化工热力学考试重点终极.docx
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化工热力学考试重点终极
、重点
1、临界点定义及表达式:
2
_P
V2TTc
2、Virial
方程
体积表达式:
Z
PV
RT
压力表达式:
Z
PV
RT
化工热力学
维持气液平衡的最高温度和压力点。
3、偏心因子的定义及表达式:
各种物质在
Tr0.7时,纯态流体对比蒸汽压对数
值与Ar,Kr,Xe的值的偏差,即
lgP:
o’「OO。
物理意义:
偏心因子表征物质的偏心度,即非球型分子偏离球对称的程度。
4、普遍化Virial系数
r—1
«代界
E-V.
K
Usnitz
混合规
几则
t化乐蚩
r
$因于f
更用区
1
r.
1表达式
:
旳推导
:
1
*
5I
5
1E
普遍化Virial系数与普遍化压缩因子适用范围
6、熵的
5、Pra
U2
第一dS方程
当SST,V时,则有
所以dS
p
T
dV
V
积分得到
第二dS方程
ST,p时,
则有
因Cv-
Q
Tv
TdST
Tv
S
Tv
得
S
Cv
Tv
T
又
S
p
VT
T
V
所以
dS
Vdp
p
积分得到
第三dS方程
当SSp,V时,则有
因为
积分得到
7、焓的表达式推导
利用刚刚导出的三个dS方程来得到三个dH方程。
dHTdSVdp
(1)
将第一dS方程代入
(1)式并注意得到
得到第一dH方程
积分得到
第二dH方程
积分得到
第三dH方程
积分得到
8、剩余性质的定义:
所谓剩余性质,是气体在真实状态下的热力学性质与在同一温度、压力下当气体处于理想状态下的热力学性质之间的差额。
式中M与M*分别为在相同温度和压力下,真实气体与理想气体的某一广度热力学性质的摩尔值,如VUHS和G等。
9、普遍化Virial系数计算剩余熵和焓
10、逸度及逸度系数的定义
对于真实气体,定义逸度fi0
dGiRTdln.(等温)
逸度系数的定义
11、温熵图,即TS图(以往试卷有类似题目)
等干度线、等压线、等焓线、等比容线。
12、化学位、偏摩尔性质
化学位:
将无限小量的物质i加到均相体系中而保持相均匀同时体系的熵和体积保持不变,体系内能变化与加入物质量的比值为物质i在所处相中的势,称为化
学位。
偏摩尔性质:
在给定的T、P和其他物质的量不变时,向含有组分i的无限多的
溶液中加入1mol的组分i所引起的热力学性质的变化。
偏摩尔性质有三个重要的要素:
①恒温、恒压;②广度性质(容量性质);③随
某组分摩尔数的变化率。
13、混合物的组分逸度及逸度系数
混合物中组分i的逸度的定义为:
dGRTln?
(等温)
混合物中组分i的逸度系数的定义为:
?
丄
iXiP
混合物的逸度的定义为:
dGRTInf(等温)
混合物的逸度系数的定义为:
丄
P
14、理想溶液的逸度,标准态
一f?
(1)、以Lewis-Randall定则为基础规定标准态:
lim^fioLRfi°
x1xi
(2)、以Henry定律为基础规定标准态:
lim^fioHLK,其中ki为henry
X0Xi
常数。
适用条件:
在体系温度、压力下,溶液中各组分的纯物质聚集态相同,并且组
分之间可以无限制混合时,各组分都以Lewis-Randall定则为基础规定标准态。
在体系温度、压力下,溶液中各组分的纯物质聚集态不同,或者,组分之间不能无限制混合时,溶剂以Lewis-Randall定则为基础规定标准态,溶质以Henry定律为基础规定标准态。
15、混合过程性质:
溶液的性质M与构成溶液各组分在标准态时性质总和之差。
MMXiMi,M是与混合物同温、同压下纯组分i的摩尔性质。
混合物的摩尔性质与偏摩尔性质的关系:
16、超额性质定义及表达式
超额性质定义为相同的温度、压力和组成条件下真实溶液性质与理想溶液性质之差。
17、正规溶液和无热溶液的区分
正规溶液:
当极少量的一个组分从理想溶液迁移到有相同组成的真实溶液时,如果没有熵的变化,并且总的体积不变,此溶液称为正规溶液。
无热溶液:
某些由分子大小相差甚远的组分构成的溶液,特别是聚合物溶液属此类型。
这类溶液He0,故称为无热溶液。
GeTSe。
18、相平衡的判据
(1)、dGTp0,它表明在给定的温度和压力条件下,平衡态就是所有可能变化达到的自由焓数值中最小的那个状态。
(2)、iiLii1,2,L,N,表明,N个组分的系统内,若n个相在均
一的温度、压力下达到平衡时,物系内的每一组分在所有各相中的化学位必定相同。
(3)、?
?
L?
i1,2,L,N,说明,各相在同样的温度、压力下达到平
衡时,每一个组分在各相中的逸度相等。
19、气液平衡的分类
(1)、完全理想系:
汽相一理想气体,液相一理想液体
(2)、理想系:
汽,液相一理想液体(VL均服从LR)
(3)、部分理想系:
汽一理想气体,液相一非理想液体
(4)、非理想系:
20、理想功概念:
理想功即指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可
逆的过程进行时,理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功。
21、热力学效率T:
理想功与实际功的比值。
22、由Rankine循环的示意图画温熵图
23、通过通过改变蒸汽参数提高Rankine循环的热效率
(1)、提高蒸汽的过热温度
在相同的蒸汽压力下,提高蒸汽的过热温度时,可提高平均吸热温度,增大作
功量,提高循环的热效率,并且可以降低汽耗率。
同时乏气的干度增加,使透平机的相对内部效率也可提高。
但是蒸汽的最高温度受到金属材料性能的限制,不能无限地提高,一般过热蒸汽的最高温度以不超873K为宜。
(2)、提高蒸汽的压力
当蒸汽压力提高时,热效率提高、而汽耗率下降。
但是随着压力的提高,乏汽
的干度下降,即湿含量增加,因而会引起透乎机相对内部效率的降低。
还会使透平
中最后几级的叶片受到磨蚀,缩短寿命。
乏汽的干度一般不应低于0.88。
另外,蒸汽压力的提高,不能超过水的临界压力,而且设备制造费用也会大幅上升
24、节流膨胀过程、绝热膨胀过程
节流膨胀:
高压流体流过管道中一节流元件(如节流阀、孔板、毛细管等),迅
速膨胀到低压的过程称为节流膨胀。
绝热膨胀:
气体从高压向低压做绝热膨胀时,若通过膨胀机来实现,则可对外做功,如果过程是可逆的,称为等熵膨胀。
25、Gibbs-Duhem方程
Gibbs-Duhem方程的一般形式:
当T、P恒定时
当M=G时xidGiTP0
二元系等温、等压条件下
二、题目
1、正确写出下列热力学函数的定义式
偏心因子:
各种物质在Tr0.7时,纯态流体对比蒸汽压对数值与Ar,Kr,Xe的
值的偏差,即lgPrTr。
71.00。
偏心因子表征物质分子的偏心度,即非球型分子偏离球对称的程度。
剩余性质所谓剩余性质,是气体在真实状态下的热力学性质与在同一温度、压力下当气体处于理想状态下的热力学性质之间的差额。
R*
MMM。
可逆轴功WsP2Vdp,对于液体在积分时V—般可以视为常数。
Pl
微观熵S:
热力学几率的量度,与体系内部分子运动混乱程度有关,Skin
宏观熵S:
熵是表征系统混乱程度的量度,dS—。
T
熵流Sf卡,流入体系为正,离幵体系为负。
熵产Sg:
是体系内部不可逆性引起的熵变。
理想功Wid:
理想功即指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可逆的过
程进行时,理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功WidHToS。
损耗功Wl:
系统在相同的状态变化过程中,完全可逆过程的理想功与不可逆过
程的实际功之差,WLWidWS。
有效能Ex,任何体系在一定状态下的有效能是体系与环境的作用,从所处的状态达到与环境相平衡的可逆过程中,对外界做的最大有用功称为该体系在该状态下的有用功。
热效率T:
理想功与实际功的比值
T产生功
Wac
Wd
T需要功
Wd
Wac
产功过程热力学效率a:
产功设备在实际过程中提供的功与理想功的比值,它
是过程热力学完善性的尺度,反映了过程可逆的程度
a产生功
Wac
耗功过程热力学效率a:
理想功与耗功设备在实际过程中消耗的功的比值,它
是过程热力学完善性的尺度,反映了过程可逆的程度
a需要功
Wid
wac
nM
T,P,nj
偏摩尔性质Mi:
在给定的T、P和其他物质的量不变时,向含有组分i的无限
M
多的溶液中加入1mol的组分i所引起的热力学性质的变化,
混合性质厶M:
溶液的性质M与构成溶液各组分在标准态时性质总和之差,
MMxMi
0
超额性质M:
相同温度、压力和组成时,真实溶液与理想溶液混合性质之差,
MEMMid
o
MEMMid
逸度:
dGiRTdlnfi(等温)。
逸度系数:
i丄
P
组分逸度f?
:
温度为常数时,
dGRTdln?
,P叫f1
组分逸度系数?
一
XiP
组分活度:
活度定义为溶液中组分的逸度
?
对该组分在标准态时的逸度fi之
比,用a表示,
组分活度系数i:
活度与摩尔百分数之比为活度系数,a__JL_?
iXiXifif?
id
2、问答题
(1)、T-S图与蒸汽动力循环图。
(2选1,见重点11与22)
(2)、动量传递与热量传递的推导。
(2选1)
动量传递过程:
流体与设备和流体分子之间的摩擦和扰动导致熵增和不可逆。
和外界无热、功交换的过程,有
dS
得
S
TdP
P2Vdp
T
无热、功交换但有压降的流动过程,必有功损耗,得
流动过程中温度和比容变化不大
流体压力差大致与流速成平方关系,因此损耗功大致与流速成平方关系;压力
差恒定时,损耗功与To/T成正比关系,流体温度越低,损耗功越大;损耗功与流体比容成正比关系,因此气体节流的损耗功比液体节流的损耗功大得多。
热量传递功损耗推导过程:
损耗功即系统在相同的状态变化过程中,不可逆过
程的实际功与完全可逆过程的理想功之差。
即使没有散热损失,也因存在传热温差而有损耗功;当环境温度、传热量和传热温度积恒定时,损耗功与传热温差成正比关系,传热温差越低,损耗功越小;当
环境温度、传热量和传热温差恒定时,损耗功与传热温度积成反比关系。
因此低温传热时要求的传热温差更小
(3)、正规溶液、无热溶液的区分与标准态的两种情况。
(2选1,见重点14与
17)
3、证明题
(1)、dS及dH方程的证明(2选1,见重点6与7)。
(2)、In£是Inf的偏摩尔性质与In?
是In的偏摩尔性质(2选1)
X
In左是Inf的偏摩尔性质
Xi
In?
是In的偏摩尔性质
计算题
Vt1001.3816.625riB1.773nB/2
1、298.15K,若干NaCI(B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系为
0.119nB(cm3)。
求nB=0.5moI时,水和NaCI的偏摩尔
3
18.62cmmoI
Va,Vb
Vt
dVt
-16.625
nBT,P』a
dnB
Vb解:
3
1.7732nB.50.1192nB
当nBo.5moI时,Vb
且,vt1010.35cm3
由于VtHaVa
nBVBnA1000/1855.56mol
Va
所以,
VtHbVb1010.350.518.623,1
18.02cmmol
nA55.56
2、以下三题类型的选一题
(1)、从文献得知在633.15K,98.06kPa时水的焓为57496.72J•mol,试应用普遍化方法求算在633.15K,9806kPa下的焓值。
普遍化压缩因子法:
普遍化维里系数法:
(2)、已知在298.15K,101.33kPa下CO的理想气体状态的绝对熵为
213.79J•mol-1•K-1,其理想气体的等压热容为
Cp22.2585.981102T3.501105T27.465109T3试求在373.15K和10132.5kPa
11
下的气态CO的绝对熵。
(已知S的文献值为177.75J•mol-•K。
)
(3)、由A-B组成的汽液平衡体系,若汽相为理想气体,液相的超额吉氏函数符合
G^RTXaXb,测定80C时的两组分的无限稀活度系数是ab1.648,两个纯组
分的饱和蒸汽压分别是Pa120和Pb80kPa。
试问该体系80C时是否有共沸点存在?
若有,请计算共沸组成和共沸压力。
解:
若有共沸点存在,则在等温泡点曲线上出现极值。
共沸点时有
解得
注:
第五章相平衡是重点。
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- 化工 热力学 考试 重点 终极