《化工热力学》（A 卷）一、 判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（2分×5＝10分）1．熵增原理的表达式为：0≥∆S （ ）2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（ ）3．RK 方程中，常数b a ,的混合规则分别为∑∑==iii M iii M b y b a y a （ ）4．无论以Henry 定律为基准，还是以Lewis-Randall 规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。

（ ）5．烃类物系汽液平衡计算可以使用K 值法。

（ ） 二、 简答题 （5分×7＝35分）1．写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。

2．写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。

3．有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积2222221111)()(bxx a b a V V bx x a b a V V --+=---+=-式中：V 1和V 2是纯组分的摩尔体积，a 、b 只是T 、P 的函数。

试从热力学的角度分析这些方程是否合理？4．写出局部组成的概念，并说明Wilson 方程和NRTL 方程的适用条件。

5．请写出中低压下汽液相平衡的关系式。

（其中：液相用活度系数表示，以Lewis-Randall 规则为基准；汽相用逸度系数表示）。

6．说明基团贡献法的出发点、优点及局限性 7．简述估算沸点下蒸发焓的方法 三、 计算题（共55分）1．（1）已知某饱和液体在273K 时，H m =0, S m =0，饱和蒸气压为1.27×105Pa ，若求478K ，68.9×105Pa 时该物质蒸汽的H m 和S m ，请设计出计算路径，并画出图。

（2）请写出各步骤的焓和熵的计算公式。

已知：该物质的饱和蒸气压方程为：TBA P s -=ln ，状态方程为:Cp RT pV m +=, 理想气体热容为：ET D C id m p +=,，式中各物理量均为国际单位制标准单位，A 、B 、C 、D 、E 为常数。

2．某二元溶液，Lewis-Randall 规则标准态的超额Gibbs 自由能可由下式给出：21/x x RT G E β=式中：β为常数，两纯组元逸度分别为*1f 和*2f ，单位为Pa, 1:-⋅mol J G E, T ：K, 求：（1） 以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数1γ与2γ的表达式。

（2） 以Henry 定律为标准态的活度系数'1γ与'2γ的表达式。

3．低压下丙酮（1）—乙腈（2）二元体系的汽液平衡中，汽液两相假定均可视为理想体系，查得丙酮、乙腈的饱和蒸气压方程如下：15.4947.29452874.16]502.7ln[93.3546.29406513.16]502.7ln[21--=--=T p T p s s ,1s p s p 2的单位为KPa ， T 的单位为K 。

试求：（1） 当p 为85KPa, t 为55︒C ，该体系的汽液平衡组成y 1, x 1（2） 溶液中总组成为z 1=0.8，当p 为85KPa, t 为55︒C ，该体系的液相分率以及汽液相组成y 1, x 1（3） 当t 为55︒C ，汽相组成y 1=0.5时相平衡压力与液相组成x 1 （4） 当t 为55︒C ，液相组成x 1=0.35时的相平衡压力与汽相组成y 14．某蒸汽压缩制冷装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为105kJ/h ，蒸发温度为－15℃，冷凝温度为30℃，设压缩机作可逆绝热压缩，试求： （1）压缩单位制冷剂所消耗的功。

（2）制冷剂每小时的循环量。

（3）该制冷装置所提供的单位制冷量。

（4）循环的制冷系数。

5．写出已知压力（p ）和液相组成（n x x x ,,,21 ），求泡点温度（T ）及与之相平衡的汽相组成（n y y y ,,,21 ）的计算过程（可以写计算框图，也可以叙述计算过程）。

（B 卷）一、简答题（共8题，共40分，每题5分）1. 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。

2. 写出维里方程中维里系数B 、C 的物理意义，并写出舍项维里方程的混合规则。

3. 请分别以水溶解度和辛醇/水分配系数为例，简述环境热力学中相关的关系和特点。

4. 写出混合物中i 组元逸度和逸度系数的定义式。

5. 请写出剩余性质及超额性质的定义及定义式。

6. 为什么K 值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？7. 写出局部组成的概念及Wilson 方程和NRTL 方程的优缺点。

8. 汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么？ 二、推导题（共2题，共15分，其中第一题8分，第二题7分）1. 请推导出汽液相平衡的关系式。

（其中：液相用活度系数表示，以Lewis-Randell 规则为基准；汽相用逸度系数表示。

）2. 从上式出发，进行适当的假设和简化，推导出拉乌尔定律。

三、 计算题（共4题，共45分，其中第一题15分，第二题15分，第三题5分，第四题10分）1. 求某气体在473K ，30⨯105Pa 时，H m =?已知：pV m =R T +10-5p ，其中：p 单位Pa ，V m 单位m 3·mol -1，C p id = 7.0+1.0⨯ 10-3T (J·mol -1·K -1)。

设：该饱和液体在273 K 时，H m =0(J·mol -1) 。

其中安托尼常数A=20.7，B=2219.2，C=-31.13。

（安托尼方程中压力p ：Pa ，T ：K ，压力用自然对数表示）（设Δz=1）2. 二元溶液中组元1的逸度1ˆf 为312111306040ˆx x x f +-=，求： (1) 纯组元1的逸度*1f(2) 组元1在溶液中的Henry 常数k 1(3) 用x 1表示的1γ表达式（基于Lewis-Randell 规则）(4) 用x 1表示的1γ'表达式（基于Henry 定律） 3. 有人提出用下列方程组来表示恒温恒压下简单二元体系的偏摩尔体积：其中：V 1和V 2是纯组分的摩尔体积，a 、b 只是T 、p 的函数，试从热力学角度分析这些方程是否合理？4. 写出已知汽相组成（y 1, y 2,….,y n ）及温度T ，求露点压力p 及与之相平衡的液相组成（x 1, x 2, ….x n ）的计算过程。

2222221111)()(bx x a b a V V bx x a b a V V --+=---+=-《化工热力学》（C卷）一、简答题（共4题，每题5分）1、稳定流动系统热力学第一定律可写成＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，它应用于绝热节流的简化形式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，应用于换热器的简化形式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，应用于离心泵的简化形式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

2、试举两例说明，理想混合物与真实混合物相比，哪些热力学量的计算可以简化？如何简化？3、有人为了在热天给室内降温，把室内的冰箱的门打开，试问这种方法可行吗？用热力学观点进行解释。

4、在相关区域填写可能存在的相态。

二、判断并改正（共10题，每题3分）1、p、V、T是流体的基本性质之一，通过它可以计算流体的逸度、活度以及在流动过程中体积功和轴功。

（）2、纯物质的饱和蒸气压仅是温度的函数，可由安托尼方程计算。

（ ）3、维里系数具有物理意义，它代表了物质极性的大小。

（ ）4、理想气体有p f =，而理想溶液有i i φφ=ˆ （ ）5、=-V p C C R （ ）6、符合Lewis-Randall 规则或Henry 规则的溶液一定是理想溶液。

（ ）7、流体绝热可逆膨胀的温降总比节流膨胀的大。

（ ）8、绝热膨胀为等熵膨胀。

（）9、对于理想混合物，V G H ∆∆∆,,均为零。

（ ）10、流体在高压下都会出现“逆向蒸发”或“逆向冷凝”现象。

（ ）三、计算题（共5题，共50分）1 （15分）纯苯的状态由0.1 MPa 、353K 的饱和液体变为453K 的饱和蒸气，试计算该过程的∆H 。

计算时可用下列数据： 正常沸点时的潜热=30681 J·mol -1，饱和液体在正常沸点下的体积=95.7 cm 3·mol -1，C p ig = 16.0+0.235T (J·mol -1·K -1)，第二维里系数4.23)101(78⨯-=TB ，上式中T 的单位是K ，B 是cm 3·mol -1，在453K 时的饱和蒸气压符合方程：)/(2042.340582.2037927.6)/log(C t KP P a s ︒+-=（设苯的p 、V 、T 关系符合二阶舍项的维里方程）2 （12分）某烃类系统汽相和液相均可视为理想混合物，其液相摩尔分率为：乙烷（1）：0.02；丙烷（2）：0.35；丙烯（3）：0.60；1-丁烯（4）：0.03。

已知：15⨯105Pa 下该混合物的泡点温度为311K ，在此T 、p 条件下的相平衡常数为：63.21=K ，03.13=K 。

丙烷在311K 时饱和蒸气压52100.6⨯=sp Pa ；311K 时丙烷的第二维里系数134210877.3--⋅⨯-=mol m B求：该条件下的平衡汽相组成。

3、（13分）苯和环己烷液体混合物的无因次超额Gibbs 函数可用21/x Bx RT G E=表示，且：)(004.06186.0C t B ︒-=。

请写出：（1） 活度系数与组成的函数关系。

（2） RT H E/与组成的函数关系。

（3） R S E /与组成的函数关系。

4. （10分）在蒸汽压缩制冷设备中，当液氨通过节流阀后，试问通常在节流阀出口处的氨是什么状态？试在T-S 图和p-H 图上表示该循环，并写出单位质量制冷剂的制冷量及制冷系数的计算式。

本科生期末考试试卷统一格式（16开）：《化工热力学》（A 卷答案）一、判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（3分×5＝15分） 3．熵增原理的表达式为：0≥∆S （ × ）熵增原理的表达式应该为：0≥∆隔离系统S或者写为：0环境系统≥∆∆S S ＋，（其中等号在可逆条件下成立）2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（√）二阶舍项维里方程可以适用于压力不高的气体的pVT 关系计算，由于逸度系数的计算需要使用相应条件下的状态方程，因此二阶舍项维里方程可以用于压力不高（小于1.5MPa ）情况下的纯物质逸度系数的计算。

8．RK 方程中，常数b a ,的混合规则分别为∑∑==iii M iii M b y b a y a （ × ）习惯上，用于RK 方程中常数b a ,的混合规则分别为∑∑∑==iii M iijj i jM b y b a y y a4．无论以Henry 定律为基准，还是以Lewis-Randall 规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。