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1、一、填空题(共 30分,每空 1分)1 偏心因子的定义是 。srrlog.0(.7)pT2 混合法则描述的是 混合物状态方程中的常数项与组成及纯物质参数项的的关系, 混合法则的交互作用参数 是通过 pVT 的实验数据拟合而得到的。 ijk3 第二 Virial 系数的物理意义为 B 仅与两分子间的相互作用力有关;普遍化第二维里系数的关系式是: ,B 的大小是 温度 和分子本身性质 的函数。(0)(1cBpRT4 理想气体等压热容与真实气体等压热容的主要区别是: 理想气体等压热容是温度的函数,真实气体等压热容不仅是温度的函数还是压力的函数。5 Clausius-Clapeyron方程的表达式为:
2、 或者 ZpRTHsvs)/(d2。ZRHTpvs)/1d(ln6 热力学第二定律的数学表达式为 , 损失功的表达式为 0d孤 立S。isosursyTSW00L7 剩余性质的定义式是: 超额性质的定义式是: p,TM,igR。idME8 理想混合物中混合性质变化为零的量有 V id、 U id、 H id ,不等于零的量有 Sid、 G id 。9 高压下,理想混合气体的逸度系数可以简化为 = i ,理想混合液体的 i= 1 。i10 二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是 dpRTVHdxEE221lnl11 纯组分逸度的定义式是 ;混合物中组分的逸度定义式是 0lnlim/1ipG
3、ff,混合物作为一个整体的逸度的定义式是 ,逸度之间的1limlnd0pyfRTGii 1limlnd0pfRTG关系是 。iiyfflnl12 汽液平衡体系中共沸点的特征是 xiy i。13气体压缩时为减小压缩功可以采用的措施有(1)用冷水夹套、翼片等措施使压缩过程接近等温压缩;(2)采用多级压缩。14 液体混合物发生分相的条件是 , 液液相平衡方程是 。20dGxiix15 汽液平衡体系中正偏差物系对应的活度系数的特点是 0 。lni16 偏摩尔性质的定义式是: 化学位是偏摩尔 ,jiiiTPnMiG二、简答题(共 6 题,每题 5 分)1. 活度系数法表示的汽液平衡方程是什么?如果以 L
4、ewis-Randall规则为基准的标准态下汽液平衡方程的通式又是什么?在什么情况下可以简化为拉乌尔(Raoult)定律?答:活度系数法表示的汽液平衡方程是: (1,2)viiipyfxN以 Lewis-Randall规则为基准的标准态下汽液平衡方程的通式是: ep(1,2)lsiivsiiiVyxiNRT在压离临界区时, sili在低压下,汽相可视为理想气体,于是有: , 汽液平衡方程可以简化为:1visi(1,2)siipyxiN如果体系中各组元性质相似,液相可以简化为理想溶液 i于是汽液平衡方程可以简化为: (1,2)siipyxN上式就是完全理想体系的汽液平衡方程,又称为拉乌尔定律。2
5、. 混合物临界点和纯物质临界点有什么相同和不同点?在什么情况下能会产生逆向蒸发现象?为什么?答:发生逆向现象的首要条件是等温线可以两次与露点线相交,或等压线可以两次与泡点线相交。发生的原因是因为混合物的临界点不一定是汽液平衡的最高温度点,也不一定是最高压力点。或流体在高压下不一定出现“逆向蒸发”或“逆向冷凝”现象。3气体的膨胀有几种方式?其特征分别是什么?并举例说明其应用。答:气体的膨胀有三种方式,节流膨胀,其特征为等焓过程,用在蒸气压缩制冷循环,孔板流量计等场合;绝热做功膨胀,如果过程可近似认为为可逆过程,其特征为等熵过程,用在制冷、透平做功等场合。通过喷管的膨胀,通过流体焓值的降低带来速度
6、的增加,用在蒸气喷射泵、火箭发动机等场合。4 理想溶液的定义式是什么?写出基于 LewisRandall 规则和 Henry定律基础上的理想溶液模型,并说明为什么要定义两种理想溶液模型。答: iidxfiidxfiidxkf因为有些组分在溶液的温度和压力下没有纯组分存在,此时标准态选 Henry 常数,此时的理想溶液模型即为理想稀溶液模型。5 常用的状态方程有那些(不用写具体方程形式)?状态方程的作用是什么?答:常用的状态方程有理想气体状态方程和真实气体状态方程,真实气体状态包括维里方程、立方型方程(Redlich-Kwong 方程、 Soave-RK 方程和 Peng-Robinson 方程
7、)和多参数状态方程(BWR 方程, Martin-Hou 方程) 。状态方程处了可以直接计算 PVT 的数据外,还用来计算热力学性质焓和熵以及气体逸度和相平衡计算等。6. 通过化工热力学的学习,你能总结一下热力学的研究方法吗?并举例说明。面对一个问题的首先进行定性了解,然后再建立它们的定量关系;在建立定量关系时,先把研究对象简单化、理想化,建立理想情况下的数学模型,实际问题的数学模型是理想模型加上校正系数。如理想气体方程的建立;溶液逸度方程的建立;气体逸度方程的建立。三(1)画出物质在包括液体区、两相区和气体区 TS 图,并在图中画出至少三条等压线、三条等焓线,并标出它们的相对大小。(2)在某
8、一压力下,体系由过冷液体变为过热蒸气,请在 T-S图上画出它们的变化过程,并说明之。 (10 分)解:(1)图中三条等压线的相对大小是: 321p321H(2)其变化过程如图所示,沿着等压线从过冷液体状态 1到饱和液体 2再到饱和气体,最后变为过热蒸气。四 计算题(共 40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 Jmol-1,饱和液体在正常沸点下的体积=95.7 cm3mol-1,C pig= 16.0+0.235T (Jmol-1K-1),第二维里系数 ,上式中 T4
9、.23)10(78TB的单位是 K,B 是 cm3mol-1,在 453K 时的饱和蒸气压符合方程:(设苯的 p、V、T 关系符合二阶舍项)/(204.5879.6)/log( CtPas 的维里方程)解:计算框图为:T=453K,t=179.85代入: )/(204.35879.6)/log( tKPas ps 1020.9kPa RH2饱和蒸气453K,1020.9kPa理想气体理想气体RH1vig453K,1020.9kPa353K,101.325kPa353K,101.325kPa饱和液体 1molJ3068HV二阶舍项的维里方程为:,则: (1)RTBpZ1BpRTV (2)TBpR
10、VdpHpR0代入(1)和(2)式得: TBpRTpR d0pTB0d即: TRH4.23)10(78B 4.3924.1 /106.0. TTdT 则: ppHR 34.264.294.29 1036根据题意, 118.molJ1295.80lR1-47823molJ5.10d621TCHTigpig12l3.42695.80.78RigRvH2某蒸汽压缩制冷循环装置,制冷能力为 105 kJh-1,蒸发温度为 -20, 冷凝温度为25,设压缩机作可逆绝热压缩,H 1=1660 kJ -1,H 2=1890 kJ -1,H 4=560 kJ -1,H 6=355 kJ -1,试求(1) 压缩
11、机消耗的功率。(2) 制冷剂每小时的循环量。(3) 冷凝器的热负荷。(4) 该循环的制冷系数。(5) 节流阀后制冷剂中的蒸汽含量。 (15分)解(2)制冷剂的循环量 G h/kg.HqQ09561041(1) 压缩机的功率 kW.wNst 803689036012(3) 凝器的热负荷 h/kJ.HGQ712980509214 (4) 制冷系数 73460891240 .wqs (5) 节流阀后制冷剂中的蒸汽含量 x 15703165114456 .HHxH 3 (本题 10 分)1 与 2形成的二元混合物在 70时蒸气压力为 ,1spkPa,假设汽相可按理想气体处理,其超额自由焓与组成的关系为 260spkPa试问: 12.75EGRTx(1)在 70时该体系是否存在共沸物?如果存在的话,求出共沸组成? (2)试求与液相组成为 (摩尔分率)平衡的汽相组成和平衡压力为多少?10.4解:根据 ijnpTiiRnG,El可得 2121.75l0x相平衡方程为: siipy234st如果有共沸物存在 可得 即 iiyx12ssp121lnlnssp=-0.606 解答共沸点的组成为22110.75()lnspx 20.940.96xx(2)平衡压力 1212.31041.368.3sspyxp kPa1.304.5998s21.y