期末复习题——化工热力学演示教学

期末复习题——化工

热力学

中国石油大学（北京）远程教育学院

《化工热力学》期末复习题

一、单项选择题

1．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是。

A. 可以解决由于实验的P-V-T数据有限无法全面了解流体P-V-T 行为的问题。

B．可以解决实验的P-V-T数据精确度不高的问题。

C．可以从容易获得的物性数据（P、V、T、x）来推算较难测定的数据（H，U，S，G ）

D．可以解决由于P-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的P-V-T的问题。

2．甲烷P

c =4.599MPa,处在P

r

=0.3时，甲烷的压力为。

A．15.33MPa B．2.7594 MPa； C．1.3797 MPa

3．理想气体的压缩因子Z=1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子。

A．小于1 B．大于1 C．可能小于1也可能大于1

4、水处于饱和蒸气状态，其自由度为，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、 0，1

B、 1，1

C、 2，1 D. 1，2

5．剩余性质M R的概念是表示什么差别的。

A．真实溶液与理想溶液 B．理想气体与真实气体

C ．浓度与活度

D ．压力与逸度 6．纯物质在临界点处的状态，通常都是 。

A ．气体状态

B ．液体状态

C ．固体状态

D ．气液不分状态 7．虚拟临界常数法是将混合物看成一个虚拟的纯物质，从而将纯物质对比态原理的计算方法用到混合物上。.

A ．正确

B ．错误

8．关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ）

A.判断新工艺的可行性。

B.反应速率预测。

C.化工过程能量分析。

D.相平衡研究

9. 对于流体混合物，下面式子错误的是 。 A

、 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 S S = i i G G =

10．化学位可表示成四个偏导数形式，每个偏导数都是偏摩尔性质。 。

A ．正确

B ．错误

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 ．dH = TdS + Vdp

B ．dH = SdT + Vdp

C ．dH = -SdT + Vdp

D ．dH = -TdS -Vdp 12．对1mol 符合Van der Waals 状态方程的气体，有 。

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)

13．90℃，1atm 下苯（1）-甲苯（2）汽液平衡系统可视为完全理想系。此条件下蒸汽压为：12

1.343, 0.535s s p atm p atm ==，则汽液平衡组成11x y 和分别是 。

A ．0.576, 0.773

B ．0.773, 0.576

C ．0.424, 0.227

D ．0.227, 0.424

14. 汽液平衡关系S i i i i

py p x γ=的适用的条件_______。

(A)无限制条件

(B)低压条件下的非理想液相

(C)理想气体和理想溶液 (D)理想溶液和非理想气体

15.冬天要给-10℃房间供热取暖，消耗500Ｗ的功率给房间供热，采用可逆热泵循环（空调）、电热器两种供热方式，哪种供热方式的供热量多？ A ．热泵 B. 两者相等 C. 电热器 D.没法比较。

16．298K 下，将两种液体恒温恒压混合，形成理想液态混合物，则混合前后下列热力学性质的变化情况为 。

A ．?S >0，?G <0

B ．?S =0，?G <0

C ．?S <0，?G >0

D ．以上均不对 17.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 KJ/（kg.K ）。

A 、大于20

B 、小于20

C 、等于20

D 、不能确定。 18．二元气体混合物的摩尔分数1

0.3y =，在一定的T, P 下，

12??0.9381, 0.8812?

?==，则此时混合物的逸度系数为 。 A ．0.9097 B ．0.9827 C ．0.8979

D ．0.9192

19．要加热50℃的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小 。

A ．60℃的热水

B ．80℃的热水

C ．100℃的饱和蒸汽

D ．120℃的过热蒸汽 20.基于局部组成概念的两参数Wilson 方程在工程设计上获得广泛应用，以下不正确的描述为

A ．能反映温度对γi 的影响

B ．能应用于部分互溶体系

C ．可从二元体系推算多元体系

21．立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示 。

A ．饱和液相摩尔体积

B ．饱和汽相摩尔体积

C ．无物理意义 22．如当地冷却水温度为常年18℃，则氨制冷循环的冷凝温度应选 。

A ．18℃；

B ．8℃；

C ．28℃；

D ．48℃。 23． 偏摩尔性质的表达式为 。

A ．()i j n nV,T,i n nF ≠????????

B ．()i j n P,T,i n nS ≠????????

C ． ()i j n P,T,i x nH ≠????????

D ．()i

j n P,T,i n nP ≠?

??

????? 24．一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 。

A 可逆的

B ．不可逆的

C 不可能的

25．体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在 。

A ．（ΔS 环）可逆< （ΔS 环）不可逆

B ． （ΔS 环）可逆 >（ΔS 环）不可逆

C ．（ΔS 环）可逆 = （ΔS 环）不可逆

D ．（ΔS 环）可逆= 0

26． 由3 mol A 和9 mol B 形成理想液态混合物，已知某温度下S 90kPa A

p =，

S 30kPa B p =，则平衡气相摩尔分数之比A B

y y 为

(A) 3:1 (B) 4:1 (C) 1:1 (D) 8:1

27．某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器中因冷却介质改变，比原冷凝压力下的饱和温度低了5度，则制冷循环 。

A ．冷量增加，功耗不变

B ．冷量不变，功耗减少

C ．冷量减少，功耗减小

D ．冷量增加，功耗增加

28．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 。

A ．增加

B ．减少

C ．不变

D ．不确定

29．对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度，则其热效率 。

A ．有所提高，乏气干度下降

B ．不变，乏气干度增加

C ．有所提高，乏气干度增加

D ．热效率和干度都不变 30．在一定T 、P 下汽液平衡关系V L ??i i

f f 的适用的条件_____________。

A ．无限制条件

B ．低压条件下的非理想液相

C ．理想气体和理想溶液

D ．理想溶液和非理想气体

31、工作于温度为600K 和300K 热源间的热机，工质从高温热源吸收100KJ 的热量，则最多可做的功为

A 、25KJ

B 、60KJ

C 、50KJ

32、工作于600K 和300K 热源间的热机，工质从高温热源吸收100KJ 的热量，向低温

热源排放的热量为

A 、75KJ

B 、50KJ

C 、40KJ

33、对于一个均相体系，V

P

T S T T S T ?

??

????-???

????等于 A 、0 B 、Cp-Cv C 、Cp/Cv

34、一气体符合

b

V RT P -=

的状态方程，在等温下当气体从V 1可逆膨胀至V 2时，则体系

的熵变ΔS 为 A 、

b V b V RT --12ln B 、b V b V R --12ln C 、1

2ln

V V R 35、根据剩余性质的概念，当P→0时，实际气体的G R 为

A 、等于零

B 、大于零

C 、小于零

36、稳流体系热力学第一定律的数学表达式

A 、Δu+PV=Q-Ws

B 、gΔZ+1/2Δu 2=Q+Ws

C 、gΔZ+1/2Δu 2+ΔH=Q+Ws 37、流体流过保温良好的换热器、反应器、混合器等设备时，稳流体系热力学第一定

律的数学表达式为

A 、ΔH=-Ws

B 、ΔH=Q

C 、ΔH=0

38、流体流过节流伐时，稳流体系热力学第一定律的数学表达式 A 、ΔH=Q B 、ΔH=Q -Ws C 、ΔH=0

39、热流体等压下自温度T 1冷却到温度T 2，则热流体的熵变 A 、ΔS=0 B 、ΔS>0 C 、ΔS<0 40、绝热可逆过程体系的熵变

A 、ΔS<0

B 、ΔS>0

C 、ΔS=0 41、有温差的换热过程，总熵变

A 、ΔS t =0

B 、ΔS t <0

C 、ΔS t >0

42、实际生产中对有温差的传热过程进行热力学分析时，热流体的做功能力

A 、增加

B 、减少

C 、不变 43、，实际生产中对于有温差的传热过程的损耗功。 A 、W L =0 B 、W L <0 C 、W L >0 44、理想气体节流膨胀时，温度变化

A 、ΔT H >0

B 、ΔT H <0

C 、ΔT H =0 45、环境状态下（环境温度、压力、组成）物系的做功能力 A 、>0 B 、<0 C 、=0

二.多项选择题

1．任何过程的发生和进行必定要符合 ( ) A ．热力学第一定律 B ．热力学第二定律 C ．热力学第三定律 D ．Raoult 定律 E ．亨利定理

2．下列哪些热力学性质无法直接测量 ( ) A ．H B ．T C ．S D ．G E ．P

3．理想溶液中，组份i 的偏摩尔性质和与溶液有相同T,P 时纯i 的摩尔性质相等的热力学性质有 ( )

A ．i i -

S S = B ． _

H i i H = C ．_A i i A = D ． i i -

G G = E ．i i -V V =

4．朗肯循环主要包括下列哪些设备和机械？ ( ) A．锅炉 B．过热器

C．透平 D．冷凝器

E．水泵

5．溶液中组分i的偏摩尔性质与下列哪些因素有关？ ( ) A．温度 B．组成

C．体积 D．压力

E．临界性质

三、判断题：

1、纯物质的三相点随着温度或压力的不同而改变。

2、对能量交换系统进行热力学分析时，有效能效率就是热效率。

3、节流膨胀过程的温度降大于作外功的绝热膨胀过程的温度降。

4、在等温条件下，纯物质逸度的完整定义是dG

i =RTdlnf

i

。

5、对于理想气体?

=

f。

6、对于一般负偏差的体系，液相的活度系数一定小于1。

7、对于纯物质，当P>P

C 、T>T

C

时，物质以液态存在。

8、当压力大于临界压力时，纯物质就以气态存在。

9、在一定温度下，当汽液达到平衡时，则组分在汽、液相的逸度相等。

10、纯物质在相平衡状态下，液体汽化时，摩尔体积、摩尔焓、化学位的变化值均

大于零。

11、热力学函数关系式dH=TdS+VdP只适用于可逆过程。

12、对于气体，当P→0时，可视为理想气体，则f/p→∞。

13、对于理想溶液，所有的混合性质的变化都等于零。 14、对于理想溶液，所有的超额性质都等于零。

15、温度和压力相同的两种理想气体（纯物质）等温等压混合后，则总体积为原来

两气体体积之和，总熵为原来两气体熵之和。

四．填空题

1、纯物质在汽液平衡两相区内等温线上各点的压力维持不变，其数值等于纯物质

的 。

2、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机，

其循环热效率等于 。

3、计算流体P —V —T 普遍化方法有两种： 。

4、甲烷Pc=4.599MPa,处在Pr=0.6时甲烷的压力为 。

5、偏摩尔体积()j n P,T,i n nV ≠?

??

??

???可用符号 表示之。 6、低压下汽液平衡的计算关系式为 。

7、某一定组成的混合物，一定温度下的泡点压力与露点压力是 _(相同/不同)，

一定压力下的泡点与露点，在P-T 图上是 的（重叠/分开）；纯物质汽液平衡时的最大压力称为 ，最高温度称为 。 8、说明下列汽液平衡关系式适用的条件 （1）L i V i f ?f ?= 。 （2）i s i i x p y P ?=?_ 。 （3）i s i i i x p y p ??=?γ 。

（4）S i i s i i v i i ?x p ?y p ?γ?

???=?? 。

9、Pitzer 定义的偏心因子的表达式为 。

10、计算流体的热力学性质时，所谓剩余性质，是气体在真实状态下的热力学性质

与在相同的 下当气体处于 时热力学性质之间的差值。 11、在热力学图表中，若汽液混合物的干度用x 表示，Hg 表示饱和汽体的焓，Hl 表

示饱和液体的焓，则汽液混合物的焓 。

五、问答题

1．请写出稳流体系热力学第一定律的数学表达式。 2．请告知Gibbs-Duhem 方程的主要用途。

六、计算题

1.用一冷冻系统冷却海水，以30kg ·s -1的速率把海水从25℃冷却到-10℃，并将热量排至温度为303K 的大气中，求所需功率。已知系统的热力效率为0.25，海水的比热为3.5 kJ · kg -1·K -1。

2. 某二元体系50℃的液相组成为x 1=30%(mol 分率)，P 1s =0.431KPa, P 2s =24.9KPa, 假设汽相是理想气体混合物，液相的活度系数分别为γ1＝2.92，γ2＝1.17，试计算该体系汽液平衡时的汽相组成和平衡压力。

3、有1摩尔理想气体，起始状态为300K ，1MPa ，m

P C

,为30J/mol.K ，试计算它经历了

下面不同过程以后的熵变以及过程导致的熵产和功损。 （1）恒温可逆膨胀到0.1MPa; （2）恒温向真空膨胀到0.1MPa ；

4、已知某二元低压体系，液相温度为300K

时，有()E

12120.75nG n n n n RT

=+，

S 11866Pa p =，S 23373Pa p =。求组成为2.01=x 时，此二元液体的气相组成1y 和总压。

中国石油大学（北京）远程教育学院

《化工热力学》期末复习题答案一、单项选择题

二、多项选择题

1.. A,B,C

2. A,C,D

3. B,E 4 A,B,C,D,E 5.A,D,B

三、判断题

1、×;

2、×;

3、×;

4、×;

5、×;

6、√;

7、×;

8、×;

9、√; 10、×;

11、×; 12、×; 13、×; 14、×; 15、×

四、填空题

1. 该温度下的饱和蒸汽压；

2. 62.5%

3. 普遍化维里系数法和普遍化压缩因子法

4. 2.7594MPa

5. i V

6. s i i i i P x P y γ=

7、某一定组成的混合物，一定温度下的泡点压力与露点压力是不同_(相同/不同)，一定压力下的泡点与露点，在P-T 图上是 分开 的（重叠/分开）；纯物质汽液平衡时的最大压力称为 临界压力_，最高温度称为临界温度。 8、说明下列汽液平衡关系式适用的条件

（1）L i V i f ?f ?=_一定温度、压力下的相平衡体系_； （2）i s i i x p y P ?=?________完全理想体系 ________； （3）i s i i i x p y p ??=?γ_____ 低压体系_______ ；

（4）S i i s i i v i i ?x p ?y p ?γ?

???=??_高、中、低压相平衡体系_； 9、Pitzer 定义的偏心因子的表达式为 ω= -Lg(Pr s )Tr=0.7-1.0 。

10、计算流体的热力学性质时，所谓剩余性质，是气体在真实状态下的热力学性质与在相同的温度、压力下当气体处于理想状态时热力学性质之间的差值。

11、在热力学图表中，若汽液混合物的干度用x 表示，H g 表示饱和汽体的焓，H l 表示饱和液体的焓，则汽液混合物的焓 H m =Hg ×x+H l ×(1-x)。

五、问答题(22分)

1）稳流体系热力学第一定律的数学表达式：gΔZ+1/2Δu 2+ΔH=Q+Ws

2）Gibbs-Duhem 方程的主要用途有：(1)、检验实验测得 物性数据 的正确性；（2）、检验热力学函数关系式的正确性；(3)、从一个组元的偏摩尔量推算另一组元的 偏摩尔量（二元体系）。

六、计算题

1.解: 以单位质量流体为基准：

??-===?2

1

263

298

k /k 5.1225.3T T p g J dT dT C H

?

?-===?2

1

k /k 4373.0298

263

ln

5.3T T p K g J dT T

C S g J S T H W id k /k 10)4373.0(3035.1220=---=?-?=

g J W W id

ac k /k 4025

.010

==

=

η

40301200k T Ws W =?=

2.

解：s s P x P x P y P y P 22211121γγ+=+= 9.247.017.1431.03.092.2??+??=

Pa k 7707.20=

0182.07707

.203776

.01==

y

9739.07707

.209.247.017.12=??=y

3、首先确定过程的始、末状态参数。

始态：MPa 1K 30011==P T ，； 末态：MPa 1.0K 30022==P T ， 理想气体,恒温过程内能不变，0=+=?rev rev W Q U 或rev rev W Q -=，而，

57431.01ln 300314.8ln ln 21122

1

2

1

=???

????=???? ??=???? ??===-?

?P P nRT V V nRT dV V nRT PdV W V V V V rev J 体系的熵变

14.19300

5743

===

?T Q S rev J/K 可逆过程，熵产和功损为零。

（2）熵变与（1）相同,过程中体系对外做功和吸收的热量均为零，因此熵产J/K 14.19=?=?S S g ；功损574305743=-=-=W W W rev L J

4、

解：E

1212

0.75n n nG RT n n =+，则：

2E 2121(/)ln 0.75n nG RT x n γ???==?????，1

E 2212(/)ln 0.75n

nG RT x n γ???==????? 当10.2x =，2

212

ln 0.750.750.80.48x γ==?=，1 1.616γ=；同理2 1.030γ= ()11122218660.2 1.61633730.8 1.0303384Pa S S

p p x p x γγ=+=??+??=

111118660.2 1.6160.17823384

S p x y p γ??===