化工热力学参考答案及评分标准

-1-化工热力学试题标准答案及评分标准考试科目：化工热力学试卷代号:A适用对象：化工09级使用学期：2010-2011-1第5学期共6道题总分100分共6页一、判断题：试判断对错（每题1分,共10分）1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8.×9.×10.×二、填空题（每题1分,共10分）(1)完全可逆。(2)Δh+Δu2/2+gΔz=q+Ws；2122()uHH(3)b1=b2(4)11121,015000(Jmol)HHxxa；12211,020000(Jmol)HHxxb(5)温度；压力；过量性质(6)1三、选择题（每题2分，共10分）1.B2.C3.A4.B5.D四、简答题（每题10分，共30分）(1)单级蒸汽压缩制冷（如下图所示）能量分析（10分）答：能量分析sWQH（动能和势能可以忽略）1-2可逆绝热压缩过程Ws=H2－H1kJ/kg③分2-3等压冷却、冷凝过程QH=H3－H2kJ/kg③分3-4节流膨胀过程-2-H1=H4②分4-1等压、等温蒸发过程QL=H1－H4kJ/kg②分2.简述透平机和压缩机稳流体系的装置的能量分析（10分）答：透平机是借助流体的减压和降温过程来产出功。②分压缩机可以提高流体的压力，但是要消耗功。②分根据稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：22suHgzQW②分它们环境交换热量通常可以忽略，没有位能和动能的变化。②分因此sHW②分（3）有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积2211112222(),()VVabaxbxVVabaxbx，式中：V1和V2是纯组分的摩尔体积，a、b只是T、p的函数。试从热力学的角度分析这些方程是否合理？答：由于该方程涉及到偏摩尔性质和温度压力等参数，因此如果该方程合理，必须要满足Gibbs-Duhem方程。②分首先，衡量等温等压下的Gibbs-Duhem是否满足：即：02211VdxVdx。对二元体系，做衡等变形，得：0222111dxVdxdxVdx②分由已知得：1112bxabdxVd②分-3-2222bxabdxVd②分于是，有：021222111xxbadxVdxdxVdx，因此，该表达式不合理。②分五、证明题（每题5分,共10分）1.332(2)()RVVaaVbpVV（已知：111ppVTVTVV；vdwEOS：2RTapVbV）证明：vdw方程2RTapVbV，变换为21aTpVbRV②分321111121ppVTVTVVaaVbpVRVV②分332(2)()RVVaaVbpVV①分2.dVVTTCdppTTCdSppVV)()(证明:由(,)SSTp可得()d()pTSSdSTdpTp，②分,pmpCSTT，pTSVpT②分-4-则有,d()dpmpCVdSTpTT①分六、计算题（题10分,共30分）1.一个体积为0.283m3的封闭槽罐，内含乙烷气体，温度290K，压力2.48×103kPa，试问将乙烷加热到478K时，用R-K方程求压力是多少？TC=305.4K，pC=4.884MPa，VC=1.48×10-4m3/mol，ω=0.098。（R-K方程：0.5()RTapVbTVVb，其中：22.522.56(8.314)(126.2)0.427480.247481.5583.39410ccRTap，568.314126.20.086640.086642.68103.39410ccRTbp解：查附表知甲烷的特性参数为190.6K,4.600MPa,0.008ccTp（1）应用R-K方程计算甲烷的摩尔体积。已知R-K方程为0.5()RTapVbTVVb①分22.522.560.427488.314305.40.427484.88410CCRTap②分60.529.86(PamK)/mol①分60.086648.314305.40.086644.88410CCRTbp①分534.510m/mol①分0.5()RTapVbTVVb450.54458.3144789.867.729104.5104787.72910(7.729104.510)②分-5-=54.597×105-7.1341×105①分=4.746Mpa①分2．某二元混合物的逸度可以表达为211lnCxBxAf，其中A，B，C为T，P之函数，试确定若两组分均以理想溶液为参考态，求21ln,ln,RTGE。解：由于iixfˆln是fln的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知CxxBAnCnCnnBAdnnCnBnnAdnfnxfnPT21122111211,,11122lnˆln2②分同样得到CxAnCnAdnnCnBnnAdnfnxfnPT212212211,,2221lnˆln②分另外CBAffxlnlimln111①分Affxlnlimln122①分再由对称活度系数的定义可知CxxCBACxxBAfxfxff122lnˆlnˆlnln2112111111111①分CxACxAfxfxff21212222222lnˆlnˆlnln①分再可以得到212122111221112lnlnxCxCxxCxxxxxRTGE②分-6-3．设已知乙醇（1）-甲苯（2）二元体系在某一气液平衡状态下的实测数据为t=45℃，p=24.4kPa，x1=0.300，y1=0.634，并已知组分1和组分2在45℃下的饱和蒸汽压为sat123.06kPap，sat210.05kPap。试采用低压下气液平衡所常用的假设，求（1）液相活度系数1和2；（2）液相的GE/RT；（3）液相的△G/RT；（4）与理想溶液想比，该溶液具有正偏差还是负偏差？解：（1）低压下的气液平衡计算常假设气相为理想气体，此时有1111/(24.40.634)/(23.060.300)2.236satpypx（1）①分2222/(24.40.366)/(10.050.700)1.269satpypx（2）①分（2）用活度系数可将超额Gibbs自由能表示为1122/lnlnlnEiiiGRTxxx（3）①分将式（1），（2）值带入式（3），得GE/RT=0.408①分（3）超额Gibbs自由能的定义为GE=△G－△Gid①分而1122/lnlnlnidiiiGRTxxxxxx①分故1122////lnlnEidEGRTGRTGRTGRTxxxx①分代入数值计算后得/0.203GRT①分由于活度系数12,均大于1，故与理想溶液想比，该溶液具有正偏差。②分