化工热力学B(答案)
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2015 至 2016 学年第 1 学期
化工热力学 考试试卷B (答案与评分标准)
考试方式: 闭卷笔试 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %
一、选择题(本题20分,每题2分)
二、判断题(本题10分,每题1分)
三、填空题(本题10分,每空1分) 1. 8.314,83.14,8.314,1.980 2. 0.243
3. Henry 定律, Lewis-Randall 规则
4. 0.587,0.717
5. 0.334
评分标准:每空1分,除了数字必须完全和以上参考答案相同以外,只要和以上参考答案相近的叙述都可以视为正确答案。 四、计算题(本题50分,每题10分)
1. 一钢瓶的安全工作压力10MPa ,容积为7810cm 3,若装入1000g 的丙烷,且在253.2℃(526.35K )下工作,若钢瓶问是否有危险? (注:以PR 方程计算,PR 方程为:)
()(b V b b V V a
b V RT p -++--=
,方程的参数a = 793906.842
6
mol cm MPa ⋅⋅-;b = 56.293
1
cm mol -⋅。) 解:1000g 丙烷的物质的量为:100044/g
n g mol
=
(2分)
22.73mol = (1分)
3
781022.73cm V mol -= (2分)
31343.60cm mol --=⋅ (1分)
根据PR 方程,253.2℃(526.35K )下,7810cm 3的钢瓶中装入1000g 的丙烷,其压力应该为:
()()8.314526.35793906.84
343.6056.29343.60(343.6056.29)56.29(343.6056.29)4376.07793906.84793906.8415.23287.31343.60399.8956.29287.31137402.2016172.68RT a
p V b V V b b V b =
-
-++-⨯=-
-⨯++⨯-=-=-⨯+⨯+ (2分) 10.0610=> (1分)
所以不能安全工作。 (1分) 评分标准:公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分;直接代入数据,不写公式且计算正确也得分;仅仅写出公式并罗列数据,但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 2. 三元混合物的各组分摩尔分数分别为0.25,0.3和0.45,在6.585MPa 和348K 下的各组分的逸度系数分别是0.72,0.65和0.91,求混合物的逸度。 解: ˆln ln i
i
y φφ=
∑ (2分)
0.25ln 0.720.3ln 0.650.45ln 0.910.254=++=- (2分) ()ln ln f P φ= (2分) ln 6.585(0.254) 1.631=+-= (2分) )MPa (109.5=f (2分) 评分标准:公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分;直接代入数据,不写公式且计算正确也得分;仅仅写出公式并罗列数据,但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 3. 设已知乙醇(1)-甲苯(2)二元系统在某一气液平衡状态下的实测数据为t = 45℃,p =24.4 kPa ,x 1=0.300,y 1=0.634,并已知组分1和组分2在45℃下的饱和蒸气压为kPa p s
06.231=,
kPa p s 05.102=。试采用低压下气液平衡所常用的假设,求:
(1) 液相活度系数1γ和2γ; (2) 液相的G E /RT ;
与理想溶液想比,该溶液具有正偏差还是负偏差?
解:(1)由1111γx p py s
=,得 (2分)
111124.40.634
2.240.32
3.06
s
py p x γ⨯=
==⨯ (2分) 同样有:27.105.107.0)
634.01(4.242
222=⨯-==
x p py s
γ (2分) (2) 1122
ln ln 0.3ln 2.240.7ln1.270.41
E
G x x RT γγ=+=⨯+⨯= (2分)
11084J mol E G -=⋅ (1分)
由于121;1γγ>>,故为正偏差溶液。 (1分) 评分标准:公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分;直接代入数据,不写公式且计算正确也得分;仅仅写出公式并罗列数据,但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 4. 常压下乙酸乙酯(1)-乙醇(2)系统在344.95K 时形成共沸物,其组成为1x =0.539。已知乙酸乙酯和乙醇在344.95 K 时的饱和蒸气压分别为78.26 kPa 和84.79 kPa ;329.45 K 时的饱和蒸气压分别为39.73 kPa 和48.00 kPa 。
(1) 试计算van Laar 活度系数方程的常数A 12、A 21;
(2) 假定A 和 B 不随温度、压力变化,求329.45 K 时该系统的共沸压力及组成。 Van Laar 活度系数关联式:12
12
121212ln 1A A x A x γ=
⎛⎫
+ ⎪⎝⎭
21
22
212121ln 1A A x A x γ=
⎛⎫+ ⎪
⎝⎭
其中方程参数:2
az az
az
22121az az 1
1
ln 1ln ln x A x γγγ
⎛⎫=+
⎪⎝
⎭
2a z
a z az 11212az az
2
2ln 1ln ln x A x γγγ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 解:(1)344.95 K 时由共沸相平衡可知
11s p p γ=
11101.325
1.294778.26
s p p γ=
== (2分) 22s
p p γ=
22101.325
1.195084.79
s p p γ=
== (2分)