第二篇模拟试题与参考答案化工热力学模拟试题(1)及参考答案一（共18分） 判断题（每题3分）1 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小。
( )2 若某系统在相同的始态和终态间，分别进行可逆与不可逆过程，则∆S 不可逆>∆S 可逆。
( ) 3 由三种不反应的化学物质组成的三相pVT 系统，达平衡时，仅一个自由度。
( )4 热量总是由TdS ⎰给出。
( ) 5 不可逆过程孤立系统的熵是增加的，但过程的有效能是减少的。
( ) 6 物质的偏心因子ω是由蒸气压定义的，因此ω具有压力的单位。
( )二（共16分） 简答题（每小题8分） 1 Virial 方程()211''==+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅pV Z B p C p RT()212==+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅pV B CZ RT V V如何证明： BB RT'= 22C B C (RT)-'=2 水蒸气和液态水的混合物在505K 下呈平衡态存在，如果已知该混合物的比容为3-141cm g ⋅，根据蒸气表的数据计算混合物的焓和熵。
已知在该温度下的饱和水蒸气性质为：三（15分） 用泵以756kg h ⋅的速度把水从45m 深的井底打到离地10m 高的开口储槽中，冬天为了防冻，在运送过程中用一加热器，将-131650kJ h ⋅的热量加到水中，整个系统散热速度为-126375kJ h ⋅，假设井水为2℃，那么水进入水槽时，温度上升还是下降？其值若干？假设动能变化可忽略，泵的功率为2马力，其效率为55％（1马力＝735W ）（视为稳流系统）。
四（20分） 一个Rankine 循环蒸气动力装置的锅炉，供给2000kPa ，400℃的过热蒸气透平，其流量-125200kg h ⋅，乏气在15kPa 压力下排至冷凝器，假定透平是绝热可逆操作的，冷凝器出口为饱和液体，循环水泵将水打回锅炉也是绝热可逆，求：（1）透平所做的功？（2）水泵所做的功？（3）每千克蒸气从锅炉获得的热量？已知2000kPa ，400℃过热蒸气的热力学性质为：-1H 29452J g .=⋅，-1-1S 71271J g K .=⋅⋅；15kPa 压力下的乏气热力学性质为：21kg cm -⋅、27℃压缩到268kg cm -⋅，并经级间冷却到27℃，设压缩实际功率1224kcal kg -⋅，求级间冷却器应移走的热量，压缩过程的理想功、损耗功与热力学效率，设环境温度为27℃。
已知甲烷的焓和熵数据如下：P /2kg cm -⋅t /℃ H/1kcal kg -⋅ S/11kcal kg K --⋅⋅ 1 27 227.8 1.6890 68 27 211.8 1.1273六（17分）纯液体A 与B 在90℃时蒸气压力为1000S AP mmHg =，S B P 700mmHg =，液相活度系数2B A ln x γ=，2A B ln x γ=，气相为理想气体，问：（1）与50％(mol) A 及50％(mol) B 的液相混合物平衡的蒸气总压为多少？（2）能否生成共沸物？若能，恒沸组成、恒沸压力为多少？恒沸点是最高点还是最低点？参考答案一、 (1)T (2)F (3)F (4)F (5)T (6)F 二、 1将 2RT B CP (1)V V V=+++ 代入式（1）得22222PV B'RT B C RT B C Z=11+C'1)RT V V V V V VRT RT1B'BB'(1C'RT)V V=+++⋅+++=++++（）+（）（+（3）将式（3）与式（2）比较同类项，得：B=B'RT ；C=BB'1+C'RT （）即BB'RT =；22C B C'(RT)-= 得证 2 查水蒸气表知：505K 下饱和蒸气性质：V -1V -1-1V 31H 2804.0 kJ kg S 6.2004 kJ kg K V 0.06923 m kg -⎧=⋅⎪⎪=⋅⋅⎨⎪=⋅⎪⎩；饱和液体性质：L -1L -1-1L 3-1H 999.54 kJ kg S 2.6283 kJ kg K V 0.0012 m kg ⎧=⋅⎪⎪=⋅⋅⎨⎪=⋅⎪⎩按题意，设饱和湿蒸气中气相分率为x ，则 V L V x V (1x)0.041+-=或 0.06923x 0.0012(1x)0.041+-=，解得：x 0.585=则：V L -1V L -1-1H=H x H (1x)2804.00.585999.54(10.585)2055.1 kJ kg S S x S (1x) 6.20040.585 2.6283(10.585) 4.718 kJ kg K⎧+-=⨯+⨯-=⋅⎪⎨=+-=⨯+⨯-=⋅⋅⎪⎩三、 以单位质量流体为计算基准，则输入功率为：11S ( 2.0)735W 12727.3J kg 12.73kJ kg 756/36000.55---⨯==-⋅≈-⋅⨯11g Z 9.81(1045)540J kg 0.54kJ kg --∆=⨯+=⋅=⋅1t i iQ Q Q Q 31650263755275kJ h -==-=-=⋅∑入散1t Q 5275Q 6.98kJ kg m 756-===⋅ 由热力学第一定律知：1s H Q W g Z 6.98(12.73)0.5419.17kJ kg 0-∆=--⋅∆=---=⋅>，所以水槽的温度是升高的，又由于P 21H C (T T )∆=-，11P C 4.184kJ kg K --=⋅⋅，代入得：24.184(T 2)19.17-=，解得2T 279.73K =(6.58℃)。
四、如附图所示，查水蒸气表知：ST模拟试题(1)-试题四附图点1 11H 3247.6kJ kg -=⋅，111S 7.127kJ kg K --=⋅⋅点2 对应的气相性质为：V 1H 2599.1kJ kg -=⋅，V 11S 8.0085kJ kg K --=⋅⋅点3 液相性质：L 1H 225.94kJ kg -=⋅，L 11S 0.7549kJ kg K --=⋅⋅，L 31V 0.001014m kg -=⋅12→为等熵膨胀过程，设点2的湿蒸气湿度为x ，则V L 1S x S (1x)S ⋅+-=，即：8.005x 0.7549(1x)7.1271+-=，解得：x 0.8785=点4 L 143H H V P 225.940.001014(200015)227.95kJ kg -=+⋅∆=+⨯-=⋅1S,pump 4325200W m(H H )0.001014(200015)14.09kJ s 3600-=-=⨯⨯-=⋅，即为水泵消耗的功。
V L 12H H x H (1x)2599.10.8785225.94(10.8785)2310.8kJ kg -=⋅+⋅-=⨯+⨯-=⋅透平所作的功S 1225200W m(H H )(3247.62310.8)6557.6kJ3600=-=⨯-=114Q H H 3247.6227.953019.65kJ kg -=-=-=⋅ 五、=+=0T 27273300K 依题意：1S W 224kcal kg -=-⋅121H H H 211.8227.816kcal kg -∆=-=-=-⋅1121S S S 1.1273 1.68900.5617kcal kg K --∆=-=-=-⋅⋅由热力学第一定律知：S H Q W ∆=-，1S Q H W 16224240kcal kg -=∆+=--=-⋅1id 0W H T S 16300(0.5617)152.51kcal kg -=-∆+⋅∆=+⨯-=-⋅1L id S W W W 152.51(224)71.49kcal kg -=-=---=⋅六、(1) 当A B x x 0.5==时，A B exp(0.025) 1.284γ=γ==，因此：S SA A AB B B P P x P x 0.5 1.284(1000700)1091.4mmHg =γ+γ=⨯⨯+=(2) 假设生成恒沸物，则有A A x y x y ==，B B根据气液平衡关系S i i i i i P y P x =γ(i=A 、B)有：S SA AB B P P γ=γ，该式两边取对数得：S 22A A AB B S B B P ln ln x x 12x P ⎛⎫⎛⎫γ==-=- ⎪ ⎪ ⎪γ⎝⎭⎝⎭，即B 100012x ln 0.3567700-==，解得B x 0.322=， A B x 1x 0.678=-=，该混合物存在恒沸点。
所以：2A exp(0.322) 1.109γ==，2B exp(0.678) 1.584γ==S SA A AB B B P P x P x 10000.678 1.5847000.322 1.1091108.9mmHg =γ+γ=⨯⨯+⨯⨯=化工热力学模拟试题(2)及参考答案一（14分） 根据下列甲烷和己烷的物理性质，可以得出液化石油气中的主要成份不可能是甲烷及己烷的结论。
请问此结论正确否？并说明原因。
物质 C T , ℃C p , atmB T , ℃燃烧值, kJ/g 甲烷 -82.6245.36 -161.45 55.6 正己烷234．429.8068.7548.4二（20分） （1）气体由20℃，2.0m 3（状态1）经绝热过程到150℃，1m 3 （状态2），输入功为100kJ ，求其内能变化？（2）初态同(1)，经恒容过程加热到150℃(状态3)，需热量95kJ ，问此过程内能变化如何？ （3）（2）中处于状态3的气体经等温压缩到1.0m 3 (状态2)，同时移走185kJ 热量，问内能变化如何？需功若干？(本题按封闭体系计算)三（20分） 一可逆热机用某种比热不变的理想气体为工质，按下述循环操作，自状态1恒容加热到状态2，由状态2绝热膨胀到状态3，然后由状态3经恒压过程回到状态1，证明此循环中净功与所吸热量之比为()12121p p 1W1Q p p 1γ-=-γ⋅- 其中p V C C γ= 四（24分） 有一理想Rankine 循环，在4000kPa 和8kPa 的压力之间操作，锅炉产生的是400℃的过热蒸气，冷凝器所用的冷却水的温度为25℃。
求（1）过热蒸气从锅炉中的吸热量1Q ，乏气在冷凝器中放出的热量2Q ;（2）透平作的理论功和水泵消耗的理论功；（3）热效率η。
已知4000kPa ，400℃下过热水蒸气的热力学性质为：-1H 3213.6J g =⋅，-1-1S 6.7690J g K =⋅⋅；8kPa 压力下乏气的热力学性质为：40kPa ，如果要求乏气为干蒸气，则进气的过热度最小应为多大？透平每小时耗气为408kg ，问该情况下，透平理论上可输出多少功？ 40kPa 压力下的乏气热力学性质为：温度/℃ 焓/-1J g ⋅ 熵/-1-1J g K ⋅⋅194.4 (饱和蒸气)2778.1 6.5865 400 3263.9 7.4651 440 3349.3 7.5883 5003478.57.7622参考答案一、结论正确。