华东理工大学20 -20 学年第 学期《化工热力学》课程模拟考试试卷 A (答案)开课学院：化工学院，专业：化学工程与工艺 考试形式：闭卷，所需时间： 120分钟 考生姓名： 学号： 班级： 任课教师：1．当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。

( × ) 2．纯物质的三相点随着所处压力的不同而改变。

( × ) 3．用一个相当精确的状态方程，就可以计算所有的均相热力学性质随着状态的变化。

( × )4．气体混合物的V irial 系数，如B ，C ，…，是温度和组成的函数。

( √ ) 5．在一定压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是相同的，且等于沸点。

( √ ) 6．对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

( × ) 7．在二元系统的汽液平衡中, 若组分1是轻组分，组分2是重组分，若温度一定，则系统的压力随着1x 的增大而增大。

( × )8．偏摩尔焓的定义可表示为()[][],,,,j i j i i i i T p n T p n nH H H n x ∂⎡⎤⎛⎫∂== ⎪⎢⎥∂∂⎝⎭⎣⎦。

( × ) 9．Gibbs-Duhem 方程可以用来检验热力学实验数据的一致性。

( √ ) 10．自然界一切实际过程总能量守恒，有效能无损失。

( × ) 11．能量衡算法用于过程的合理用能分析与熵分析法具有相同的功能。

( × ) 12．当化学反应达到平衡时，反应的Gibbs 自由焓变化值G ∆等于零。

( √ ) 二、单项选择题（共20分，每小题2分）1．指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则物质的状态为：（ D ）(A) 饱和蒸汽； (B) 超临界流体； (C) 压缩液体； (D) 过热蒸汽 2．单元操作的经济性分析中，功耗费用和下列哪个因素有关（ C ）。

(A) 理想功； (B) 有效能； (C) 损耗功； (D) 环境温度3．一流体从状态1分别经历可逆过程R 与不可逆过程NR 到达状态2，两个过 程的环境状态相同，则过程R 的理想功比过程NR 的理想功要：（ A ） (A) 相等； (B) 大； (C) 小； (D) 不确定 4．由混合物的逸度的表达式ig ˆln i i i G G RT f =+知，ig i G 的状态为：（ B ） (A) 系统温度，1=p 的纯组分i ；(B) 系统温度、1=p 的纯组分i 的理想气体状态； (C) 系统温度，系统压力的纯组分i 的理想气体状态； (D) 系统温度，系统压力，系统组成的温度的理想混合物。

5．对理想溶液的性质，下列说法描述不正确的是：（ C ） (A) idln i i i G G RT x -= (B) idln i i i G G RT γ-= (C) E S S ∆= (D) E H H ∆=6．α、β两相达到平衡，系统的热力学性质表述中错误的是（ A ）。

(A) βαG G = (B) ˆˆi if f αβ= (C) βαT T = (D) p p αβ= 7．气液平衡计算关系式s Ls s ˆexp d i pi i i i i iip V py x p p RTϕγϕ=⎰，(i =1, 2,…,N )，在中压时， 上式可简化为（ B ）。

(A) ()L ss ˆexp i i i i i ii V py x p p RT ϕγϕ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦(B) s s ˆi i i i i i py x p ϕγϕ= (C) s i i i py x p = (D) s i i i i py x p γ=8．某封闭体系经历一不可逆过程，系统所做的功和排出的热量分别为100kJ 和45kJ ，问系统的熵变 （ D ）。

(A) 小于零 (B) 大于零 (C) 等于零 (D) 说不清楚 9．合理地评价化工过程能量综合利用所采用的方法是（ C ）。

(A) 热力学第一定律； (B) 热力学第二定律； (C) 热力学第一定律与第二定律(D)热力学第三定律10．反应2222SO H 3O H 2S H +⇔+，初始物质含量H 2S 为1mol ，H 2O 为3mol 。

当反应进度为ε时，SO 2的摩尔分数为（ A ）（已知：d d iin εν=）(A) εε+4 (B) εε+-51 (C)εε+7 (D)εε+73 三、计算题 （50分）1．（8分）用PR 方程计算正丁烷在50℃下饱和汽相摩尔体积。

已知：(1) PR 方程为222RT ap V b V bV b =--+-，其中： c r ()a a T α=⋅22c c c0.457235R T a p =20.5r 1(0.37646 1.542260.26992)(1)T ωω=++--cc0.077796RT b p =。

(2) 可供参考的迭代关系式为：2(1)()()22k k k RTV b ap V bV b +=+++-，初值可选用理想气体计算。

(3) 正丁烷的蒸汽压方程为s 2151.63ln 6.814636.24p T =--，各物理量单位：s p /MPa ，T /K ；临界参数为：c 425.4K T =，c 3.797MPa p =，0.193ω= 解：（1）由s 2151.63ln 6.81460.68472323.1536.24p =-=-- ()s 0.504MPa p ∴=（2）r c 323.150.75964425.4T T T === ()()222662c c c 8.314425.40.4572350.457235 1.50631103.797R T a MPa cm mol p -⨯==⨯=⨯⋅⋅()()20.5r 10.37646 1.542260.269921T ωω=++--()()20.510.37646 1.542260.1930.269920.19310.75964=++⨯-⨯⨯-28.0851= ().177841=Tr α()()666-2c r 1.5063110 1.17784 1.774210MPa cm mol a a T α=⋅=⨯⨯=⨯⋅⋅()3-1c c 8.314425.40.07779960.07779672.46cm mol 3.797RT b p ⨯==⨯=⋅ 2(1)s()()22k k k RT V b ap V bV b +∴=+++-26()()8.314323.1572.46 1.7742100.504144.925250.45k k V V ⨯=+⨯++-26()()2686.669172.46 1.7742100.504144.925250.4516k k V V =+⨯++-取()()03-1s 8.314223.155330.69cm mol 0.504RT V p ⨯===⋅为初值 则，()14829.36V=，().7147212=V ，().8646943=V ，().9346874=V().1346865=V ，()()63-14685.7cm mol V =⋅，()V3-1m 4685.7cm mol V ∴=⋅2．（8分）某二元混合物，在一定的温度和压力下，其逸度表达式为211ln f a bx cx =++，a ，b ，c 为常数，试求：（1）21ˆ,ˆf f ；（2）1ln γ，2ln γ。

（二组分均以Lewis-Randall 规则为标准态逸度）。

已知：偏摩尔量与摩尔量之间的关系为：()[],,ˆln ln j i i i i T p n n f f xn⎛⎫∂⎡⎤= ⎪⎢⎥ ⎪∂⎣⎦⎝⎭；Θˆi i i iff x γ=(组分i 的标准状态i f Θ是以Lewis-Randall 规则为基准)。

解：211ln n n f na bn c n=++ ()2221121112111,,ˆln 2ln()T p n n n na bn c n n f fn n n a b c x n n n⎡⎤⎛⎫∂++⎢⎥⎪∂⎡⎤-⎝⎭⎢⎥===++⋅⎢⎥⎢⎥∂∂⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦ ()22111122a b cx cx a b c x x =++-=++-同理得到：()11211222112222,,ˆln ln()T p n n n na bn c n n f f n a c a cx x n n n ⎡⎤⎛⎫∂++⎢⎥⎪∂⎡⎤⎝⎭⎢⎥===-⋅=-⎢⎥⎢⎥∂∂⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦()1112111111ˆln lim ln lim 2x x f f a b c x x a b c x Θ→→⎡⎤⎛⎫⎡⎤⎢⎥ ⎪==++-=++⎣⎦ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()222221112ˆln lim ln lim x x f f a cx a x Θ→→⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪==-= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦由于Θˆii i if f x γ=则：()()2211111111ˆln ln ln 22ff a b c x x a b c c x x x γΘ⎛⎫=-=++----=- ⎪ ⎪⎝⎭22222112ˆln ln ln ff a cx a cx x γΘ⎛⎫=-=--=- ⎪ ⎪⎝⎭3．（12分）丙酮(1)-甲醇(2)二元系统在98.66kPa 及327.6K 时形成共沸物，其共沸组成az 1az 1y x ==0.796。

设该二元系可采用Van Laar 活度系数关联式。

（1）试求Van Laar 方程常数A 12、A 21；（2）试求该系统在327.6K 时及10.3x =时的平衡压力及汽相组成y 1。

已知此温度下的s s1295.39kPa,65.06kPa p p ==。

假设此系统符合低压汽液平衡关系()s 1,2i i i i py p x i γ==，在共沸点时有az azi i x y =。

Van Laar 活度系数关联式：1212121212ln 1A A x A x γ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭ 2122212121ln 1A A x A x γ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭其中方程参数可采用下式计算：2az azaz 22121az az 11ln 1ln ln x A x γγγ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭2az az az 11212az az 22ln 1ln ln x A x γγγ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 解：（1）由共沸点数据知：s s1122p p p γγ==，则12s s 1298.6698.661.034 1.51695.3965.06p p p p γγ======； 活度系数采用Van Laar 方程计算，其中的方程参数计算如下：22az az az22121az az 11ln 0.204ln1.5161ln 1ln1.0340.589ln 0.796ln1.034x A x γγγ⎛⎫⨯⎛⎫=+=+⨯= ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭22az az az 11212az az 22ln 0.796ln1.0341ln 1ln1.5160.718ln 0.204ln1.516x A x γγγ⎛⎫⨯⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭（2）当10.3x =时121221212120.589ln 0.32240.5890.3110.7180.7A A x A x γ===⨯⎛⎫⎛⎫++ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ 1 1.38γ=212222121210.718ln 0.04860.7180.7110.5890.3A A x A x γ===⨯⎛⎫⎛⎫++ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ 2 1.05γ=()s s11122295.390.5 1.3865.060.5 1.05100.0kPa p p x p x γγ=+=⨯⨯+⨯⨯= s111195.390.5 1.380.658100.0p x y p γ⨯⨯===4．（12分）753K 、1.5MPa 的过热蒸汽推动透平机，并在0.07MPa 下排出。