答应写出必要的文字说明、计算步骤。1.已知某理想气体混合物中，组分A的摩尔分数为0.4，温度为300K，压力为1MPa。求组分A的分压和分体积。2.某纯物质在一定温度下的饱和蒸气压为50kPa，液体的摩尔体积为20cm³/mol，气体的摩尔体积为20000cm³/mol。求该温度下的汽化潜热。五、分析论述题（共10分）答题要求：本大题共1题，10分。结合材料分析问题。材料：在化工生产中，常常需要对物料进行加热或冷却等操作。例如，在一个精馏塔中，需要将进料加热到一定温度后进入塔内进行分离。请分析加热过程中，物料的热力学性质会发生哪些变化？如何根据化工热力学原理选择合适的加热方式？答案：第I卷：1.C2.A3.A4.C5.B6.D第II卷：二、1.化工过程中的能量转换和物质传递规律；流体的PVT关系；热力学性质计算；相平衡和化学平衡2.克劳修斯-克拉佩龙3.各组分分压之和；总压力乘以该组分的摩尔分数4.γi=fi/xiP5.一组斜率为负的曲线三、1.化工热力学为化工过程的设计、优化和操作提供理论依据，如计算物料的状态变化、能量需求等，帮助提高生产效率、降低能耗等。2.理想气体状态方程应用条件：气体分子间无相互作用力，分子本身无体积，在低压高温下可近似适用。3.超额性质是指真实溶液与理想溶液性质的偏差，用于衡量实际溶液偏离理想溶液的程度。四、1.组分A的分压：pA=yAP=0.4×1MPa=0.4MPa；分体积：VA=nART/pA=(n总×0.4)RT/pA=(n总RT/p)×0.4=V总×0.4=0.4m³/mol（假设n总为1mol）。2.汽化潜热：ΔHvap=RTln(p2/p1)+(Vg-Vl)dp，在饱和蒸气压下dp=0，所以ΔHvap=RTln(p2/p1)+(Vg-Vl)×0=RTln(50kPa/p0)+(20000-20)×10⁻⁶m³/mol×50kPa（假设p0为参考压力）≈8.314×300×ln(50/101.325)+(20000-20)×10⁻⁶×50×10³≈34.4kJ/mol（计算中部分数值取近似值）。五、加热过程中，物料温度升高，内能增加，体积可能膨胀，压力可能变化。根据化工热力学原理，选择加热方式需考虑物