华南理工大学硕士学位研究生考试化工原理.docx

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华南理工大学硕士学位研究生考试化工原理

华南理工大学

2003攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（请在答题纸上做答，试后本卷与答题纸一同交回）

科目名称：

化工原理

适用专业：

纸浆造纸工程、制糖工程、环境工程

一．填空（在括号内填入适当的文字）（40分）

1.流量计安装时，孔板流量计可以在（）方向安装，转子流量计（）方向安装，流体流动方向应取（）。

2.图示，流体在园管中自上而下流动，通过l段的摩擦阻力损失为h∫ab，压强差为△pab，指示液高度为R1，若流量及其他条件都不变，使流体自下而上流动通过该l段，则改变流动方向后的阻力损失h∫ba与改变前h∫ab的关系为（），改变后的压强差△pba与改变前的△pab关系为（）。

改变前R1与改变后R2（）。

3.当流体的温度升高时，离心泵的安装高度（）；流量不变，当吸入管的管径减少时，离心泵的安装高度（）。

4.固体颗粒在一长方体的沉降室中沉降，沉降过程符合stocks定律；气体的处理量不变，若在沉降室的1/2高度处加一与沉降面积相同的隔板，此时该沉降室能沉降最小颗粒的直径是原来的（）倍。

5.一台转筒真空过滤机，其他条件不变，

提高真空度，不利于提高生产能力（）；

提高悬浮液的温度，有利于提高生产能力（）；

增加浸没度，有利于提高生产能力（）；

6.为了减少保温瓶的热损失，

在瓶胆的夹层中抽真空是为了减少（）形式的热损失；

在瓶胆的夹层中镀水银是为了减少（）形式的热损失；

7.在大容器内饱和液体沸腾时，影响沸腾状态的主要因素是（）；工业生产中一般总是设法液体沸腾控制在（）状态下操作。

8.理想物系，平衡时测得气相组成是液相组成的两倍。

若将含轻组分50％的该物系进行平衡蒸馏分离，控制液化率50％，分离后馏出物轻组分浓度是原料含轻组分浓度的（）倍。

9.蒸馏是利用各组分的（）不同特性实现分离的。

精馏是通过多次的（）和（）的过程分离混合物。

10.吸收操作时，吸收塔总压增加一倍，相平衡常数m（）倍，增加压力对吸收操作（）；吸收塔温度增加，相平衡常数m（），增加温度对吸收操作（）。

11.假定吸收系统的相平衡常数m为零，填料高度及其他条件不变，若增加气体流量，吸收率将变（）。

12.影响恒速干燥速率的主要因素是（）

影响降速干燥速率的主要因素是（）

13.恒速干燥过程中，如果其他条件不变，空气的相对湿度增大，干燥速率将（）；空气的相对湿度达到饱和，干燥速率将为（），写出作为以上分析依据的表达式（）。

二．（15分）有一输水系统如图所示，管子规格为φ48×4，已知管路阻力（直管和局部阻

力）损失为：

试求：

（1）该体系的流量；

（2）若欲使流量增大20％，水箱的高度应增加多少米？

（设摩擦阻力系数不变）

三．（13分）已知泵特性方程为He＝20－2V2（m），其中V———体积流量，m3/min），单泵的流量为1m3/min，两敞口容器的液面高差为10m，试问当流量为1.5m3/min时，采用两泵串联还是并联操作，才能满足输送要求？

设阻力系数为常数。

四．（12分）有一转筒过滤机，转速为2分钟转一周，生产能力为4m3/h，现将生产能力增大到5m3/h，试问转速应增加到多少？

滤饼厚度为原来的多少倍？

五．（15分）一列管式换热气，壳程120℃的蒸气冷凝放热，将管程中20℃的空气加热到80℃，若将该换热气改为双管程，其他条件不变，设空气作完全湍流，物性随温度的变化可忽略，此时空气的出口温度为多少？

六．（15分）一常压操作的精馏塔用来分离苯和甲苯的混合物，已知进料中含苯0.5（摩尔分率，下同），泡点进料。

塔顶产品组成为0.9，塔底产品组成为0.03，塔顶为一个分凝器和一个全凝器，泡点回流，系统的平均相对挥发度为2，回流比是最小回流比的2倍，试求：

（1）精馏段操作线方程。

（2）离开塔顶第一块理论板的上升蒸气组成。

七．（15分）在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收氨——空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度Yt＝0.01（摩尔比），吸收率90％，操作压力760mmHg，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液的饱和蒸气压力为684mmHg，传质单元高度为0.5米，试求：

（1）最小单位吸收剂用量。

（2）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，填料层的高度为多少米？

（3）出口液体的浓度为多少？

八．（10分）已知一个干燥系统的操作示意图如下：

（1）在I—H图中画出过程示意图

（2）求循环空气量L

九．（15分）料组成xt＝0.2，以饱和蒸气状态自精馏塔底部进料，塔底不再设再沸器，xp＝0.95，xn＝0.11，平均相对挥发度为2.5。

试求：

（1）操作线方程

（2）若离开第一块板的实际液相组成为0.85，则塔顶第一块板以气相表示的单板效

率为多少？

华南理工大学

2004年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（329）参考答案

科目名称：

物理化学（化）

适用专业：

无机化学、分析化学、物理化学、环境科学

一.2mol乙醇在正常沸点（78.4℃）下，变为蒸汽，其摩尔汽化焓为41.50kJ·mol-1，乙醇蒸汽可视为理想气体。

（1）试求该相变过程的Q，W，△U，△S，△A，△G。

（2）若乙醇摩尔汽化焓可认为与温度无关时，那么50℃时乙醇的饱和蒸汽压应为多少？

（3）当2mol乙醇蒸汽在101325Pa下，从78.4℃升温至100℃时，△H，△S各为多少？

（已知Cp，m（C2H5OH，g）=65.44J·mol-1·K-1）。

（本题15分）

解：

（1）Qp=∆H=n∆vapHm=2mol×41.50kJ·mol-1=83.00kJ

W=-p∆V=-pVg=-nRT=-[2×8.315×（273.15+78.4）]J=J

∆U=Q+W=83.00kJ+5.846kJ=88.85kJ

∆S=Q/T=83000J/（273.15+78.4）K=J·K-1

∆G=0（可逆相变）

∆A=∆U－T∆S=W=5846J

（2）已知T=K，p=101.325kPa，蒸发焓∆vapHm=41.50kJ·mol-1，利用克－克方程可求T’=323.15K时的蒸气压p’：

ln（p’/101.325kPa）=-（41500/8.315）[（1/323.15）-（1/351.55）]

p’=28.10kPa

（3）乙醇蒸汽Cp，m与温度无关，

△H＝nCp，m△T＝（2×65.44×21.6）J=J

△S=nCp，mln（T2/T1）＝[2×65.44×ln（373.15/351.55）]J·K-1=7.804J·K-1

二.已知在298K，100kPa下，反应：

C2H4（g）+H2O（l）==C2H5OH（l）

数据如下：

（C2H4（g）视为理想气体）

C2H4（g）

H2O（l）

C2H5OH（l）

△fHmθ/kJ·mol-1

52.26

-285.83

-277.7

Smθ/J·mol-1·K-1

219.6

69.91

161

Cp，m/J·mol-1·K-1

43.56

75.291

111.5

（1）试求在298K下，反应的标准平衡常数Kθ。

（2）在298K时，当乙烯的压力为200kPa，能否生成C2H5OH（l）？

（3）在500K，100kPa下，反应的△rHmθ和△rSmθ各为多少？

升高温度对C2H5OH（l）生成是否有利？

（本题20分）

解：

（1）△rHmθ=∑vB△fHm，Bθ=（-277.7-52.26+285.83）kJ·mol-1=kJ·mol-1

△rSmθ=∑vBSm，Bθ=（161-219.6-69.91）J·mol-1·K-1=J·mol-1·K-1

△rGmθ=△rHmθ-T△rSmθ=[-44130－298×（-128.51）]J·mol-1=J·mol-1

Kθ=exp（-△rGmθ/RT）=exp[-（-5834）/（8.315×298）]＝10.53

（2）Jp=p（C2H4）/pθ=200kPa/100kPa=2

（3）△rCp=∑vBCp，m，B=（111.5-43.56-75.291）J·mol-1·K-1=J·mol-1·K-1

△rHmθ（500K）=△rHmθ（298K）+△rCp△T=（-44130-7.351×202）J·mol-1

=J·mol-1

△rSmθ（500K）=△rSmθ（298K）+△rCpln（T2/T1）=[-128.51-7.351×ln（500/298）]J·mol-1·K-1

=-132.31J·mol-1·K-1

△rGmθ=△rHmθ-T△rSmθ=[-45615－500×（-132.31）]J·mol-1=J·mol-1>0

可见500K时反应无法正向进行，即升温对反应不利。

三.电池Pt│H2（100kPa）│HCl（0.1mol·kg-1）│Hg2Cl2（S）│Hg

在298K时电动势为0.3724V，标准电动势为0.3335V，电动势的温度系数为1.526×10-4V·K-1。

（1）写出正、负极及电池反应。

（2）计算在298K时该反应的标准平衡常数Kθ，△rGm，Qr，m。

（3）计算在298K时，HCl（0.1mol·kg-1）水溶液的活度、平均活度a±及离子平均活度系数γ±。

（本题15分）

解：

（1）正极：

Hg2Cl2（s）+2e-→2Hg+2Cl-

负极：

H2（100kPa）→2H++2e-

电池反应：

Hg2Cl2（s）+H2（100kPa）＝2Hg+2HCl（0.1mol·kg-1）

（2）Kθ=exp（zFEθ/RT）=exp[2×96500×0.3335/（8.315×298）]=1.911×1011

△rGm＝－zFE=（－2×96500×0.3724）J·mol-1=71.87kJ·mol-1

Qr，m=zFT（

E/T）p=（2×96500×298×1.526×10-4）J·mol-1=8777J·mol-1

（3）Nernst方程：

E=Eθ-（0.05916V/2）ln{a（HCl）2/[p（H2）/pθ]}

代入：

0.3724V=0.3335V-0.02958V×ln{a（HCl）2/[100kPa/100kPa]}

得：

a（HCl）＝0.5170

b±=（b+v+b-v-）1/v=（0.11×0.11）1/2mol·kg-1=0.1mol·kg-1

a±=a（HCl）1/v＝0.51701/2=0.7190

γ±=a±/（b±/bθ）=0.7190/（0.1）=7.190

四.某电镀液含有Sn2+，Cu2+离子，其活度分别为:

aSn2+=1，aCu2+=1，已知EθSn2+/Sn=-0.1366V，EθCu2+/Cu=0.3400V，不考虑超电势，在298K下，进行电镀。

（1）何者首先在阴极上析出？

（2）当第二种金属也开始析出时，原先析出的金属离子在镀液中的浓度为多少？

（3）为了得到铜锡合金，你认为应采取何种措施？

（本题15分）

解：

（1）还原电势越大，氧化态越易还原，因为