化工热力学.docx
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化工热力学
第1章绪言
一、判断题
1.凡是体系的温度升高时,就一定吸热,而温度不变时,则体系既不吸热也不放热。
(否)等温等压的相变化或化学变化始、终态温度不变,但有热效应。
气体的绝热压缩,体系温度升高,但无吸收热量。
2.当n摩尔气体反抗一定的压力做绝热膨胀时,其内能总是减少的。
(是)绝热:
Q=0;反抗外压作功:
W<0;△U=Q+W=W<0。
3.封闭体系中有两个相α,β。
在尚未达到平衡时,α,β两个相都是均相敞开体系;达到平衡时,则α,β两个相都等价于均相封闭体系。
(是)
4.理想气体的焓和热容仅是温度的函数。
(是)
5.理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。
(否)理想气体的熵和吉氏函数不仅与温度有关,还与压力或摩尔体积有关。
6.要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质,但是状态方程P=P(T,V)的自变量中只有一个强度性质,所以,这与相律有矛盾。
(否)V也是强度性质。
7.封闭体系的1mol气体进行了某一过程,其体积总是变化着的,但是初态和终态的体积相等,初态和终态的温度分别为T1和T2,则该过程的
;同样,对于初、终态压力相等的过程有
。
(是)状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。
8.状态函数的变化与途径无关,仅决定于初、终态。
(是)
9.一个绝热刚性容器,总体积为Vt,温度为T,被一个体积可以忽略的隔板分为A、B两室。
两室装有不同的理想气体。
突然将隔板移走,使容器内的气体自发达到平衡。
计算该过程的Q、W、△J和最终的T和P。
假设初始压力为
(a)两室均为P0;
(b)左室为P0,右室是真空。
二.选择题
10.对封闭体系而言,当过程的始态和终态确定后,下列哪项的值不能确定:
A
A.Q B.Q+W,→U
C.W(Q=0),→UD.Q(W=0),→U
11.下列各式中哪一个不受理想气体条件的限制A
A △H=△U+P△V B CP,m-CV,m=R
C PVT=常数D W=nRTln(V2╱V1)
12.对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是:
C
A 体系处于一定的状态,具有一定的内能
B 对应于某一状态,内能只能有一数值,不能有两个以上的数值
C 状态发生变化,内能也一定跟着变化
D 对应于一个内能值,可以有多个状态
13.真实气体在__D__的条件下,其行为与理想气体相近。
A 高温高压B 低温低压
C 低温高压D 高温低压
14.封闭体系中的1mol理想气体由T1、P1和V1可逆地变化至P2,过程的
此过程为B
A 等容过程B 等温过程C 绝热过程
第二章流体的PVT关系
一、选择题(共17小题,17分)
1、(1分)纯流体在一定温度下,如压力低于该温度下的饱和蒸汽压,则此物质的状态为()。
A.饱和蒸汽B.饱和液体C.过冷液体D.过热蒸汽
2、(1分)超临界流体是下列条件下存在的物质。
A.高于Tc和高于PcB.临界温度和临界压力下
C.低于Tc和高于PcD.高于Tc和低于Pc
3、(1分)对单原子气体和甲烷,其偏心因子ω,近似等于。
A.0B.1C.2D.3
4、(1分)0.1Mpa,400K的
1kmol体积约为__________
A3326LB332.6LC3.326LD33.26
5、(1分)下列气体通用常数R的数值和单位,正确的是__________
A
B1.987cal/kmolK
C82.05
D8.314
6、(1分)超临界流体是下列条件下存在的物质。
A高于TC和高于PCB.高于TC和低于PCC.低于TC和高于PCD.TC和PC
7、(1分)理想气体从同一初态V1作等温可逆膨胀或绝热可逆膨胀到达相同的终态压力,则等温可逆膨胀后体积V2与绝热可逆膨胀后体积V’2相比。
A.V2>V’2B.V2=V’2C.V2 18、(1分)纯物质PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于__________。 9、(1分)当压力趋于零时,1mol气体的压力与体积乘积(PV)趋于: 。 A.零B无限大C.某一常数D.RT 10、(1分)0.1Mpa,400K的N21kmol体积为。 A.3326LB.332.6LC.3.326LD.33.26m3 11、(1分)不经冷凝,能否将气体通过其他途径变成液体? A.能B.不可能C.还缺条件 12、(1分)混合气体的第二维里系数 A.仅为T的系数B.T和P的函数C.T和组成的函数D.P和组成的函数 13、(1分)Pitzer提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是, 式中B0,B1可由Tr计算出。 A.B=B0B1ωB.B=B0+B1ωC.BPc/RTc=B0+B1ωD.B=B0ω+B1 14、(1分)纯物质临界点时,其对比温度Tr()。 A=0B.<0C.>0D.=1 15、(1分)当压力趋于零时,1mol气体的压力与体积乘积(PV)趋于: a.零b.无限大 c.某一常数d.RT 16、(1分)混合气体的第二维里系数 A.仅为T的系数B.T和P的函数C.T和组成的函数D.P和组成的函数 二、填空题(共6小题,7分) 1、(1分)在PT图上纯物质三种聚集态互相共存处称。 2、(2分)纯物质P-V图临界等温线在临界点处的斜率__________,曲率为__________。 3、(1分)纯物质PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于__________。 4、(1分)用状态方程EOS可以计算压缩因子z、等性质。 5、(1分)描述流体PVT关系的立方型状态方程是__________三次方的物态方程。 三、判断题(共2小题,2分) 1、(1分)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。 () 2、(1分)在T-S图上,空气和水蒸气一样,在两相区内,等压线和等温线是重合的。 () 四、名词解释(共2小题,8分) 1、(5分)偏心因子 2、(3分)R-K方程(Redlich-Kwong方程) 五、简答题(共2小题,9分) 11、(5分)简述纯物质体系P-T图上特征点、线和区的含义。 2、(4分)甲烷、乙烷具有较高的燃烧值,己烷的临界压力较低,易于液化,但液化石油气的主要成分既不是甲烷、乙烷也不是己烷,而是丙烷、丁烷和少量的戊烷。 试用下表分析液化气成分选择的依据。 (4分) 物质 临界温度 临界压力 正常沸点 燃烧值 Tc,℃ Pc,atm TB,℃ kJ/g 甲烷 -82.62 45.36 -161.45 55.6 乙烷 32.18 48.08 -88.65 52.0 丙烷 96.59 41.98 -42.15 50.5 正丁烷 151.9 37.43 -0.5 49.6 正戊烷 196.46 33.32 36.05 49.1 正己烷 234.4 29.80 68.75 48.4 第三章流体的热力学性质 一、选择题(共7小题,7分) 1、(1分)对理想气体有()。 2、(1分)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+VdpB.dH=SdT+Vdp C.dH=-SdT+VdpD.dH=-TdS-Vdp 3、(1分)对1mol符合 状态方程的气体, 应是() A.R/V;B.R;C.-R/P;D.R/T。 4、(1分)对1molVanderWaals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) 5、(1分)对理想气体有 A.(∂H/∂P)T<0B.(∂H/∂P)T>0C.(∂H/∂P)T=0 6、(1分)对1mol理想气体 等于__________ A B C D 二、填空题(共3小题,3分) 1、(1分)常用的8个热力学变量P、V、T、S、h、U、A、G可求出一阶偏导数336个,其中独立的偏导数共112个,但只有6个可通过实验直接测定,因此需要用将不易测定的状态性质偏导数与可测状态性质偏导数联系起来。 2、(1分)麦克斯韦关系式的主要作用是。 3、(1分)纯物质T-S图的拱形曲线下部称区。 三、名词解释(共2小题,8分) 1、(5分)剩余性质: 2、(3分)广度性质 四、简答题(共1小题,5分) 1、(5分)简述剩余性质的定义和作用。 (5分) 五、计算题(共1小题,12分) 1、(12分)(12分)在T-S图上画出下列各过程所经历的途径(注明起点和箭头方向),并说明过程特点: 如ΔG=0 (1)饱和液体节流膨胀;(3分) (2)饱和蒸汽可逆绝热膨胀;(3分) (3)从临界点开始的等温压缩;(3分) (4)过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体(压力变化可忽略)。 (3分) 第四章溶液的热力学性质 一、选择题(共21小题,21分) 1、(1分)下列各式中,化学位的定义式是() 2、(1分)关于偏摩尔性质,下面说法中不正确的是() (A)纯物质无偏摩尔量。 (B)T,P一定,偏摩尔性质就一定。 (C)偏摩尔性质是强度性质。 (D)强度性质无偏摩尔量。 3、(1分)关于偏摩尔性质,下面说法中不正确的是() A纯物质无偏摩尔量。 B.T,P一定,偏摩尔性质就一定。 C.偏摩尔性质是强度性质。 D.偏摩尔自由焓等于化学位。 4、(1分)在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是()。 5、(1分)等温等压下,在A和B组成的均相体系中,若A的偏摩尔体积随A浓度的减小而减小,则B的偏摩尔体积将随A浓度的减小而() A.增加B.减小C.不变D.不一定 6、(1分)对无热溶液,下列各式能成立的是(). A.SE=0,VE=0B.SE=0,AE=0 C.GE=0,AE=0D.HE=0,GE=-TSE 7、(1分)苯 (1)和环己烷 (2)在303K,0.1013Mpa下形成X1=0.9溶液。 此条件下V1=89.96cm3/mol,V2=109.4cm3/mol, =89.99cm3/mol, =111.54cm3/mol,则过量体积VE=cm3/mol。 A.0.24B.0C.-0.24D.0.55 8、(1分)下列偏摩尔自由焓表达式中,错误的为。 B. 9、(1分)下列偏摩尔性质与溶液性质关系式中,正确的是nmol溶液性质,nM=。 10、(1分)在373.15K和2atm下水的化学位与水蒸气化学位的关系为() (A)μ(水)=μ(汽)(B)μ(汽)>μ(水)(C)μ(水)>μ(汽)(D)无法确定 11、(1分)关于理想溶液,以下说法不正确的是()。 A.理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。 B.符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液。 C.理想溶液中各组分的活度系数均为1。 D.理想溶液所有的超额性质均为0。 12、(1分)混合物中组分i的逸度的完整定义式是(). A. B. C. D. 13、(1分)二元非理想极稀溶液,其溶质和溶剂分别遵守 A.Henry定律和Lewis--Randll规则.B.Lewis--Randll规则和Henry定律. C.拉乌尔规则和Lewis--Randll规则.D.Lewis--Randll规则和拉乌尔规则. 14、(1分)下列化学位μi和偏摩尔性质关系式正确的是() A.μi= iB.μi= iC.μi= iD.μi= i 15、(1分)Wilson方程是工程设计中应用最广泛的方程。 以下说法不正确的是()。 A.引入了局部组成的概念以及温度对γi的影响,因此精度高。 B.适用于极性以及缔合体系。 C用二元体系的参数可以推算多元系。 D.适用于液液部分互溶体系。 16、(1分)对液相是理想溶液,汽相是理想气体体系,汽液平衡关系式可简化为()。 . 17、(1分)下列关于GE关系式正确的是()。 A.GE=RT∑XilnXiB.GE=RT∑Xilnai C.GE=RT∑XilnγiD.GE=R∑XilnXi 18、(1分)对二元溶液T或P一定时,下列各式中,Gibbs--Duhem方程正确的形式是()。 A.X1dlnγ1+X2dlnγ2=0B.X1dlnγ1-X2dlnγ2=0 C.X1dlnγ1/dX1-X2dlnγ2/dX1=0D.X1dlnγ1/dX1+X2dlnγ2/dX2=0 二、填空题(共11小题,27分) 1、(1分)理想溶液的过量性质ME等于。 2、(3分)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近,因此它们混合时会形成_____________溶液,它们的ΔH=_____________,ΔV=___________。 3、(4分)逸度和活度的标准态有两类,1)以定则为标准态,2)以定则为标准态。 如计算雪碧中CO2这种溶解度很小的溶质逸度时应采用定则为标准态;如计算乙醇-水中乙醇的逸度时应采用定则为标准态。 4、(4分)理想溶液的ΔH=______;ΔV=_____;ΔS=;ΔG=________________。 6、(1分)二元混合物容积表达式为V=X1V1+X2V2+αX1X2,如选同温同压下符合Lewis-Randll规则的标准态就有△V=。 7、(1分)当T,P一定时,非理想溶液混合性质变化△G=。 8、(2分)等温等压下二元溶液组分的活度系数与组成之间关系,按Gibbs-Duhem方程X1dlnγ1+________=______。 10、(1分)溶液中组分i的活度系数的定义是γi=________________________。 11、(1分)Wilson方程是在溶液模型和概念基础上建立的关于活度系数与组分组成 的关系式。 三、判断题(共3小题,3分) 1、(1分)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近,因此它们混合时会形成理想溶液。 () 2、(1分)理想溶液各组分的活度系数 和活度为1。 () 3、(1分)逸度也是一种热力学性质,溶液中组分i的分逸度与溶液逸度的关系 四、名词解释(共4小题,14分) 1、(3分)偏摩尔性质 2、(4分)过量性质(超额性质) 3、(4分)理想溶液 4、(3分)活度 五、简答题(共3小题,16分) 1、(6分)在表格空格处填入合理的性质和关系 M ㏑f ㏑Φ ㏑γi 2、(5分)简述活度的定义和物理意义。 (5分) 3、(5分)偏摩尔性质定义及物理意义 六、计算题(共8小题,109分) 1、(15分)25℃,0.1MPa下,组分1和2形成二元溶液,其溶液的摩尔焓为H=600-180X1-20X13(J/mol).式中X1为组分1的摩尔分数,标准态按Lewis-Randall定则计算,求 (15分) 2、(14分)(14分)25℃,0.1MPa下组分1和2形成溶液,其体积可由下式表示: V=80-24X1-20X12(cm3/mol).式中X1为组分1的摩尔分数,V为溶液的摩尔体积.求, (1) (6分) (2) (2分)(3)V1,V2(2分) (4)ΔV(2分);(5)VE.(2分)标准态按Lewis-Randall定则 3、(12分)(12分).等温条件下,二元溶液组分活度系数与组成关系 (1)㏑γ1=aX2,lnγ2=bX1, (2)γ1=aX1,γ2=bX2 设a,b为温度的函数,γi以与体系同温同压条件下的纯态为标准态,问上述两组方程是否成立? 4、(15分)(15分)在298K和0.1MPa下二元系焓变 已知 x为摩尔分数。 以T,p下纯组分焓为基准求: (1) , (5分) (2)无限稀释偏摩尔值 , (5分)(3) , (5分) 第五章相平衡 一、选择题(共10小题,12分) 1、(1分)对无热溶液,下列各式能成立的是。 A.SE=0,VE=0B.SE=0,AE=0C.GE=0,AE=0D.HE=0,GE=-TSE 2、(1分)下列方程式中以正规溶液模型为基础的是。 A.NRTL方程B.Wilson方程C.Margules方程D.Flory-Huggins方程 3、(1分)戊醇和水形成的二元三相气液液平衡状态,其自由度F=。 A.0B.1C.2D.3 4、(1分)在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是()。 5、(1分)对液相是理想溶液,汽相是理想气体体系,汽液平衡关系式可简化为()。 A.yif=xipiSB.yip=γixipiSC.yip=xiΦpiSD.yip=xipiS 6、(1分)二相(α相和β相)二元(组分1和2)体系,一定T,P下,达到平衡时,下列关系式中能成立的是。 A.μ1a=μ2β,μ1β=μ2βB.μ1a=μ2β,μ2a=μ1β C.μ1a=μ1β,μ2a=μ2βD.μ1a=μ1β,μ1β=μ2β 7、(1分)等温汽液平衡数据如符合热力学一致性,应满足下列条件中()。 A.足够多的实验数据B.∫1ln(γ1/γ2)dX1≈0 C.[(lnγ1)/P]T,X≈0D.[(lnγ1)/T]P,X≈0 二、判断题(共2小题,2分) 1、(1分)二元共沸物的自由度为2。 () 三、简答题(共5小题,25分) 1、(5分)工程上常见的汽液平衡问题有哪些类型? 2、(5分)相平衡准则。 3、(5分)简述汽液平衡计算的两种处理方法。 4、(5分)相平衡的热力学一致性检验 5、(5分)各相的温度、压力相同外,各相中各组分i的分逸度 (化学位)必须相等 四、计算题(共8小题,132分) 1、(15分)乙醇 (1)-甲苯 (2)溶液达汽液平衡,测得P=183mmHg,t=45˚C,X1=0.300,Y1=0.634, 45˚C下蒸汽压P1s=173mmHg,P2s=75.4mmHg,汽相可视为理想气体 求: (1)活度系数γ1,γ2 (2)GE (3)与理想溶液比是正偏差还是负偏差? 为什么? 2、(12分)已知某含组分1和2的二元溶液,可用lnγ1=AX22,lnγ2=AX12关联,A可视为常数,60℃下达汽液平衡时能形成共沸物,现测得60℃下γ1∞=14.7,P1S=0.0174MPa,P2S=0.0667MPa,设汽相可视为理想气体。 试求: 1GE表达式; 2A值; 60ºC下恒沸点组成和平衡蒸汽压。 (12分) 3、(18分)4、由文献乙腈 (1)-水 (2)体系能形成共沸物。 60℃,414.10mmHg下达汽液平衡时,x1=0.4843,y1=0.6792试计算: 1)此条件下活度系数γ1和γ2(2分); 2)Maugules方程的常数A和B(2分); 3)60℃下无限稀释活度系数γ1∞和γ2∞(2分); 4)60℃下共沸点组成(4分); 60℃下共沸点处平衡蒸汽总压。 (4分) 设此体系汽相可视为理想气体。 已知Antoine方程形式为logPiS=Ai-Bi/(Ci+t)t-℃,PiS-饱和蒸汽压,mmHg。 Antoine常数乙腈: A1=7.33986B1=1482.290C1=250.523 水: A2=8.07131B2=1730.63C2=233.426 Margules方程形式lnγ1=x22[A+2(B-A)x1] lnγ2=x12[B+2(A-B)x2] Margules常数A=(x2-x1)lnγ1/x22+2lnγ2/x1 B=(x1-x2)lnγ2/x12+2lnγ1/x2 4、(18分)已知某含组分1和2的二元溶液的GE/RT=BX1X2,B可视为常数,50℃下达汽液平衡时能形成共沸物,现测得50℃下γ1∞=14.7,P1S=0.0174MPa,P2S=0.0667MPa,设汽相可视为理想气体。 试求: (1)lnγ1和lnγ2表达式(以Xi为变量)(4分) (2)常数B值(3分); (3)50ºC下恒沸点组成和平衡蒸汽总压(即平衡压力)(7分); (4)ΔG表达式(以Xi为变量)(4分)。 5、(18分)乙醇 (1)--苯 (2)体系45˚C下达汽液平衡时,P=302mmHg,x1=0.616,45˚C下蒸汽压Ps1=172mmHg,Ps2=222mmHg。 气相可视为理想气体,此体系可用GE/RT=Cx1x2式关联,C为常数,求 1)lnγ1和lnγ2表达式;(6分) 2)45˚C下此体系是否存在共沸物? 如存在,试计算恒沸点组成和恒沸点处平衡蒸汽总压。 (8分)设C=1.74。 6、(18分)已知某含组分1和2的二元溶液,可用lnγ1=BX22,lnγ2=BX12关联,B可视为常数,50℃下达汽液平衡时能形成共沸物,现测得50℃下γ1∞=14.7,P1S=0.0174MPa,P2S=0.0667MPa,设汽相可视为理想气体。 试求: 1GE表达式; 2B值; 50ºC下恒沸点组成和平衡蒸汽压。 第六章化工过程能量分析 1.气体经过稳流绝热过程,对外作功,如忽略动能和位能变化,无摩擦损失,则此过程气体焓值(). A.增加B.减少C.不变D.不能确定 2.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 3.不可逆过程中孤立体系的() A.总熵总是增加的,有效能也是增加的。 B.总熵总是减少的,有效能也是减少的。 C.总熵是减少的,但有效能是增加的。 D.总熵是增加的,但有效能是减少的。 4.一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 5.在4
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