化工热力学习题集.docx
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化工热力学习题集
一、填空题
1.在PT图上纯物质三种聚集态互相共存处称。
2.当T,P一定时,非理想溶液混合性质变化△G=。
3.纯物质逸度的定义式为、,均相混合物中组分逸
度的定义式为、,逸度的物理意义
是。
4.体系由一状态到另一状态变化过程中以________方式进行时的功效应,称为
此过程的理想功。
5.假设1T、2T分别为高温热源和低温冷源的温度,那么工作于高温热源和低温
冷源之间的可逆机的效率为,逆向卡诺循环的制冷系数
为。
6.在表格空格处填入合理的性质和关系。
7.某气体温度为T,其临界温度为TC,给气体加的压力P足够大,则气体能被
液化的温度条件是。
8.三参数对比状态原理中,三参数是指。
9.体积膨胀系数的定义式为:
P
TVV1⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=β那么,理想气体的体积膨胀系数为。
10.剩余性质是指在相同的温度和压力下热力学性质
之差。
超额性质是指热力学性质之差。
11.假设1T、2T分别为高温热源和低温冷源的温度,那么工作于高温热源和低温
冷源之间的可逆机的效率为,逆向卡诺循环的制冷系数
为。
12.单位质量稳流体系能量平衡方程为,对流体通过换
热器的过程,能量平衡方程可简化为,对流体通过泵、压
缩机等设备的过程,能量平衡方程可简化为。
14.溶液中组分i的活度系数的定义是iγ===。
15.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;如计算溴水中水的逸度时应采用定则为标准态。
16.剩余性质的定义是MR=_____________。
17.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=___________。
18.能量平衡时以热力学为基础,有效能平衡时以热力学为基础。
能量平衡是反映系统中能量的利用情况,有效能平
衡是反映系统中能量的利用情况。
19.稳定流动体系物流的火用EX的基本计算式为:
___________;一定状态下体
系的火用指体系由该状态达到与时,此过程理想功。
20.单位质量稳定流动体系能量平衡方程_______________________________,
对流体通过换热器的过程,能量平衡方程可简化为
______________________。
21.写出理想溶液混合时的混合自由焓、混合体积、混合焓及混合熵的表达
式,,,。
23.写出两种可以作为过程可逆与否标志的热力学性质,。
24.写出三种火用值就是其本身的能量,,。
25.二元体系单相稳定性的判据为,。
26.对于理想气体反应体系,用摩份数表示的平衡常数yK与用压力表示的平衡
常数pK之间的关系可表示成。
28.任意实际气体的状态方程都可以表示为。
29.写出对比摩尔体积rV与对比密度rρ之间的关系。
30.某三元组分混合物中含有0.20摩尔分率A,0.35摩尔分率B和0.45摩尔分
率C。
在66.0810Pa⨯和348K时A、B和C的组分逸度系数分别为0.7、0.6和
0.8,则该三元混合物的逸度系数为,逸度为。
32.体系存在界面时的平衡判据为平衡时,。
。
33.混合物的逸度与其组分逸度之间的关系可表示为,混合物的逸度系数与其组分逸度系数之间的关系可表示为。
34.写出理想溶液中组分i的偏摩尔自由焓、偏摩尔熵与组成之间的关系式,。
二、判断题
1.维里系数的物理意义是代表物质极性的大小。
（
2.对于二元混合物体系,当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。
（
3.化学位可表示成四个偏导数形式,每个偏导数都是偏摩尔性质。
（
4.凡是服从Lewis-Randall的溶液就称为理想溶液。
（
5.损失功可表示成0LWTS=∆体系。
（
6.根据热力学第一定律,对某过程或系统的能量继续衡算,不仅能确定能量的数量利用率,而且能全面地评价能量质量利用情况。
（
7.能量是守恒的,因此在一切实际过程中火用也是守恒的。
（
8.封闭体系是指体系与环境之间的界面即不允许传递物质也不允许传递能量。
（
9.熵状态函数。
只要初,终态相同,。
（10.只要反应体系中存在惰性气体就会对平衡时的反应进度产生影响。
（
11.一定压力下,纯物质的泡点温度和露点温度是相同的,且等于沸点。
（
12.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为
∑=niii
fxfˆlnln。
（
13.要对化工过程进行节能改进,就必须对理想功、损失功、热力学效率进行计算和热力学分析。
（
14.压力相同时,过热蒸汽的火用较饱和蒸汽大,因此其做功的本领也较大。
（
15.能量是守恒的,因此在一切实际过程中火用也是守恒的。
（
16.对不可逆绝热循环过程,由于其不可逆性,孤立体系的总熵变大于0。
（
17.理想功Wid是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按以完全可逆过程进行时,理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功,因此理想功就是可逆功,同时也是的负值。
（
18.稳态流动过程的理想功仅取决于体系的初态与终态及环境温度T0,而与具体
的变化途径无关。
（
19.对于二元混合物体系,当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。
（
20.温度和压力相同的两种理想气体混合后,则温度和压力不变,总体积为原来两气体体积之和,总内能为原两气体内能之和,总熵为原来两气体熵之和。
（
21.对于理想混合物,VGH∆∆∆,,均为零。
（
22.理想溶液的混合性质和超额性质相同。
（不可逆
可逆SS∆=∆
23.混合物体系达到汽液平衡时,总是有livilvliviffffff===,,ˆˆ。
（
24.化学位可表示成四个偏导数形式,每个偏导数都是偏摩尔性质。
（
25.对于理想溶液,所有超额性质皆等于零。
（
26.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。
（27.等温、等压下的N元混合物的Gibbs-Duhem方程的形式之一是0ln0=⎪⎪⎭⎫⎝
⎛∑=iiNiidxdxγ。
（
28.体系的超额性质和其混合性质是一致的。
（
29.气体在液体中的溶解度总是随温度的升高而降低。
（
30.体系的超额性质和其混合性质是一致的。
（
31.理想功和可逆功其实是对同一概念的不同说法。
（
32.封闭体系是指体系与环境之间的界面即不允许传递物质也不允许传递能量。
（
33.界面张力与界面自由焓是对同一事物分别从力学和热力学角度提出的物理量,具有不同的物理意义,但数学上是等效的。
（
34.偏摩尔性质的物理意义是在给定的温度、压力和组成下,向含有i组分的溶液中加入1mol纯物质i所引起的一系列热力学性质的变化。
（
35.理想溶液中组分i的活度等于以质量份数表示的组分i的浓度。
（
36.对于理想化的不可压缩流体,其熵、焓和内能均与压力无关。
（
37.只要反应体系中存在惰性气体就会对平衡时的反应进度产生影响。
（
36.不可逆过程的损失功等于该过程损失的有效能。
（
37.理想功总是大于等于可逆功。
（
38.普通能量衡算的依据是热力学第一定律;而有效能衡算的依据是热力学第二定律。
（
39.体系存在界面时的平衡判据为:
平衡时每一组分在各相中的化学位相等、温度相等、压力相等。
（
40.当p趋于零的极限情况下,气体的fp
比值趋于无穷,其中f是逸度。
三、选择题
1.纯物质的第二virial系数B（
A仅是温度的函数
B是T和P的函数
C是T和V的函数
D是任何两强度性质的函数
2.二元气体混合物的摩尔分数y1=0.3,在一定的T,P下,8812.0ˆ,9381.0ˆ21==ϕϕ,
则此时混合物的逸度系数为。
（
A.0.9097
B.0.89827
C.0.8979
D.0.9092
3.某流体在稳流装置中经历了一个不可逆绝热过程,装置所产生的功为24kJ,
则流体的熵变（
A.大于零
B.小于零
C.等于零
D.可正可负
4.Henry规则（
A仅适用于溶剂组分
B仅适用于溶质组分
C适用于稀溶液的溶质组分
D阶段适用于稀溶液的溶剂
5.对单原子气体和甲烷,其偏心因子ω,近似等于（。
A.0
B.1
C.2
D.3
6.下列偏摩尔性质与溶液性质关系式中,nmol溶液性质正确的是,nM=（。
ii
A.nMii
B.xM∑i
C.xMiii
D.nM∑
7.体系从同一初态到同一终态,经历二个不同过程,一为可逆过程,一为不可逆过程,此二过程环境熵变存在（。
A.（ΔS环可逆<（ΔS环不可逆B.（ΔS环可逆>（ΔS环不可逆
C.（ΔS环可逆=（ΔS环不可逆
D.（ΔS环可逆=0
8.不可逆过程中孤立体系的（。
A.总熵总是增加的,火用也是增加的。
B.总熵总是减少的,火用也是减少的。
C.总熵是减少的,但火用是增加的。
D.总熵是增加的,但火用是减少的。
9.同一可逆热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率（
A.相同
B.低
C.高
D.不一定
10.卡诺制冷循环的制冷系数与（有关。
A.制冷剂的性质
B.制冷剂的工作温度
C.制冷剂的循环速率
D.压缩机的功率
11.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（。
A.
B=B0ωB1B.B=B0ω+B1
C.BPC/（RTC=B0+ωB1
D.B=B0+ωB1
12.下列偏摩尔自由焓表达式中,错误的为（。
A.iiGμ=-
B.dTSdPVGdiii----=
C.（ijnPTiinnGG≠⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂=-,,
D.
（ijnnVTiinnGG≠⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂=-
,13.下述说法哪一个正确?
某物质在临界点的性质（。
A与外界温度有关
B与外界压力有关
C与外界物质有关
D是该物质本身的特性
14.对于流体混合物,下面式子错误的是（。
AB、iiiVPUH+=C、理想溶液的iiVV=;iiUU=D、理想溶液的iiSS=;iiGG=
15.一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（。
A.可逆的
B.不可逆的
C.不可能的
16.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.V2A.iifxf∧
∑=;B.i
ff∧
∑=;C.lni
i
ixfxf∧
∑=ln
;D.ln0lnfxfi∑=
18.在373.15K和101325Pa下水的化学位与水蒸气化学位的关系为（。
Aμ（水=μ（汽
Bμ（水<μ（汽
Cμ（水>μ（汽
D无法确定
19.298K下,将两种液体恒温恒压混合,形成理想液态混合物,则混合前后下列热力学性质的变化情况为:
A∆S>0,∆G<0B∆S=0,∆G<0
C∆S<0,∆G>0
D以上均不对
20.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浓度的改变而增加,则B的偏摩尔体积将随A浓度的改变:
（A.增加B.减小C.不变D.不一定21.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
22.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23.超临界流体是下列（条件下存在的物质（。
A.高于Tc和高于Pc
B.临界温度和临界压力下
C.低于Tc和高于Pc
D.高于Tc和低于Pc
24.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
25.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.V226.在一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是（。
为混合物的逸度 ; ; ; L2
V1
V2
L1
L2
L1V2122
fffDf
ff
f
CffffBffffAVLVLVLV（.ˆˆˆˆ.ˆˆˆˆ.ˆˆˆˆ.11
=======
27.混合物中组分i的逸度的完整定义式是（。
A.0ˆˆln,lim[/（]1iiiipdGRTdffYP===B.0
ˆˆln,lim[/]1iii
pdGRTdffP===
C.0ˆln,lim1iiipdGRTdff===
D.0
ˆˆln,lim1iii
pdGRTdff===28.在158℃与13℃之间工作的热机的最大效率是（。
A.91.77%
B.50.70%
C.33.64%C.39.67%29.损失功也是过程可逆与否的标志,因此有（。
A.WL=T0*△S体
B.WL=T0*△S环
C.WL=T0*△S总
D.WL=-T0*△S总
30.对1mol理想气体
T
VS（∂∂等于（。
A.
VR-B.VR
C.Rp
D.Rp-四、名词解释1、偏摩尔性质
2、过量性质（超额性质
3、理想溶液
4、活度
5、剩余性质
6、偏心因子五、简答题
1.简述有效能衡算方程与能量衡算方程的实质性区别。
2.写出稳流系统热力学定律的一般形式,并对流体流经泵和流经换热气的系统进行适当的简化。
3.简述活度的定义和物理意义。
4.写出稳流体系的熵平衡方程,并指出各项的含义。
5.对节流膨胀与做外功的绝热膨胀进行比较。
6.画出兰金循环的示意图。
如果已知进入气轮机的过热蒸汽的的温度t1、p1和乏气的压力p2,试确定各状态点的焓值和熵值。
六、证明题
1.有人提出用以下方程表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积,
2
22222
1111（（bxxabaVVbxxabaVV--+=---+=---
式中a,b均为温度、压力的函数,21,VV是纯组分的摩尔体积,试从热力学角度证明这些方程并不合理。
2.在一定的温度和压力下,一个简单的二元混合物中两种组分的偏摩尔焓值可用
下式表示,
21112
Habx-
=+;22221Habx-
=+
式中ia,ib均为常数,试证明112Hbxx∆=
3.试证明二元理想溶液不会发生相分裂。
七、计算题
1.有一逆流式换热器,利用废气加热空气。
105Pa的空气由20℃被加热到125℃,空气的流量为1.5㎏/s,而1.3×105Pa的废气从250℃冷却到95℃。
空气的等压热容为1.04kJ/（㎏·K,废气的等压热容为0.84kJ/（㎏·K,假定空气与废气通过换热器的压力与动能变化可以忽略不计,而且换热器与环境无热量交换,环境状态为105Pa和20℃,试用两种方法计算换热器中不可逆传热的有效能损失。
3.39℃、2Mpa下的二元溶液中组分1的逸度为
231111
ˆ694fxxx=-+式中1x是组分1的摩尔分数;1f的单位是Mpa。
试求在上述温度和压力下①纯组分1的逸度与逸度系数;②组分1的亨利系数1k;
③活度系数1γ与1x的关系式（组分1的标准状态是以Lewis-Randall定则为基准。
4.25℃,0.1MPa下组分1和2形成溶液,其体积可由下式表示:
V=40-12X1-10X12
（cm3/mol。
式中X1为组分1的摩尔分数,V为溶液的摩尔体积.求,
; ; ; , ;
2; , 212EV（V（VV（VV（VV（5431211∆∞
∞
5.有人声称发明了一种绝热操作,不需要外功的稳定流动装置,能将p=0.4Mpa、
298K的空气分离成两股流（如图所示一股是Ap=0.1013Mpa、273K,另
一股是Bp=0.1013Mpa、323K。
试问这样的装置可行吗?
（假设空气可视为理想气体,其恒
压热容29.3/PCkJkmolK=∙。
6.已知某二元溶液的活度系数为其中A,B,C仅是T,P的函数。
求。
,fffRTGE
lnˆln,ˆln/,ln2
12γ（均以Lewis-Randall定则为标准状态。
6.已知某二元溶液的活度可表示为211lnfABxCx=+-,其中A,B,C仅是T,P的函数。
试确定两组元均以Lewis-Randall定则为标准状态时的12/ln,lnEGRTγγ,。
7.在298K和0.1MPa下二元系焓变
已知mol
JHmol
JHxxxxH/627/4182（9.20212121==+=∆其中x为摩尔分数,Lewis-Randall定
则为基准,求（11H∆,2H∆;（2∞∆1H,∞∆2H;（3∞1H,∞2H8.在一定的T、p下,某二元混合溶液的超额自由焓模型为
1212（1.51.8E
GxxxxRT
=--（A式中x为摩尔分数,试求（11lnγ及2lnγ的表达式;（21lnγ∞,2lnγ∞
值;（3将（1所
求出的表达式与式（lnE
iiGxRT
γ=∑相结合,试证明可重新得到式（A。
9.在一定温度和压力下,某二元混合物的第一组分的偏摩尔体积可以用下示表示
2
112
VVxβ-
=+试求第二组分的偏摩尔体积2V-
及混合物的摩尔体积V的表达式。
10.一个二元体系混合物的摩尔体积可用下式表示:
（
（0.1
3
2
1VkTpx=+（A
式中k是与温度、压力无关的常数,试求超额体积EV、混合体积V∆,偏摩尔体积1V-
、2V-
以及活度系数1lnγ、2lnγ的表达式。
11.已知在298K时乙醇（1与甲基叔丁基醚（2二元体系的超额体积为
（31
12121.0260.22EVxxxxcmmol-=-+-∙⎡⎤⎣⎦
纯物质的体积1V=58.6331cmmol-∙、2V=118.4631cmmol-∙,试问当10003cm的乙醇与5003cm的甲基叔丁基醚在298K下混合时其体积是多少?
12.试计算非流动过程中21kmolN从813K8、4.052MPa变至373K、1.013MPa时可能做的理想功。
若氮气是稳定流动过程,理想功又是多少?
设大气的
0293TK=,00.1013PMPa=,2N的等压热容23（27.894.27110pNCT-=+⨯
/（kJkmolK∙。
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