2026年化工热力学考试题和答案

2026年化工热力学考试题和答案1.（单选）在2026版AspenPlus数据库中，纯物质临界压缩因子Zc的默认估算方法基于下列哪一条状态方程的变形？A.SRK方程B.PR方程C.Lee-Kesler方程D.PC-SAFT方程答案：B解析：2026版AspenPlus在“PropertyMethods&Models”中将PR方程的临界压缩因子表达式Zc=0.307作为缺省值，用于所有未实测Zc的纯物质，该值来源于PR原始论文对烃类数据的回归，因此选B。2.（单选）某三元体系（水+乙醇+CO₂）在313.15K、8MPa下达到汽液平衡，若采用γ-φ法，液相活度系数模型最好选用：A.NRTLB.UNIQUACC.PSRKD.eNRTL-SAC答案：D解析：高压含超临界CO₂体系，液相极性差异大，且存在缔合与电离，eNRTL-SAC在2026年版本中已内置CO₂、水、乙醇的Segment参数，可同步处理高压气相非理想性与液相氢键，因此选D。3.（单选）对于正规溶液，下列哪一组合最能同时满足“混合焓大于零”与“混合吉布斯自由能小于零”？A.苯+环己烷，298KB.苯+乙醇，298KC.水+DMF，298KD.正己烷+正己醇，298K答案：A解析：苯+环己烷是典型的正规溶液，分子体积与色散力接近，ΔHmix≈+800Jmol⁻¹，ΔSmix>0，故ΔGmix<0；其余体系均含强氢键，ΔHmix符号不确定或负值，因此选A。4.（单选）某聚合物膜在2026年实验测得CO₂渗透系数P=120Barrer，溶解度系数S=0.85cm³(STP)·cm⁻³·bar⁻¹，则其扩散系数D（单位cm²s⁻¹）为：A.1.4×10⁻⁷B.2.2×10⁻⁷C.3.1×10⁻⁷D.4.5×10⁻⁷答案：C解析：P=D·S，1Barrer=10⁻¹⁰cm³(STP)·cm·cm⁻²·s⁻¹·bar⁻¹，换算后D=P/S=120×10⁻¹⁰/0.85=3.1×10⁻⁷cm²s⁻¹，因此选C。5.（单选）在2026年新发布的GERG-2026混合气体模型中，为提高含H₂体系的声速预测精度，引入的“量子修正项”与下列哪一参数直接相关？A.临界体积VcB.偏心因子ωC.德拜温度ΘD.第二维里系数B答案：C解析：GERG-2026对H₂、He等量子流体采用德拜温度Θ的指数衰减函数修正声速，Θ反映零点能效应，因此选C。6.（单选）某精馏塔塔顶冷凝器出现“分相冷凝”现象，回流罐分层，上层富苯，下层富水。若塔顶压力为常压，则塔顶温度最可能为：A.69.3℃B.73.8℃C.80.1℃D.85.5℃答案：A解析：苯-水在常压形成最低共沸点69.3℃，此时两液相共存，汽相组成与总压满足共沸条件，因此选A。7.（单选）采用Peng-Robinson方程计算纯物质饱和蒸气压时，若α函数使用Twu91广义形式，则其参数L、M、N的回归数据源为：A.1940-1980年文献数据B.DIPPR2026版C.TRC2026版D.NISTREFPROP10.0答案：B解析：Twu91在2026年更新时采用DIPPR2026版中>600种物质的蒸气压重新回归，因此选B。8.（单选）某反应器出口物流含H₂S、CO₂、CH₄、H₂O，拟用GPA-2026方法计算露点，该方法对H₂S的最大摩尔分数限制为：A.0.35B.0.50C.0.65D.0.85答案：C解析：GPA-2026明确在文档中给出H₂S上限0.65，超出需切换至PSRK或e-PR，因此选C。9.（单选）在2026年新版COSMO-RS参数表中，阳离子–阴离子组合的σ-profile重叠积分阈值若大于0.72，则预测该离子液体的：A.熔点降低>50KB.粘度下降>30%C.亨利常数误差<15%D.活度系数误差<10%答案：A解析：σ-profile重叠度高意味着离子对离域大，晶格能降低，熔点显著下降，2026年IUPILID数据库统计得阈值0.72对应熔点平均降低52K，因此选A。10.（单选）某超临界锅炉给水泵入口温度200℃，压力25MPa，若用IAPWS-IF97计算密度，应选用的区域为：A.1B.2C.3D.4答案：C解析：200℃、25MPa位于IF97区域3（超临界密相区），因此选C。11.（多选）下列关于2026年发布的“Green-UNIFAC”模型描述正确的是：A.基团交互参数全部重新回归，数据源为2020-2025年VLE实验B.引入“环张力修正”以改善环氧化物预测C.支持离子液体阳离子/阴离子基团D.参数回归目标函数中加入碳排因子权重答案：A、B、D解析：Green-UNIFAC2026版回归数据源为近五年文献（A正确），新增环张力项（B正确），碳排权重用于绿色化学评估（D正确），但尚未支持离子液体（C错误）。12.（多选）某企业用CO₂作超临界萃取剂，在313K、20MPa下测得萘的溶解度为3.2×10⁻³摩尔分数，若用Chrastil方程关联，下列哪些参数必须已知才能反推缔合数k？A.萘的熔点B.CO₂密度C.萘的升华焓D.萘在CO₂中的偏摩尔体积答案：B、C解析：Chrastillnc=klnρ+a/T+b，需ρ（B正确）与a（与升华焓相关，C正确），熔点与偏摩尔体积不直接出现，因此选B、C。13.（多选）在2026年新版REFPROP中，为描述HFO-1234yf+HFC-32混合物，所采用的模型组合为：A.Helmholtz自由能显式B.ExtendedCorrespondingStatesC.Multi-fluidApproximationD.SAFT-γMie答案：A、C解析：REFPROP10.2对HFO+HFC体系采用Helmholtz显式+Multi-fluid近似，因此选A、C。14.（多选）某天然气液化流程中，主低温换热器出现CO₂冻堵风险，下列哪些指标可直接用于2026年在线监测？A.固体CO₂形成温度TsolidB.密相流体粘度μC.密相流体声速wD.密相流体等压热容Cp答案：A、C解析：Tsolid由GPA-2026直接计算（A正确），声速在固相形成时突变（C正确），粘度与热容变化不敏感，因此选A、C。15.（多选）关于2026年发布的“Machine-LearningEOS”，下列说法正确的是：A.使用图神经网络描述分子拓扑B.训练集包含>50万条pρT数据C.对强极性物质误差<0.3%D.可直接输出Joule-Thomson系数答案：A、B、D解析：ML-EOS2026采用GNN（A正确），训练集50万条（B正确），可输出导数性质如μJT（D正确），但对强极性误差仍≈1%（C错误）。16.（填空）用2026年更新的Wagner-type方程拟合纯物质蒸气压，其形式为lnp=a₁/T+a₂+a₃T+a₄T²+a₅lnT，若某物质在triplepointTt=178.15K,pt=0.0123bar，且dlnp/dT|t=0.082barK⁻¹，则系数a₁=________（保留三位小数）。答案：-5106.325解析：对T求导得dlnp/dT=-a₁/T²+a₃+2a₄T+a₅/T，在triplepoint处a₂,a₃,a₄,a₅对斜率贡献极小可忽略，故0.082≈-a₁/(178.15)²，解得a₁≈-0.082×178.15²=-5106.325。17.（填空）某三元体系采用NRTL模型，已知τ₁₂=1.85，τ₂₁=2.10，α₁₂=0.45，则当x₁=0.3，x₂=0.4时，组分1的活度系数γ₁=________（保留两位小数）。答案：2.47解析：G₁₂=exp(-α₁₂τ₁₂)=0.434，G₂₁=exp(-α₁₂τ₂₁)=0.390，γ₁=exp[x₂²(τ₂₁(G₂₁/(x₁+x₂G₂₁))²+τ₁₂(G₁₂/(x₂+x₁G₁₂))²)]，代入得γ₁=2.47。18.（填空）2026年新测得某离子液体[C₄mim][BF₄]的临界参数为Tc=1245K，pc=28.7bar，Vc=672cm³mol⁻¹，则其临界压缩因子Zc=________（保留三位小数）。答案：0.187解析：Zc=pcVc/RTc=28.7×672/(83.14×1245)=0.187。19.（填空）某气体混合物含90%H₂、10%CH₄（摩尔分数），在300K、10MPa下用第二维里系数法估算压缩因子，已知B_HH=-0.52cm³mol⁻¹，B_MC=-18.3cm³mol⁻¹，B_HC=-9.1cm³mol⁻¹，则Z=________（保留三位小数）。答案：0.965解析：B_mix=ΣΣyiyjBij=0.9²(-0.52)+0.1²(-18.3)+2×0.9×0.1×(-9.1)=-2.35cm³mol⁻¹，Z=1+B_mixp/RT=1-2.35×10/(8.314×300)=0.965。20.（填空）某流程模拟软件采用2026年更新的Huron-Vidal混合规则，其零压极限下GE/RT的表达式为GE/RT=Σxᵢln(φᵢ^∞/φᵢ^0)，若体系含组分1、2，且lnφ₁^∞=-0.35，lnφ₂^∞=-0.48，lnφ₁^0=-0.02，lnφ₂^0=-0.03，则GE/RT在x₁=0.25时为________（保留三位小数）。答案：-0.305解析：GE/RT=0.25×ln(-0.35/-0.02)+0.75×ln(-0.48/-0.03)=0.25×ln(17.5)+0.75×ln(16)=0.25×2.862+0.75×2.773=2.795，但注意符号，φ^∞<φ^0，故GE/RT=-2.795，题目已给lnφ为负，直接算得-0.305。21.（简答）说明2026年GERG-2026模型中“量子修正项”的数学形式，并推导其对第二维里系数B的修正量ΔBq的表达式，给出适用温度上限。答案：量子修正项采用deBoer参数Λ=h/σ√(mε)，修正函数f_q=1-0.5Λ²-0.08Λ*³；B_q=B_class·f_q；ΔBq=B_q-B_class=-B_class(0.5Λ²+0.08Λ³)；适用上限T≤3T_B，其中T_B=ħ²/(mk_Bσ²)为Boyle温度，对H₂约170K，故上限≈510K。22.（简答）某离子液体催化体系需计算CO₂亨利常数，温度区间298-363K，压力<2MPa，给出基于COSMO-RS2026的快速计算步骤，并指出需输入的阳离子/阴离子σ-profile文件格式。答案：步骤：1.从IUPILID2026库下载[cation].cps与[anion].cps文件，格式为两列：σ(enm⁻²)与p(σ)(nm²)；2.使用COSMOtherm2026命令：cosmotherm-iCO2.gas-ilIL.cps-T298:363:5-p0.1:2:0.1-ohenry.txt；3.输出列：T(K),H_CO2(MPa),σ-profileoverlap积分；4.用Arrhenius式lnH=A+B/T回归得A、B。文件格式：UTF-8文本，#注释行，数据区以“BEGIN_PROFILE”开始，“END_PROFILE”结束。23.（简答）阐述2026年发布的“EntropyScaling”粘度模型对n-alkanes的适用性，并给出在T=423K、ρ=550kgm⁻³时C₁₂H₂₆的预测误差范围。答案：EntropyScaling模型采用reducedviscosityη_r=η/(ε^{1/2}σ^{-2}m^{1/2})，以过量熵S_ex为自变量；2026版回归链长C₁-C₂₀，R²=0.998；对C₁₂H₂₆在423K、550kgm⁻³，S_ex=-2.81k_B，预测η=0.638mPa·s，与实验值0.645mPa·s相比误差≈1.1%，在声明的±2%范围内。24.（简答）某炼油厂用H₂回收膜，2026年测得P_CO₂=80Barrer，P_H₂=1200Barrer，理想选择性α=15，若原料侧p_CO₂=0.35bar，p_H₂=35bar，渗透侧总压1bar，H₂回收率要求90%，求所需膜面积（原料流量1000kmolh⁻¹，膜厚1μm，操作温度353K）。答案：1.分压差：Δp_H₂=35-0.9×35=3.5bar；Δp_CO₂=0.35-0.1×0.35=0.315bar；2.通量J_H₂=P_H₂·Δp_H₂/δ=1200×10⁻¹⁰×3.5/10⁻⁴=4.2×10⁻³kmolm⁻²s⁻¹；3.需H₂渗透量=0.9×1000/3600=0.25kmols⁻¹；4.面积A=0.25/4.2×10⁻³=59.5m²，取60m²；5.验CO₂渗透量：J_CO₂=80×10⁻¹⁰×0.315/10⁻⁴=2.52×10⁻⁴kmolm⁻²s⁻¹，总量=2.52×10⁻⁴×60=0.015kmols⁻¹，占原料CO₂的4.3%，可接受。25.（综合）某化工园区计划捕集并液化CO₂，原料组成CO₂95%、N₂5%，流量5000kmolh⁻¹，压力0.12MPa，温度313K，目标液化率95%，储存压力1.5MPa，温度-26℃。2026年可选工艺有：A.单级压缩+氨预冷+节流；B.两级压缩+丙烷预冷+双节流；C.三级压缩+混合制冷剂MR+近克劳德循环。要求比功耗<0.25MJkg⁻¹CO₂，火用效率>38%，且设备级数≤5。请用2026年GERG-2026与REFPROP物性，给出流程简述、关键参数、比功耗与火用效率计算，并选出最优方案。答案：方案A：压缩至3.5MPa，单级等熵效率0.82，出口温度423K，氨预冷至228K，节流至1.5MPa，液化率仅82%，需再循环，比功耗0.31MJkg⁻¹，不符合。方案B：一级压缩至1.5MPa，二级至4.2MPa，丙烷预冷至233K，主节流至1.5MPa，副节流至0.6MPa，闪蒸气再压缩，液化率93%，比功耗0.27MJkg⁻¹，火用效率35%，仍不达标。方案C：三级压缩至6.5MPa，MR组份N₂/CH₄/C₂H₄/C₃H₈=0.15/0.35/0.25/0.25，冷箱pinchΔT=3K，近克劳德循环，BOG回收至2.5MPa，再压缩汇入。关键参数：压缩机等熵效率0.85，电机效率0.96；冷箱UA=8500kWK⁻¹；MR流量18500kmolh⁻¹；液化率96.2%；计算：CO₂液化量=5000×0.95×0.962=4570kmolh⁻¹=201th⁻¹；总轴功=压缩机+MR压缩机+泵=28.5MW；比功耗=28.5/201=0.142MJkg⁻¹；火用效率：原料火用=5000×(h-h₀-T₀(s-s₀))=18.2MW；产品火用=液CO₂火用+回收N₂火用=15.1MW；η_ex=15.1/(28.5+0.5)=52%；设备级数=压缩机3+冷箱1+分离罐1=5，满足。结论：方案C最优，比功耗0.142MJkg⁻¹，火用效率52%，均优于设定指标。26.（综合）某科研团队2026年提出“双阻尼SAFT-γMie”模型，用于描述含氢键流体，其在原SAFT-γMie基础上增加短程阻尼函数D₁(η)和长程阻尼函数D₂(T)，形式分别为D₁=1/(1+η⁴)，D₂=exp(-T/T_ref)，其中η为堆积分数，T_ref=200K。请：（1）写出修正后的Helmholtz自由能密度a=a_ideal+a_mono+a_chain+a_assoc+a_damp；（2）推导其对压力p的表达式；（3）在T=350K、ρ=12molL⁻¹、x_EtOH=1条件下，计算阻尼项对压力的贡献Δp_damp（给出数值，单位MPa）。答案：（1）a_damp=Σx_iε_iiσ_ii³[D₁(η)+D₂(T)]η²；（2）p=ρ²(∂a/∂ρ)_T，得Δp_damp=ρ²εσ³[2ηD₁+η²D₁’+2ηD₂]，其中D₁’=-4η³/(1+η⁴)²；（3）η=πρσ³/6=0.534，D₁=0.925，D₁’=-0.572，D₂=exp(-350/200)=0.174，ε=300K，σ=3.6Å，代入Δp_damp=12²×300×3.6³×0.001×[2×0.534×0.925+0.534²×(-0.572)+2×0.534×0.174]×0.042=1.83MPa。27.（综合）2026年某企业采用“电化学压缩”技术将1th⁻¹NH₃从1bar、25℃压缩至50bar，电化学电池效率65%，副产H₂热值1.2MJkg⁻¹NH₃。若电网碳排因子0.45kgCO₂kWh⁻¹，求：（1）吨NH₃电耗；（2）吨NH₃间接CO₂排放；（3）若改用机械压缩（等熵效率0.72，电机效率0.94），比较两者碳排差异。答案：（1）等温压缩功w_iso=RTln(p₂/p₁)=8.314×298×ln(50)=9.72MJt⁻¹；电化学效率65%，电耗=9.72/0.65=14.95MJt⁻¹=4.15kWht⁻¹；（2）CO₂排放=4.15×0.45=1.87kgCO₂t⁻¹；（3）机械压缩：等熵功w_s=k/(k-1)RT[(p₂/p₁)^{(k-1)/k}-1]，NH₃k=1.31，得w_s=13.8MJt⁻¹；轴功=13.8/0.72=19.2MJt⁻¹；电耗=19.2/0.94=20.4MJt⁻¹=5.67kWht⁻¹；CO₂排放=5.67×0.45=2.55kgCO₂t⁻¹；差异：2.55-1.87=0.68kgCO₂t⁻¹，电化学方案碳排低27%。28.（综合）2026年发布的“DeepFuel”数据库提供了一种基于量子化学的燃烧焓预测模型，其训练集含>8000种烃类，误差<0.5%。请用该模型估算2,2,3-三甲基丁烷的标准燃烧焓ΔcH°(298K)，并与实验值-4852.2kJmol⁻¹比较；进一步估算其绝热火焰温度（AFT），假设空气过量系数λ=1.2，初始温度298K，压力0.1MPa，燃烧产物为CO₂、H₂O、N₂、O₂，用平均热容法。答案：DeepFuel预测ΔcH°=-4850.8kJmol⁻¹，误差0.03%；化学式C₇H₁₆，燃烧反应：C₇H₁₆+11O₂→7CO₂+8H₂O；λ=1.2，需O₂=11×1.2=13.2mol，N₂=13.2×3.76=49.6mol；产物：7CO₂+8H₂O+2.2O₂+49.6N₂，共66.8mol；热容（1200K）：Cp_CO₂=50.3，Cp_H₂O=38.7，Cp_O₂=33.2，Cp_N₂=31.5Jmol⁻¹K⁻¹；平均Cp=(7×50.3+8×38.7+2.2×33.2+49.6×31.5)/66.8=34.8Jmol⁻¹K⁻¹；ΔH=4850.8kJ=66.8×0.0348×(T-298)，解得T=2510K；考虑解离修正-80K，AFT≈2430K，与文献值2425K偏差0.2%。29.（综合）2026年某大型烯烃装置采用“电驱动热泵精馏”替代传统水蒸气，丙烯-丙烷分离塔顶压力1.65MPa，塔底2.05MPa，塔顶温度318K，塔底温度344K，相对挥发度α=1.14，回流比R=15.5，进料饱和液体，xF=0.65，xD=0.997，xB=0.035，进料流量8000kmolh⁻¹。热泵采用R1233zd(E)，COP定义为Q_rebo/W_comp，2026年实验测得COP=4.8。请：（1）计算再沸器热负荷Q_reb；（2）计算压缩机功率W_comp；（3）与传统0.5MPa蒸汽（潜热2100kJkg⁻¹，锅炉效率92%，电网碳排0.45kgkWh⁻¹）比较，吨丙烯碳排下降多少？答案：（1）q_reb=R+