化工热力学试题答案第一组

一、选择。

1.下列热力学基本关系式与Maxwell公式中，错误的是（ C ） A. dG=VdP-SdT B. dH=TdS+Vdp

PC. TVS D.TVVTSP

SV2.、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

3.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.

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

4.对于理想溶液，下列说法正确的是（D ） A.VE0,HE0 B.VE0,HE0 C.VE0,HE0 D.VE0,HE0

5、混合物的逸度f与组分逸度fi之间的关系是 （ D ） A．f=xifii^ B．f=^fi^

^xC．f=lnfi D．lnfxilnfi/xi

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二、填空

1、等温线在两相区中的水平线段随温度升高而 缩短 最后再临界处 缩成一点 纯物质PV图临界点处的斜率和曲率都等于 0 。

2、温-熵图是最有用的热力学性质图，其纵坐标是温度，横坐标是熵。对于可逆过程

QRTdS 。在T-S图上位于T-S曲线下的面积等于 可逆过程吸收或放出的热量 。

3.一定状态下体系的火用指体系由该状态达到与 __环境基态完全平衡____ 时，此过程理想功。

4.对封闭体系，单位质量能量平衡方程式是__△U＝Q＋W_______,对稳定流动体系单位质量能量的平衡方程式是__△H＋1/2△U2 +g△z=Q+Ws 或△H＋△Ek＋△Ep＝Q＋Ws _______.

5.温度为T的热源与温度为T0的环境之间进行变温热量传递，其等于热容为Cp，则ExQ 的计算式为( 6.制冷剂的选择原则: 参考答案：①大气压下沸点低 ②常温下冷凝压力低 ③汽化潜热大

④具有较高的临界温度和较低的凝固温度 ⑤化学稳定性

）。

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7、评价蒸汽动力循环的经济性指标： 热效率和汽耗率 。 8、纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示 汽化熵 大小。

三、阐述及计算题

1.质量为500g的氨气贮存于容积为0.03m3的钢弹内，钢弹浸于65℃的恒温浴中，试用普遍化法计算氨气的压力。并与文献值p=2.382MPa比较

Tc=405.6K， Pc=11.28MPa, Vc72.610-6m3/mol

0.250

因为要用普遍化法。故首先计算Vr 以此来判断是用普遍化第二维里系数法还是普遍化压缩因子法。

V0.031.021103m3/mol500/17.02

1.021103Vr14.1672.610 由于Vr＞2，故适用普遍化第二维里

系数关系式。

接下来将题目数据带入第二维里方程式中。

Tr338.15/405.60.834

B0.1390.172/(0.834)0.230

14.2B0.0830.422/(0.834)0.481

01.6优秀学习资料 欢迎下载

根据对比第二维里系数的计算：

BPc01BB0.4810.2500.2300.539RTc所以，

0.5398.314405.6-43B--1.61110m/mol611.2810

由公式，

pVBPZ1RTRTPRT8.314338.1562.37810Pa34VB1.021101.61110

计算值与实验值2.382MPa是非常接近的，说明在压力不高的情况下，普遍化第二维里系数用于极性物质广度性质计算，结果也比较精确

2. 某工厂采用氨压缩制冷，制冷能力Q0=200000 kJ·h-1，操作条件如右图，且已知：

H1=1661

H2=1890 kJ·kg-1，

H4=560 kJ·kg-1， H5=535

kJ·kg-1

求：（1）制冷剂循环量（kJ·h-1）；

（2）压缩机消耗功率（kW）；

kJ

·

kg-1

，

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（3）该循环的制冷系数；

（4）冷凝器的热负荷。

解：(1)单位制冷量：q0H1H516615351126kJ/kg （2分）

制冷剂循环量： mQ0q0200000/1126177.62kg/h （2分） （2）单位制冷剂消耗的功：

WsH2H118901661229kJ/kg （2分）

压缩机消耗的功率：pTmWs177.62229/360011.30KW （23600分） （

3

）

制

冷

系

数

：

q011264.92 Ws229（2分）

（4）单位制冷剂放热量：q2H5H253518901355kJ/kg （2分）

冷凝器热负荷：Q21355177.62240615kJ （2分）

3.朗肯循环中水蒸气进汽轮机的压力为3010Pa，温度为360℃，乏气压力0.110Pa，为了减少输出功率，采用锅炉出口的水蒸气先经过节流阀适当的降压再送进汽轮机膨胀做功，如果要求输出的功量降至正常情况的84％，问节流后进汽轮机前的蒸汽的焓和熵为多少，

55优秀学习资料 欢迎下载

并示意画出此循环的T-S图。

（进汽轮机水蒸汽：H1=3138.7kJ/kg S1=6.7801kJ/(kg×K) 汽轮机出口气：

HL=191.83kJ/kg SL=0.6483kJ/(kg×K)

Hg=2584.7kJ/kg Sg=8.1502kJ/(kg×K) ） 参考答案：

--5分设未经节流阀乏汽的干度为x

6.7801=8.1502x+(1-x)×0.6493 X=0.817 ---2分

H2=2584.7×0.817+（1-0.817）×191.83=2146.8kJ/kg

未经节流阀的过热蒸汽进入汽轮机的做功量为：

Ws=H-H2 =3188.7-2146.8=991.9kJ/kg --2分

输出功若要降至正常情况的84%

WS、=991,9×0.84=833.2kJ/kg

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因节流膨胀经热力学第一定律的分析知为等焓膨胀故 故 H1、=H1=3138.7kJ/kg

H2、=H1、-Ws、=3138.7-833.2=2305.5kJ/kg --2分

设经过节流阀的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功后的乏汽干度为X、 2305.5=2584.7X2、+（1-X2、）×191.83 X2、=0.8833 --2分

S21=8.1502×0.8833+（1-0.8833)×0.6493=7.27kJ/(kg×K) 设汽轮机的膨胀为等熵过程

故 S1、=S2、=7.2748kJ/(kg×K) ，H1、=3138.7kJ/kg --2分

3H30090x10x114.定温定压下，二元系的焓值可用表示，H的因次

为J/mol。试求x10.4时的H1、H2；纯物质的焓H1和H2；混和性质△H和过量性质HE的值。

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4. 某二元混合物的逸度可表示为：

2lnfABx1Cx1

式中，A、B、C仅为T、p的函数，试确定（1） 两组份均以Lewis-Randall规则为标准态时， ln1和ln2与组成的关系；（2） 组分1以

Henry定律为标准态，组分2以Lewis-Randall规则为标准态时，

ln1和ln2与组成的关系.

解析：本题目考察：

①两种标准态的选取：选取Henry定律为标准态，和选取Lewis-Randall规则为标准态时的异同点 ②活度系数和超额

Gibbs

自由焓的关系

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GERTxilni

③

偏

摩

尔

性

质

fˆnlnf1lnxn11T,P,n2以及

1nGElniRTniT,P,nji



答案：（1）两组份均以Lewis-Randall规则为标准态时，由

G得

ERTxilni

fˆfˆGE12x1ln1x2ln2x1lnx2lnRTxfxf1122fˆfˆ12x1lnxx2lnx-x1lnf1-x2lnf212lnf-x1lnf1-x2lnf2................................（A)

2lnfABxCx11 已知

当当

x11时 lnf1ABCx10时 ln

f2A

将 lnf2 、

lnf1 和 lnf代入(A)式并整理得：

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Cn1n2GECx1x2RTn2

E1nGlni根据RTniT,P,n

ji1nGEln1RTn1T,P,n2Cn2nn211-Cx21x1Cx2nln2Cn1n1nGERTn2T,P,n1n21-Cx11x1Cx12

n（2）组份1以Henry规则为标准态，组分2以Lewis-Randall规则为标准态时：

ˆffˆ211 2x2f2 x1H1优秀学习资料 欢迎下载

因此

GEx1ln1x2ln2RTfˆfˆ12x1lnxHx2lnxf1122fˆfˆ12x1lnxx2lnx-x1lnH1-x2lnf212lnf-x1lnH1-x2lnf2................................（B)因为而

H1fˆ1limx10x1 2fˆdnABxCxnlnf111lnxndn11T,P,n21 AB-Cx12x1故

lnH1

ˆfˆf11lnlimlimlnx10xxx1011f2 lnf1 和 lnf212

AB将 lnE代入(B)式并整理得：

CnG2Cx1RTn优秀学习资料 欢迎下载

ln1ln2fˆ21lnH1Cx2ln1x1

1nGERTn2T,P,n1

2Cn1n2Cx12