化工1203班热力学试卷2

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基本题型如下:选择题:1.5分×10=15分填空题:2分×5=10分简答题:25分计算题:50分一、选择题(1.5分×10=15分)1、关于化工热力学研究内容,下列说法中不正确的是(C)A.判断新工艺的可行性。B.化工过程能量分析。C.反应速率预测。D.相平衡研究2、下列各式中,化学位的定义式是AjjjjnnSTiinTPiinnSnViinnSPiinnUDnnACnnGBnnHA,,,,,,,,])([.])([.])([.])([.              3、对无热溶液,下列各式能成立的是D。A.SE=0,VE=0B.SE=0,AE=0C.GE=0,AE=0D.HE=0,GE=-TSE4、在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是__A________。为混合物的逸度)) (;  ;    ;  L2V1V2L1L2L1V2122fffDffffCffffBffffAVLVLVLV(ˆˆˆˆ).(ˆˆˆˆ)(ˆˆˆˆ).(115、下列偏摩尔自由焓表达式中,错误的为D。iiA.G=μB.iiidG=Vdp-SdTjiiT,P,nC.GnG/nijiiT,nv,nD.GnG/ni6、二元非理想极稀溶液,其溶质和溶剂分别遵守AA.Henry定律和Lewis--Randall规则.B.Lewis--Randall规则和Henry定律.C.Raoult规则和Lewis--Randall规则.D.Lewis--Randall规则和拉乌尔规则7、气体经过稳流绝热膨胀,对外作功,如忽略宏观动能,位能变化,无摩擦损失,则此过程气体焓值B。A.增加B.减少C.不变D.不确定8、关于制冷原理,以下说法不正确的是(D)A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降。B.只有当0TJ,经节流膨胀后,气体温度才会降低。C.在相同初态下,等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大。D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降。9、不可逆过程中,孤立体系的(D)。A.总熵增加,火用也增加。B.总熵减少,火用也减少。C.总熵减少,但火用增加。D.总熵增加,但火用减少。10.作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机(即蒸汽透平机)中抽出部分蒸汽(B)A.锅炉加热锅炉进水B.回热加热器加热锅炉进水C.冷凝器加热冷凝水D.过热器再加热二、填空题(每题2分,共10分)1.理想溶液的过量性质EM等于______(0)2.热力学一致性检验的原理是是依据_______(吉布斯-杜亥姆方程)3.稳流系统的热力学第一定律为:________(SWQZguH221)4.化学分析法包括______、_______、_________(能量衡算法,熵分析法,火用分析法)5.绝热可逆膨胀的温降比节流膨胀的温降_____(大、小、相等)三、简答题(1题5分,2题8分,3题4题各6分:共25分)1、汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么?答:根据逸度系数的计算方程,需要选择一个同时适用于汽相和液相的状态方程,且计算精度相当。这种方程的形式复杂,参数角度,计算比较困难(意思对即可)。2、有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积2222221111)()(bxxabaVVbxxabaVV式中:V1和V2是纯组分的摩尔体积,a、b只是T、P的函数。试从热力学的角度分析这些方程是否合理?答:根据Gibbs-Duhem方程0d,pTiiMx得恒温、恒压下0dd2211VxVx或222122111ddddddxVxxVxxVx(2分)由本题所给的方程得到1111112ddd)(dbxabxVxVV即2111112)(ddbxxabxVx(A)(2分)同样可得2222222ddd)(dbxabxVxVV即2222222)(ddbxxabxVx(B)(2分)比较上述结果,式(A)=(B)得:2222112)(2)(bxxabbxxab整理此式得:0ba或5.021xx(2分)根据题意,所给出的方程组只有在0ba时才满足Gibbs-Duhem方程,方程才合理。3、写出局部组成的概念,并说明Wilson方程和NRTL方程的适用条件。答:局部组成的概念:在某个中心分子i的近邻,出现i分子和出现j分子的几率不仅与分子的组成xi和xj有关,而且与分子间相互作用的强弱有关(2分)Wilson方程适用条件:可以准确地描述极性和非极性混合物的活度系数(2分)NRTL方程适用条件:可以用于部分互溶体系,特别用于液-液分层物系的计算(2分)4、说明基团贡献法的出发点、优点及局限性答:基团贡献法的基本假定是纯化合物或混合物的物性,等于构成此化合物或混合物的各种集团对此物性贡献值的总和;即假定在任何体系中,同种基团在不同分子中对某一物性具有同一贡献值,例如临界体积,只要由各个基团的临界体积贡献值之和加上某一常数即可。(4分)优点:更大的通用性及不需要临界参数(1分)局限性:分子交互作用难于校正(1分)四、计算题(共50分)1、(16分)25℃,0.1MPa下,组分1和2形成二元溶液,其溶液的摩尔焓为H=600-180X1-20X13(J/mol).式中X1为组分1的摩尔分数,标准态按Lewis-Randall定则计算,求; ;  ; , ;  2;  EHHHHHHHH)5()4()3(,)(,)1(212121解:过程如下3113113123121122211121213123121112212112020)52020)60040600()4004060420()()()()4/600/400)3/640/420)2406004060420)1()1601802xxHHxxxxxxxHHxHHxHHxHxHxHmolJHmolJHmolJHmolJHxHxxdxdHxHdxdHxHHxdxdH、Eiiiiiii(除第4小题每小题3分,第4题4分)2、(14分)某动力循环的蒸汽透平机,进入透平的过热蒸汽为2.0MPa,400℃,排出的气体为0.035MPa饱和蒸汽,若要求透平机产生3000kW功率,问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少?假设透平机的热损失相当于轴功的5%。(已知:饱和蒸汽的熵117153.7KkgkJSg,饱和液体的熵,119875.0KkgkJSl)解:进出透平机的蒸汽状态见下图所示,(2分)焓、熵值从附录水蒸汽表中查到,按稳流系统热力学第一定律对透平机进行能量衡算ΔH=Q-Ws(3分)则sss蒸汽流量1124.166506.32474.26313600300095.095.0hkgHHWms(3分)按本题意,等熵膨胀的空气应该是湿蒸汽,即为饱和蒸汽和饱和水的混合物,此时熵值,即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比例混合,已知:饱和蒸汽的熵117153.7KkgkJSg,饱和液体的熵,119875.0KkgkJSl设空气中气相重量百分含量为x,则7.1271=7.7153×x+(1-x)×0.9875解得x=0.9126(3分)空气的焓值H=x×Hg+(1-x)Hl=0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ·kg-1(3分)T423165S3、(20分)某二元溶液,Lewis-Randall规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出:21/xxRTGE式中:为常数,两纯组元逸度分别为*1f和*2f,单位为Pa,1:molJGE,T:K,求:(1)以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1与2的表达式。(2)以Henry定律为标准态的活度系数1与2的表达式。解:(1)由于jnpTiEinRTnG,,ln故:对于二元混合物,可以使用二元截矩公式计算活度系数二元截矩公式为:112221ddddxMxMMxMxMM(4分)则:1E122E21d)Gd(lnd)Gd(lnxRTxRTGxRTxRTGEE(4分)将21/xxRTGE代入上式,整理得:212221lnlnxx(2分)(2)由活度的定义:iiiffaˆˆ因此,以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1与2分别为:2*2221*111ˆˆxffxff,则22222*222*221*111*11ˆˆxxexfxffexfxff(4分)又由于亨利系数:iixixfkiˆlim0则:efxexfxfkxxx*111*1011012211limˆlim(2分)同理可得:efk*22则依据定义式:以Henry定律为标准态的活度系数1与2的表达式为:)1(2*22*22222)1(1*11*1111121212222ˆˆxxxxexefexfxkfexefexfxkf(4分)

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