化工热力学习题集

模拟题一

一．单项选择题（每题1分，共20分）

1. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ A ）

A. >()T P s

B. <()T P s

C. =()T P s

2. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ B ）

A. >()T P s

B. <()T P s

C. =()T P s

3. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ A ）

A. 第三virial 系数

B. 第二virial 系数

C. 无穷项

D. 只需要理想气体方程 4. 液化石油气的主要成分是（A ）

A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷

B. 甲烷、乙烷

C. 正己烷 5. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ）

A. 1x y z

Z Z x x y y ????

?????=-

? ?

??????????

B. 1y x

Z Z x y x y Z ?????????

=- ?

? ?????????? C. 1y x

Z Z x y x y Z ?????????

= ?

? ??????????

D. 1y Z x

Z y y x x Z ?????????

=-

? ? ?????????? 6. 关于化学势的下列说法中不正确的是( A )

A. 系统的偏摩尔量就是化学势

B. 化学势是系统的强度性质

C. 系统中的任一物质都有化学势

D. 化学势大小决定物质迁移的方向

二、填空题

1. 纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均等于__ ___，数学上可以表示为

________________________和________________________。

2. 根据Pitzer 提出的三参数对应态原理，计算给定T, P 下纯流体的压缩因子Z 时，可查表得

到_______、_______，并根据公式____________，计算出Z 。如果无法查表，也可根据

截断的Virial 公式1BP

Z RT

=+

，利用B 0, B 1仅为对比温度的函数，计算出B 0, B 1，根据公式___________________，计算出B ，从而得到Z 的数值。 3. 热力学第一定律的公式表述（用微分形式）：__________________。热力学第二定律的

公式表述（即熵差与可逆热之间的关系，用微分形式）：__________________。

4. 几个重要的定义公式：焓H=__________________；自由能A=__________________；自

由焓G=__________________。 5. 写出下列Maxwell 关系式： T S V ???=

?

???____________；T

S p ???= ????____________。 6. 二元混合物的焓的表达式为 212211x x H x H x H α++=，则=1H ；

=2H 。

7. 填表

四、计算题

1. 利用Maxwell 关系式等，将纯流体的dS 表示成,T P 的函数。 答． （即dS 表示成dT 和dP 的函数）

p T

dS dS dS dT dp dT dp ????

=+ ? ?

???? p p dQ dS T dT dT ?

? ???= ? ??? ???，等压条件下，p dQ C dT =，所以，p p p

dQ C dS T dT dT T ??

???== ? ?

?? ?

?? 由Maxwell 方程可知，p T

S V p T ??????=- ?

?

??????

2. 25℃，0.1MPa 下组分1和2形成溶液，其体积可由下式表示：V =40 －12X 1 － 10X 12

(cm 3 /mol) . 式中X 1 为组分1的摩尔分数, V 为溶液的摩尔体积. 求，

；　； ； ，　； ，　２； ，　２１２E

V )(V )(V V )(V V )(V V )(54312

11?∞∞ 组分服从Lewis —Randall 定则. （10分）

答． 1V = 28-20X 1+10 X 1

2

2V = 40 + 10 X 1 2 1V ∞= 28cm 3 /mol 2V ∞

= 50 cm 3 /mol

V 1 = 18 cm 3 /mol V 2 = 40 cm 3 /mol ， ΔV = 10X 1 X 2 V E

= 10X 1 X 2

3. 酒窑中装有10m 3 的96%(wt )的酒精溶液，欲将其配成65%的浓度，问需加水多少?能得

到多少体积的65%的酒精? 设大气的温度保持恒定，并已知下列数据 答． 设加入W 克水，最终体积V cm 3；原来有n W 和n E 摩尔的水和乙醇，则有

?????

?

???

??=?+?=??+??? ??+=+??? ??+=+=+=65

35461896

4

461858.5611.17181801.5861.1410''E W E

W E W E

E W W E W E E W W n W n n n n W n V n V W n V n n V n V n 解方程组得结果：kg W m V 3830,46.133

==

酒精浓度(wt )

水V cm 3 mol -1

乙醇V cm 3 mol -1

96% 14.61 58.01 65%

17.11 56.58

4. 已知40℃和7.09MPa 下，二元混合物的123

5.09

6.1ln x f -=（f 单位为MPa ），求（a ）2

.01=x 时的21

?,?f f ；（b ）21,f f 答．（a ）()725.1235.096.1)235.096.1(ln ?ln 11,,1112=-=-=?????

???=???? ??dn n n d n f n x f n P T

MPa x e f 12.1?1725.11==， 同样得MPa x e f 68.5?2

96.12== (b)725.1235.096.1ln ln 0

,1121=-====x x f

f ，所以725.11e f =

同样得 96.1ln 2=f ，所以96.12e f =

模拟题二

一．选择题（每题1分，共15分）

1、对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω近似等于（ a ）。

a. 0

b. 1

c. 2

d. 3

2、纯物质临界点时，对比温度 T r （d ）

a. =0

b. >1

c. <1

d. =1

3、下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质（ b ）。

（A ）与外界温度有关 (B) 与外界压力有关 (C) 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性。

7. 在373.15K 和101325Pa 下水的化学势与水蒸气化学势的关系为（ a ）。 (A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽) (C) μ(水)＞μ(汽) (D) 无法确定

8. 关于热力学基本方程dU=TdS-pdV, 下面的说法中准确的是( d )。 (A) TdS 是过程热 (B)pdV 是体积功 (C)TdS 是可逆热 (D) 在可逆过程中, pdV 等于体积功, TdS 即为过程热 12. 麦克斯韦关系式的主要作用是（ c ）。

(A)简化热力学变量的计算；(B)用某个热力学函数代替另一不易测定的热力学函数

的偏微商； (C)用易于测定的状态性质的偏微商代替不易测定的状态性质的偏微商；(D) 便于用特性函数表达其它热力学函数

13.下列四个关系式中哪一个不是麦克斯韦关系式？( a ) A.（?T /?V )S = （?V /?S )p B . （?T /?p )S =（?V /?S )p C . （?S /?V )T = （?p /?T )V D . （?S /?p )T = -(?V /?T )p 14.对1mol 理想气体，应是（ c ） （a ） R/V ；（b ）R ；（c ）-R/P ；（d ）R/T 。

三、填充题（每空1分，共25分）：

1．逸度的标准态有两类，1）以 为规则，2）以 为规则，请举例说明1） 2） 。 6、偏离函数的定义 。

四、简答题（共20分）

1.化工热力学的研究特点是什么？（4分）

3.从热力学角度解释，超临界萃取技术为何常选CO 2作为萃取剂？（4分）

4.简述纯物质P-V 图上点、线和区域的意义（用图说明），并写出临界等温的数学特征。（8分）

五、计算题（共35分）：

1、 已知50℃时测得某湿蒸汽的质量体积为1000cm 3 g -1，求单位质量的H 、S 和G 函数各是多少？（10分）

答.

()1

18.40708303.02.259291697.033.2091-=?+?=+-=Jg x

H x H H g l ()0803

.00121

.1120320121

.110001=--=--=

+-=l g l g l V V V V x x V x V V

3

其 中A,B,C 仅是T,P 的函数。求。

，，f f f RT G E ln ?ln ,?ln /,ln 212γ （均以Lewis-Ra ndall 规则为标准状态。) （15分）

答.

模拟题三

一、选择题

8、下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是（ A ）

A

K kmol m Pa ???/10314.83

3 B 1.987cal/kmol K C 82.05 K atm cm /3

? D 8.314K kmol J ?/ 10、对理想气体有（ C ）。

)/.(??T P H B

0)/.(=??T P H C 0)/.(=??P T H D

11、对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有（ A ）。

A ． dH = TdS + Vdp

B ．dH = SdT + Vdp

C ． dH = -SdT + Vdp D. dH = -TdS -Vdp

13、当压力趋于零时，1mol 气体的压力与体积乘积（PV ）趋于（ D ）。

()1

13159.108303.00763.891697.07038.01--=?+?=+-=K Jg x

S x S S g l 1

053.183159.115.32318.407--=?-=-=Jg TS

H G 21212221)ln (x Ax Ax x Ax x x RT

G i i E =+==∑γC B A x Ax f x Ax f Ax f x f -+++=++===12211221221

11

1

ln ln ln ?ln )?ln(ln γA x Ax f x Ax f Ax f x f ++=++===2

21122122

1

2

222ln ln ln ?ln )?ln(ln γA

x C B x Ax Cx Bx A x f x x f x f +-+=-+=+=12121

1212111)(?ln ?ln ln

A. 零 B 无限大 C. 某一常数 D. RT 14、不经冷凝，能否将气体通过其他途径变成液体？（ A ）

A.能

B.不可能

C.还缺条件

15、对1molVan der Waals 气体，有（ A ）。

A. (?S/?V)T =R/(v-b)

B. (?S/?V)T =-R/(v-b)

C. (?S/?V)T =R/(v+b)

D. (?S/?V)T =P/(b-v) 17、当压力趋于零时，1mol 气体的压力与体积乘积（PV ）趋于:D

a. 零

b. 无限大

c. 某一常数

d. RT

20、对无热溶液，下列各式能成立的是（ D ）。

A. S E =0，V E =0

B. S E =0，A E =0

C. G E =0，A E =0

D. H E =0，G E = -TS E 21、下列方程式中以正规溶液模型为基础的是（ C ）。

A. NRTL 方程

B. Wilson 方程

C. Margules 方程 D .Flory-Huggins 方程

26.关于理想溶液，以下说法不正确的是（ B ）。

A.理想溶液一定符合Lewis-Randall 规则和Henry 规则。

B.符合Lewis-Randall 规则或Henry 规则的溶液一定是理想溶液。

C.理想溶液中各组分的活度系数均为1。

D.理想溶液所有的超额性质均为0。 28、苯（1）和环己烷（2）在303K ，0.1013Mpa 下形成X 1=0.9溶液。此条件下V 1=89.96cm 3/mol ，V 2=109.4cm 3

/mol ，_

1V =89.99cm 3

/mol ，-

2V =111.54cm 3/mol ，则超额体积V E =（ A ）cm 3/mol 。

A. 0.24

B.0

C. -0.24

D.0.55

29、下列偏摩尔吉氏函数表达式中，错误的为（ D ）。

i i

A. G =μ

B.

i i i dG =Vdp-S dT

()j i i T,P,n C. G nG /n i ≠=?????? ()j i i T,nv,n D. G nG /n i

≠=?????? 32、二元理想稀溶液，其溶质和溶剂分别遵守（ A ）。

A. Henry 规则和Lewis--Randll 规则.

B. Lewis--Randll 规则和Henry 规则.

C. 拉乌尔规则和Lewis--Randll 规则.

D. Lewis--Randll 规则和拉乌尔规则.

34、Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的方程。以下说法不正确的是( D )。

A. 引入了局部组成的概念以及温度对γi 的影响，因此精度高。

B.适用于极性以及缔合体系。

C.用二元体系的参数可以推算多元系。

D.适用于液液部分互溶体系。

35.等温汽液平衡数据如符合热力学一致性，应满足下列条件中（ B ）。 A. 足够多的实验数据 B. ∫1

ln （γ1/γ2）dX 1≈0 C. [ （ln γ1）/ P]T ，X ≈0 D. [ （ln γ1）/ T]P ，X ≈0

36、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 37、节流效应T-P 图上转化曲线是表示 A 的轨迹。

A. μj =0

B. μj <0

C. μj >0 38、理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作__D___膨胀 A ） 等温 B) 等压 C ）等焓 D ）等熵 41、Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成。（A ）

A ） 正确 B) 错误

42、蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝器置于低温空间。（ B ）

A ） 正确 B) 错误

43、稳态流动过程的理想功仅取决于体系的初态与终态及环境温度T 0，而与具体的变化途径无关。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

44、要对化工过程进行节能改进，就必须对理想功、损失功、热力学效率进行计算和热力学分析。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

45、能量是由火用和火无两部分组成。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

46、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>-T J μ，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。

47、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

48、一封闭体系经过一变化，体系从25℃恒温水浴吸收热量8000KJ ，体系熵增25KJ/K ，则此过程是（ C ）。

A. 可逆的

B.不可逆的

C. 不可能的

50、对于蒸汽动力循环要提高热效率，可采取一系列措施，以下说法不正确的是（B ）。

(A)同一Rankine 循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力 (B)同一Rankine 循环动力装置，可提高乏气压力。 (C) 对Rankine 循环进行改进，采用再热循环。 (D)对Rankine 循环进行改进，采用回热循环。

51、体系经不可逆循环又回到初态，则热温熵的循环积分（ A ）。 A <0 Ｂ =０ C >0

53、对膨胀作功过程，等熵效率的定义是不可逆绝热过程的作功量与可逆绝热过程的作功量之比。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

54、提高汽轮机的进汽温度和进汽压力可以提高蒸汽动力循环效率。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

55、气体从高压向低压作绝热膨胀时，膨胀后气体的压力温度必然降低。（ A ）

A ） 正确 B) 错误

二、填空题

1、(2分)在PT 图上纯物质三种聚集态互相共存处称 。

2、(2分)常用的 8个热力学变量 P 、V 、T 、S 、h 、U 、A 、G 可求出一阶偏导数336个，其中独立的偏导数共112个，但只有6个可通过实验直接测定，因此需要用 将不易测定的状态性质偏导数与可测状态性质偏导数联系起来。

3、(2分)纯物质 P-V 图临界等温线在临界点处的斜率 __________， 曲率为 __________。

4、(2分)麦克斯韦关系式的主要作用是 。

5、(2分)描述流体PVT 关系的立方型状态方程是 __________三次方的物态方程。 7、(2分)理想溶液的过量性质M E 等于 。

8、(6分)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近，因此它们混合时会形成_____________溶液，它们的ΔH=_____________，ΔV=___________。

9、(2分)二元混合物容积表达式为V=X 1V 1+X 2V 2+αX 1X 2，如选同温同压下符合Lewis-Randll 规则的标准态就有 △V= 。

12、(2分)对封闭体系，单位质量能量平衡方程式是_________,对稳定流动体系单位质量能量的平衡方程式是_________.

13、(2分)孤立体系的熵增表达式是__________

14、(2分)一定状态下体系的火用指体系由该状态达到与 时，此过程理想功。 15、(2分)稳流体系熵方程中熵产生是体系内部 所引起的。 16、(2分)纯物质T-S 图两相区水平线段（结线）长度表示 大小。 17、(2分)能量平衡时以热力学 为基础，有效能平衡时以热力学 为基础。

五、简答题

1、(8分)简述偏离函数的定义和作用。

答.偏离函数定义， *

M M M R -=

指气体真实状态下的热力学性质M 与同一T ，P 下当气体处于理想状态下热力学性质M* 之间的差额。如果求得同一T ，P 下M R ，则可由理想气体的M* 计算真实气体的M 或ΔM 。 2、(8分)甲烷、乙烷具有较高的燃烧值，己烷的临界压力较低，易于液化，但液化石油气的主要成分既不是甲烷、乙烷也不是己烷，而是丙烷、丁烷和少量的戊烷。试用下表分析液化气成分选择的依据。

答.（1）虽然甲烷具有较高的燃烧值，但在它的临界温度远低于常温，而乙烷的临界温度也低于夏天的最高温度，也就是说，即使压力再高，也不能使它们液化。

（2）尽管己烷的临界压力较低，但它的正常沸点远高于常温，即在常温它不易气化，不利于燃烧。

3、(6分)工程上常见的汽液平衡问题有哪些类型？

4、(6分)相平衡的热力学一致性检验

答.用热力学的普遍原理来检验实验数据的可靠性。检验的基本公式是Gibbs-Duhem方程。该方程确立了混合物中所有组分的逸度（或活度系数）之间的相互关系。常用的方法是面积检验法和点检验法。汽液平衡数据的热力学一致性是判断数据可靠性的必要条件，但不是充分条件。

5、(6分)卡诺定理的主要内容是是么？

答.所有工作于等温热源和等温冷源之间的热机，以可逆热机效率最大，

所有工作于等温热源和等温冷源之间的可逆热机其效率相等，与工作介质无关。

ηmax＝1－T2/T1

6、(6分)如何利用热力学第一定律测量湿蒸汽的干度？

答.采用节流原理，当湿蒸汽充分节流后变为过热蒸汽，测定过热蒸汽的温度、压力得知过热蒸汽的焓值，从而求得湿蒸汽的干度。

7、(6分)什么是理想功、损失功？

答.理想功是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可逆的过程进行时，理论上可以产生的最大功或者必须消耗的最小功。损失功时指给定相同的状态变化时的不可逆实际功与理想功之间的差值。

Wl=W ac-W id

六、图示或计算题

1、(20分)在T-S图上画出下列各过程所经历的途径（注明起点和箭头方向），并说明过程特点：如ΔG=0

（1）饱和液体节流膨胀；

（2）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；

（3）从临界点开始的等温压缩；

（4）过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体（压力变化可忽略）。

(1)?H=0 (2) ?S=0 (3) ?T=0 (4) ?P=0

01

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

S

T

2、(15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 =600－180X 1－ 20X 13 (J /mol) . 式中X 1 为组分1的摩尔分数, 标 准 态 按Lewis-Randall 定 则计算，求

；

　； ；　，　； ２； E H H H H H H H H )5()4()3(,)(,)1(212121?∞

∞（15分）

3

113

113123121122211121213123

1211

122

12

112020)52020)60040600()4004060420()()()()4/600/400)3/640/420)2406004060420)1()1601802x x H H x x x x x x x H H x H H x H H x H x H x H mol

J H mol J H mol J H mol J H x H x x dx dH

x H dx dH x H H x dx dH 、E i i i i i i i -=?=-=-++-+-=-+-=-=-=?====+=+-=-+=-=--=∑∑∑∞∞

3、(15分)已知某含组分 1 和 2的二元溶液，可用 lnγ1=AX 22 , lnγ2=A X 12 关联，A 可视为常数， 60℃ 下达汽液平衡时能形成共沸物，现测得60℃下 γ1∞ = 14.7, P 1S = 0.0174MPa, P 2S = 0.0667MPa ，设汽相可视为理想气体。试求： （1）G E 表达式； （2）A 值； （3）60oC 下恒沸点组成和平衡蒸汽压。

MPa e e

P x P x P x x x x x x P P P P P x Py P x Py y x y x A x ARTx Ax x Ax x RT x RT G s s s s s s s s x i i E 07891.005918

.001973.00667.075.00174.025.075.0;25.00667.0ln 6878.20174.0ln 6878.2:ln ln ln ln //,1,)36878

.27.14ln ln lim ln )2)()ln (2

2

125.06878.275.06878.2222111212122122112211222211112

21110

12

12122

21=+=??+??=+===+=+=+=→=========+==??→∞∑γγγγγγγγαγγγ得＋＝１联立求解＋与 和　即恒沸时２

4、(15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？其热力学效率是等熵膨胀效率的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的5%。

答. 进出透平机的蒸汽状态见下图所示，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-W s 则()s s s W W W H H m 95.0%512-=-=-

蒸汽流量

1

124.166506.32474.26313600

300095.095.0-?=-??-=--=

h kg H H W m s

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，从附录查得饱和蒸汽的熵

1

17153.7--?=K kg kJ S g ，从饱和水性质表查得饱和液体的熵，

1

19875.0--??=K kg kJ S l

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

空气的焓值 H=x ×H g +（1-x ）H l

=0.9126×2631.4+(1-0.9126)×304.25=2428.0kJ ·kg -1 定熵效率

S

5、(15分)试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为298K 。 0.15MPa ，160℃，过热蒸汽； 0.3MPa ， 160℃，过热蒸汽； 0.07MPa ，100℃，过冷蒸汽； 100℃，饱和蒸汽； 0.1MPa ，100℃，饱和水；

0.1MPa ，0℃，冰。

答. 由水和水蒸汽性质表可查得各状态点的焓和熵值，设298K ，液态水为基准态，有效能

为零。

根据有效能计算式：

)

()(0000S S T H H B B ---=-

判断水蒸汽的价值，应当用有效能而不是焓，从表中1，2可见，相同温度下，高压蒸汽的焓值虽不如低压蒸汽高，但是其有效能却比低压蒸汽为高。实际使用中，当然高压蒸汽的使用价值高，相对称为高品质能量。

模拟题四

二．填充题（每空1分，共13分）：

1．纯物质 T —S 图的拱形曲线下部为_______________ 区。

2．一定状态下体系的有效能是指体系由该状态达到与____________成完全平衡状态时，此过程的理想功。 5．单位质量稳定流动体系能量平衡方程_______________________________, 对流体通过换热器的过程，能量平衡方程可简化为 ______________________，对流体通过泵、压缩机等设备的过程，能量平衡方程可简化为_______________________。

四． 计算题

1、 （12 分）化工生产中需0.1MPa ，80℃ 热水用于设备保温，此热水由0.2MPa ，175℃ 水蒸汽通入0.1MPa ，20℃冷水在热水槽中混合得到。请计算： （1）制备1吨热水需用多少冷水和水蒸汽？（4分）

（2）此混合过程理想功和损失功各是多少（按1吨热水计）？（4分）

（3）如果用0.1MPa，95℃热水代替水蒸气制备0.1MPa，80℃热水，那么损失功又是多少（按1吨热水计）？（2分）

(4) 比较（2）和（3）的结果，哪一个损失功小？为什么？（2分）

设混合过程热损失可忽略，环境温度是20℃。有关数据列于下：

热水（80℃）热水（95℃）冷水（20℃）水蒸气（175℃）

H （kJ/kg） 334.91 397.96 83.96 2819.7

S （kJ/（kg K）） 1.0753 1.2500 0.2966 7.3931

答.

2、 (12分) 有一氨压缩制冷循环装置其制冷能力为100000kJ/h，氨蒸发温度是243 K, 蒸发器出口的氨饱和

蒸汽经可逆绝热压缩、冷凝到303K，过冷到298K，再经节流伐等焓膨胀后回蒸发器。问：（1）如果压缩机进、出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，冷凝器出口过

冷氨的焓是540kJ/kg，试求压缩机的理论功率和装置的制冷系数。（5分）

（2）如果将氨的蒸发温度调整到253K，压缩过程仍为可逆绝热压缩，其余条件不

变，试问压缩机的理论功率有何变化，为什么？此时压缩机进、出口处氨的焓分别是1658kJ/kg 和1912kJ/kg。（3分）

（3）在T--S图上标出（1）、（2）二循环过程。（4分）

答.

模拟题五

一、 选择题

1、水处于饱和蒸气状态，其自由度为 B ，如要查询水的饱和蒸气热力学性质表，则需要

个独立状态参数的已知条件。

A 、 0

B 、 1

C 、 2 D. 3 8、有一机械能大小为1000KJ ，另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ，则恒温热源的热火用

机械能的火用。B

A 、大于

B 、小于

C 、等于

D 、不能确定 10、高压氮气从同一始态出发，分别经历两个不同的膨胀过程达相同的终态。其中已知一个

可逆过程的工质熵变为20KJ/（kg.K ），另一个不可逆过程的工质熵变 C KJ/（kg.K ）。

A 、大于20

B 、小于20

C 、等于20

D 、不能确定。

11、某真实气体符合状态方程

，a 、b 为的常数， 则当该气体进行绝热膨胀时，膨胀后气体的温度 B 。

A 、升高

B 、降低

C 、不变

D 、不能确定

二、填空题

2、计算逸度系数的公式 ?

-

=

P

i i dP P

RT

V RT

)(1ln ? 仅适用于气体组份，而不能用于液相或固相组份。则该论述是 （作出是非判断）

3、某气体温度为150℃，其临界温度为126.20K ，给气体加的压力P 足够大，则气体 被

液化。（作出“能/不能”的判断）

4、理想气体有f = P ，而理想溶液有 i i ??

=?。 （作出是非判断） 5、 在热力循环中，如果工质不向冷源放热，则该循环的热效率是可以达到100% 。则该论述是 （作出是非判断）

6、常温常压下，将10cm 3液体水与20 cm 3液体甲醇混合后，其总体积=30 cm 3。 则该论述是 （作出是非判断）

7、氮气在封闭的气缸内经历不可逆过程，内能减少20kJ ，对外作功10kJ ，则此过程中工质与外界交换热量Q = kJ 。

8、汽液相平衡的计算方法有 和 两种方法，前者适用于低中压体系，后者适用于高压体系。

)(5

.0b T a

b RT P +--=

υυυ

9、给冷流体T 2加热至预定的工艺温度，采用换热器进行间接传热，当热流体温度T 1减小，

即传热温差（T 1-T 2）减小，则流体有效能的损失 。（作出“减小/增大/不变/与传热温差无关”的判断）

10、封闭体系中的1mol 理想气体，由 p 1 =10 bar 、v 1 =0.4m 3 可逆定温膨胀到 v 2 =0. 8m 3，则 ?S = KJ/（mol..K ）。 11、当过程不可逆时, 孤立系统的△S 总 0, 工质的△S 产生 0。

三、分析说明题

在热功转化的实际热机循环中，将5Mpa 、40℃水在锅炉中定压加热到400℃的过热蒸汽。 （1） 计算其过程的焓变。工程中常采用水的热力学图或表来查询过程始态和终态的

焓值进行计算。现技术员小张使用不同来源的水蒸汽表或图（均是正式的权威出版物，数据可靠）查到同一状态点的焓值h 值竟相差较大，为什么？工程中使用热力学性质图、表来求解热力学过程的焓变、熵变时要注意什么问题。

（2） 请自行给出已知条件，计算工质在锅炉所吸收的热量Q 。（答题时只需给出解

题的步骤和方法，不必给出具体结果）

答. （1）状态（T 、P ）的焓值H 是相对于某一基准态的焓值。1分

如基准态规定不同，同一状态点（T 、P ）其焓值也是不同的。小张遇到问题，因不同来源水蒸汽图或表的焓值基准态规定不同造成的。4分 要注意问题：所查询过程始态和终态的焓值的基准态应相同。2分 （2）对锅炉进行能量衡算Q + W = △H + △[（1/2）C 2

]+ △(gh ) 1分 W ≈0 △(gh) ≈0 △[（1/2）C 2 ] ≈0 1分 ∴ Q ≈△H 1分 方法一：△H = H 2- H 1 [KJ/Kg] 查水蒸汽图或表的始、末态的焓值。1分 方法二：设计过程计算焓变（1分）

5Mpa 、40℃水→5Mpa 饱和水→5Mpa 饱和水蒸汽→5Mpa 、400℃的过热蒸汽。

据热容进行显热计算)(1212

1

t t C dt C H p t t p -≈=??[KJ/Kg]，据汽化潜热进行相变热计算。

四、应用及计算题

1、 已知50Kg 的丙烷气体，需要在137℃、5Mpa 的条件下贮存。欲设计一个压力容器，

请提供该容器的体积设计参数。请分别据两种方法进行计算： （1） 普遍化三参数压缩子法 （2） 真实气体状态方程法

设丙烷符合R-K 方程)

(5.0b T a

b RT P +--=υυυ 说明：答题时只需给出解题的步骤和方法，不必给出具体结果。

注意：公式中每一参量必须作出说明：根据已给条件，直接代入公式中每一参量的具体

数值和单位必须作出说明，而在计算时已知条件不足的均须自行补充说明（其中a 和b 不必列出公式）。否则相应步骤的得分值为0。

答. （1）普遍化三参数压缩因子法：（共6分）

（1分）

?=

=

c

r c

r T T

T P P P （1分）查压缩因子表得Z 0和Z 1

（1分）10Z Z Z

?+=?ω

（1分）P

T

Z

ZRT P 丙烷μυυ314.8=?= （1分）

（1分）)(50V 3m m υυ

==∴ （υ量纲为[Kg m /3]）

（2）真实气体状态方程法：（共7分）

（4×1=4分）)(5.0b T a b RT P +--=υυυ 已知.K)/(314

.8kg KJ R 丙烷

μ=

K T k p a

p 4101053=?=

（1分）而

c

c C C c

c

C C P T R b P T R f b P T R a P T R f a /0864.0),,(/42748.0),,(5

.22?====或或

须查取丙烷的临界参数

（1分）据)

(5.0b T a b RT P +--=

υυυ，经试差计算得υ（Kg m /3）， （1分）)(50V 3m m υυ==∴ （υ量纲为[Kg m /3]）

2、某纯物质B 由1 .013Mpa ，453K 的饱和蒸汽变为4 .052Mpa ，653K 的过热蒸汽。（1）试设计以偏离函数为基础的计算过程△H 的路径框图，并写出各步骤的计算过程的焓变及△H 总表达式；列出所用到的主要公式，不需算出最后结果。（2）简要说明计算过程△H 为何要引入偏离函数的概念。

（假设已知理想气体的Cp= a+bT+cT 2，偏离焓H R ）。

答. 1）共9分

分

R

R H H H H 2*1+?+-=? 2分

1+1+1=3分

（2）共4分

如据 计算，一方面：对于真实流体特别

是新开发的物系，其热容往往比较缺乏；另一方面真实流体的状态方程比较复杂，即计算较繁琐、工作量大。基于此，则工程中计算过程△H 可引入剩余性质的概念，计算较简单、方便。

3、某二元低压体系，组分的结构差别较大，其超额自由焓的表达式为G E /(RT)=2x 1x 2，某温度下，该体系纯组分的饱和蒸汽压分别为：

P 1s = 82.37kPa ， P 2s = 37.31kPa

请进行如下计算：

（1）列出汽液平衡关系式；

（2）求组分1、组分2的活度系数与组成的关系； （3）求该温度下体系的 p-x 1-y 1 关系式；

答. （1）汽液平衡式i S i i i g i

L i y P P x f f ?=???=γ??

（2）

J

n P T i E i n RT G n ,,)/(ln ???

?

??????=γ 22

12122)/(n

n n x x RT G E

?=?=而

2

2

12ln x =∴γ 2122ln x =γ

（3）

1112111222

0.735(1)0.73512

169.4981.3150.695()

150.695()S S

x x P P y P y x p x p e x e x Kpa p Kpa γγ-=?+?=??+??=+=∴=

模拟题六

一、选择题

653453

32653

453

2

653453

*

|)3

1

5.0()(0CT BT AT dT CT BT A dT C H H H P P T ++=++=+

=?+?=??

?dP T V

T V dT C H P P p P ?

???-+=?21

])([653

453212

212)1

(2)1(31.37

37.82

11x e x e x x -+=-

1、R －K 方程、P －R 方程等是实用的立方型方程，对于摩尔体积V 存在三个实根或者一个

实根，当存在一个实根V 值（其余二根为虚根）时，V 值是 C 。 A 、饱和液体体积 B 、饱和蒸汽体积 C 、过热蒸汽 D 、过冷液体

6、水处于过热蒸气状态，其自由度为 C ，如要查询水的过热蒸气热力学性质表，则需要 C

个独立状态参数的已知条件。

A 、 0

B 、 1

C 、 2

D 、 3 7、经历一个实际热机的循环过程，体系工质的熵变 C 。 A 、>0 B 、<0 C 、=0 D 、可能>0，也可能<0 9、下列论述错误的是 A 。

A ．P-R 方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。 B. R-K 方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。

C.活度系数可以大于1也可小于1。

D. 压缩因子可以大于1也可小于1。

10、若分别以某一真实气体和理想气体为工质在两个恒温热源T1、T2之间进行卡诺理想循环，试比较这两个循环的热效率。 B

A ．前者大于后者 B. 两者相等 C. 前者小于后者 D.没法比较。 12、对于流体混合物，下面式子错误的是 A 。

A 、i x i M M i 1

lim →∞

= B 、 i i i V P U H +=

C 、理想溶液的i i V V = i i U U =

D 、理想溶液的i i H H = i i G G ≠ i i S S ≠

二、填空题

2、 对于热力学关系式 dp T

V

T V dT C dH p p ])(

[??-+= 仅适用于气体组份，而不能用于液相或固相组份。则该论述是 （作出是非判断） 4、当湿蒸汽的干度 x ＝ 0 时，工质全部为 状态 。

5、某气体温度为t ℃，其临界温度为t C ℃，给气体加的压力P 足够大，则气体能被液化的温度条件是 。

6、热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。其论述

是 （作出是非判断）

7、在 相区，压力和温度对其容积性质的影响很小。

9、封闭体系1mol 某气体，由 p 1 =1Mpa 、v 1 =0.1m 3 定温膨胀到 v 2 =0. 4m 3，则 ?S =

KJ/（Kmol..K ）。

10、放热不可逆过程，工质的热熵流 0, 工质的△S 产生 0。

11、在化工生产和设计过程中，都要力求 管路上的弯头、缩扩变化，以减少火用损失。 12、纯物质的逸度f i ，混合物的逸度f ，混合物中组分的逸度i f ∧

三者的

定义相同。 （作出是非判断）

三、分析说明题（共11分）第1题5分、第2题6分

1、二元体系的活度计算式 ?

??+=-=)

25.0(ln )25.1(ln 12212212x x x x γγ的模型是否有合理？请分析说明。

答. 如果该模型合理，则应满足G-D 方程0)(ln )(ln 2211=+γγd x d x 1分

222211

)(ln )(ln dx d x dx d x γγ-= 1分 而 )65()1()

(ln 222211

x x x dx d x -?-=γ1分 )56)(1()

(ln 2222

22

--?-=-x x x dx d x γ 1分 该模型合理 2、请举两个例子简单说明热力学第二定律在实际中的应用。

答. （1）夏天从低温热源（房间）将热量移到高温热源（环境）以实现制冷的效果，（1

分）该过程是不能自发进行的（1分）。而借助空调消耗电功，则制冷循环就可自发进行了，即可将热量从低温热源移到高温热源。（1分）

（2）冬天从低温热源（环境）将热量移到高温热源（房间）以实现供热的效果，（1分）该过程是不能自发的（1分）。而借助空调消耗电功，则热泵供热循环就可自发进行了。（1分）

四、应用及计算题（39分） 每题13分

1、有两股压力分别是12.0 MPa 和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。

(1) 如用于作功，经稳流过程变成25℃的饱和水，求W id (T o =298K ) 。 (2) 如用作加热介质，经换热器后变成25℃的饱和水，求换热量Q 。 对计算结果作综合分析，在化工设计和生产过程中如何合理地使用这两股蒸汽？

已知：各状态点一些热力学参数，见表1。

表1. 装置各状态点一些热力学参数