化工热力学本科试卷A

泰山学院课程考试专用

泰山学院材料与化学工程系2005级、2007级3+2化学工程与

工艺专业本科2007～2008学年第一学期

《化工热力学》试卷A

（试卷共8页，答题时间120分钟）

一、 判断题（每小题1分，共15 分。请将答案

填在下面的表格内）

1、只要温度、压力一定，任何偏摩尔性质都等于化学位。

2、对于确定的纯气体来说，其维里系数B、C、……只是温度的函数。 3、孤立体系的熵总是不变的。

4、当过程不可逆时，体系的作功能力较完全可逆的情况下有所下降。 5、二元液相部分互溶体系及其蒸汽的达到相平衡时，体系的自由度为2。 6、理想溶液中所有组分的活度系数均为1。

7、二元混合物的相图中泡点线表示的饱和汽相，露点线表示的是饱和液相。 8、二元组分形成恒沸物时，在恒沸点体系的相对挥发度等于1。

9、若化学平衡常数随着温度的升高而升高，则反应的标准焓变化H0为负值。 10、纯物质的平衡汽化过程，其摩尔体积、焓及吉布斯函数的变化均大于零。 11、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。 12、对于理想溶液的某一容量性质恒有Mi0i。

13、能量不仅有数量的大小还有质量的高低，相同数量的电能和热能来说，电

能的做功能力大于热能。

14、无论以Henry定律为基准，还是以Lewis-Randall规则为基准定义标准态

逸度，混合物中组分i的活度和逸度的值不变。 15、逸度与压力的单位是相同的。

二、填空题（1-5题每空1分，6-11题每空2分，共25分）

1、在相同的初态下，节流膨胀的降温效果（大于/小于）

等熵膨胀的降温效果。

2、恒温恒压下，吉布斯-杜亥姆方程为i

表示）。

3、形成二元溶液时，当异种分子之间的作用力小于同种分子之间的作用力时，

形成正偏差溶液，正偏差较大的溶液具有最 的沸点。

4、对于二元混合物来说一定温度下的泡点压力与露点压力(相同/不

同)的。

5、当过程的熵产生时，过程为自发过程。

6、当化学反应的温度不发生变化时，对体积增大的气相反应，增大压力，反

应进度 ，加入惰性气体反应进度 。

7、已知平衡压力和液相组成，用完全理想体系下的汽液平衡准则计算泡点温

度时，在假设的温度下算出yi1，说明假设的温度 ，

应 ，重新计算，直到yi1。 8、正丁醇（1）和水（2）组成液液平衡系统，25℃，测得水相中正丁醇的摩

尔分数为0.00007，而醇相中水的摩尔分数为0.26，则水在水相中的活度系数为 ，水在醇相中的活度系数为 。 9、某换热器内，冷热两种流体进行换热，热流体的流率为

100kmolh-1,cp29kJkmol-1K-1,温度从500K降为350K,冷流体的流率

也是100kmolh-1,cp29kJkmol-1K-1,温度从300K进入热交换器，该换热器表面的热损失Q87000kJh-1，则冷流体的终态温度t2K,该换热过程的损耗功WLkJ/h。设T300K，冷热流体的压力变化可以忽略不计。

T2 冷流体t1

-1

T1热流体

t2 ？

10、二元混合物的焓的表达式为Hx1H1x2H2ax1x2，则1＝（用x2表示）

11、压缩机对某种气体进行压缩，该气体压缩前后的状态为：压缩前T1=42℃，

p1=8.05MPa；压缩后T2=124℃，p2=15.78MPa。并已知H1R

3640kJkmol-1,H2R11000kJkmol-1及cp108kJkmol-1K-1。则该压

*

缩过程气体的焓变ΔH为 （以1kmol为计算基准）。

四、简答题（每题 6分，共12分）

1、写出纯组分i和混合物中i组分逸度和逸度系数的定义式，并写出混合物中i组分逸度与混合物的逸度之间的关系式。

2、请画出朗肯循环的T-S图，写出其主要热力学过程及每一过程对应的热力学分析。

四、计算题（1题 8分，2、3、4、5题每题10分，共48分）

1、实验测得乙醇（1）-甲苯（2）的二元体系的汽液平衡数据为：

5

p0.24410t45℃,Pa，x10.300,y10.634，已知45℃时组分的饱和蒸汽s5s5P0.23010P0.1011012压为Pa，Pa，假设此体系服从低压下汽液平衡关系，求：

（1）液相活度系数1，2

E

（2）液相的超额自由焓G，并说明此溶液与理想溶液相比是正偏差还是负偏差？

（3）液相的混合过程性质变化G和液相的偏摩尔超额自由焓1,注意G的符号说明了什么？

2、某蒸汽压缩装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为2×105 kJ·h-1，蒸发温度为-15℃，冷凝温度为30℃，设压缩机作绝热压缩，其等熵效率为0.75。试求：（1）制冷剂每小时的循环量；（2）压缩机的消耗功率；（3）冷凝器的热负荷；（4）节流后制冷剂湿蒸汽干度x；（5）该循环的制冷系数；（6）相同的温度区间内，逆Carnot循环的制冷系数。

试题四(3)附图

E

T

已知：H11661kJkg-1，S19.02kJkg-1K-1，H21891.2kJkg-1，

H4560.7kJkg-1，与状态1平衡的液相饱和焓HL351.5kJkg-1。

3、有一逆流式换热器，利用废气加热空气。空气从0.10MPa、20℃的状态被

-1

1.5kgs加热到125℃，空气的流量为。而废气从0.10MPa，250℃的状态冷却

-1-1

1.04kJkgK废气的等压热容为到95℃。空气的等压热容为，

1

0.84kJ-1kg-。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，K

而且换热器与环境无热量交换，环境状态为0.10MPa和20℃。试求：（1）换热

器中不可逆传热的损失为多少 (2)

换热器中的总

效率和目的效率分别为多少？

4、某二元体系，汽相可以看作理想气体，液相作为非理想溶液，溶液的超额自由焓表达式为G

E

Bx1x2，该体系有一恒沸点，恒沸组成为x10.8002，

SS恒沸压力是63.34kPa，该温度下的饱和蒸汽压P1＝58.5kPa，P2＝17.6kPa，

求该体系在此温度下，当x1＝0.5时的汽相组成与平衡压力。

5、乙烯气相水合制乙醇的反应式为：C2H4(g)H2O(g)C2H5OH(g)，反

应温度分别为523K和3.45MPa，已知Kf8.15103，求初始水蒸气与乙烯的比值为6：1时，乙烯的平衡转化率。已知反应混合物为理想溶液，在反应的温度和压力下各组分的逸度系数为C2H40.98，C2H5OH0.83，H2O0.89。

泰山学院课程考试专用

泰山学院材料与化学工程系2005级、2007级3+2化学工程与

工艺专业本科2007～2008学年第一学期

《化工热力学》试卷A

（试卷共8页，答题时间120分钟）

一、 判断题（每小题1分，共15 分。请将答案

填在下面的表格内）

1、只要温度、压力一定，任何偏摩尔性质都等于化学位。

2、对于确定的纯气体来说，其维里系数B、C、……只是温度的函数。 3、孤立体系的熵总是不变的。

4、当过程不可逆时，体系的作功能力较完全可逆的情况下有所下降。 5、二元液相部分互溶体系及其蒸汽的达到相平衡时，体系的自由度为2。 6、理想溶液中所有组分的活度系数均为1。

7、二元混合物的相图中泡点线表示的饱和汽相，露点线表示的是饱和液相。 8、二元组分形成恒沸物时，在恒沸点体系的相对挥发度等于1。

9、若化学平衡常数随着温度的升高而升高，则反应的标准焓变化H0为负值。 10、纯物质的平衡汽化过程，其摩尔体积、焓及吉布斯函数的变化均大于零。 11、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。 12、对于理想溶液的某一容量性质恒有Mi0i。

13、能量不仅有数量的大小还有质量的高低，相同数量的电能和热能来说，电

能的做功能力大于热能。

14、无论以Henry定律为基准，还是以Lewis-Randall规则为基准定义标准态

逸度，混合物中组分i的活度和逸度的值不变。 15、逸度与压力的单位是相同的。

二、填空题（1-5题每空1分，6-11题每空2分，共25分）

1、在相同的初态下，节流膨胀的降温效果（大于/小于）

等熵膨胀的降温效果。

2、恒温恒压下，吉布斯-杜亥姆方程为i

表示）。

3、形成二元溶液时，当异种分子之间的作用力小于同种分子之间的作用力时，

形成正偏差溶液，正偏差较大的溶液具有最 的沸点。

4、对于二元混合物来说一定温度下的泡点压力与露点压力(相同/不

同)的。

5、当过程的熵产生时，过程为自发过程。

6、当化学反应的温度不发生变化时，对体积增大的气相反应，增大压力，反

应进度 ，加入惰性气体反应进度 。

7、已知平衡压力和液相组成，用完全理想体系下的汽液平衡准则计算泡点温

度时，在假设的温度下算出yi1，说明假设的温度 ，

应 ，重新计算，直到yi1。 8、正丁醇（1）和水（2）组成液液平衡系统，25℃，测得水相中正丁醇的摩

尔分数为0.00007，而醇相中水的摩尔分数为0.26，则水在水相中的活度系数为 ，水在醇相中的活度系数为 。 9、某换热器内，冷热两种流体进行换热，热流体的流率为

100kmolh-1,cp29kJkmol-1K-1,温度从500K降为350K,冷流体的流率

也是100kmolh-1,cp29kJkmol-1K-1,温度从300K进入热交换器，该换热器表面的热损失Q87000kJh-1，则冷流体的终态温度t2K,该换热过程的损耗功WLkJ/h。设T300K，冷热流体的压力变化可以忽略不计。

T2 冷流体t1

-1

T1热流体

t2 ？

10、二元混合物的焓的表达式为Hx1H1x2H2ax1x2，则1＝（用x2表示）

11、压缩机对某种气体进行压缩，该气体压缩前后的状态为：压缩前T1=42℃，

p1=8.05MPa；压缩后T2=124℃，p2=15.78MPa。并已知H1R

3640kJkmol-1,H2R11000kJkmol-1及cp108kJkmol-1K-1。则该压

*

缩过程气体的焓变ΔH为 （以1kmol为计算基准）。

四、简答题（每题 6分，共12分）

1、写出纯组分i和混合物中i组分逸度和逸度系数的定义式，并写出混合物中i组分逸度与混合物的逸度之间的关系式。

2、请画出朗肯循环的T-S图，写出其主要热力学过程及每一过程对应的热力学分析。

四、计算题（1题 8分，2、3、4、5题每题10分，共48分）

1、实验测得乙醇（1）-甲苯（2）的二元体系的汽液平衡数据为：

5

p0.24410t45℃,Pa，x10.300,y10.634，已知45℃时组分的饱和蒸汽s5s5P0.23010P0.1011012压为Pa，Pa，假设此体系服从低压下汽液平衡关系，求：

（1）液相活度系数1，2

E

（2）液相的超额自由焓G，并说明此溶液与理想溶液相比是正偏差还是负偏差？

（3）液相的混合过程性质变化G和液相的偏摩尔超额自由焓1,注意G的符号说明了什么？

2、某蒸汽压缩装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为2×105 kJ·h-1，蒸发温度为-15℃，冷凝温度为30℃，设压缩机作绝热压缩，其等熵效率为0.75。试求：（1）制冷剂每小时的循环量；（2）压缩机的消耗功率；（3）冷凝器的热负荷；（4）节流后制冷剂湿蒸汽干度x；（5）该循环的制冷系数；（6）相同的温度区间内，逆Carnot循环的制冷系数。

试题四(3)附图

E

T

已知：H11661kJkg-1，S19.02kJkg-1K-1，H21891.2kJkg-1，

H4560.7kJkg-1，与状态1平衡的液相饱和焓HL351.5kJkg-1。

3、有一逆流式换热器，利用废气加热空气。空气从0.10MPa、20℃的状态被

-1

1.5kgs加热到125℃，空气的流量为。而废气从0.10MPa，250℃的状态冷却

-1-1

1.04kJkgK废气的等压热容为到95℃。空气的等压热容为，

1

0.84kJ-1kg-。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，K

而且换热器与环境无热量交换，环境状态为0.10MPa和20℃。试求：（1）换热

器中不可逆传热的损失为多少 (2)

换热器中的总

效率和目的效率分别为多少？

4、某二元体系，汽相可以看作理想气体，液相作为非理想溶液，溶液的超额自由焓表达式为G

E

Bx1x2，该体系有一恒沸点，恒沸组成为x10.8002，

SS恒沸压力是63.34kPa，该温度下的饱和蒸汽压P1＝58.5kPa，P2＝17.6kPa，

求该体系在此温度下，当x1＝0.5时的汽相组成与平衡压力。

5、乙烯气相水合制乙醇的反应式为：C2H4(g)H2O(g)C2H5OH(g)，反

应温度分别为523K和3.45MPa，已知Kf8.15103，求初始水蒸气与乙烯的比值为6：1时，乙烯的平衡转化率。已知反应混合物为理想溶液，在反应的温度和压力下各组分的逸度系数为C2H40.98，C2H5OH0.83，H2O0.89。