第二篇 模拟试题与参考答案化工热力学模拟试题(1)及参考答案一（共18分） 判断题（每题3分）1 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小。( )2 若某系统在相同的始态和终态间，分别进行可逆与不可逆过程，则。( )3 由三种不反应的化学物质组成的三相pVT系统，达平衡时，仅一个自由度。 ( )4 热量总是由给出。( )5 不可逆过程孤立系统的熵是增加的，但过程的有效能是减少的。( )6 物质的偏心因子是由蒸气压定义的，因此具有压力的单位。( )二（共16分） 简答题（每小题8分）1 Virial方程 如何证明： 2 水蒸气和液态水的混合物在505K下呈平衡态存在，如果已知该混合物的比容为，根据蒸气表的数据计算混合物的焓和熵。已知在该温度下的饱和水蒸气性质为：比容/焓/熵/饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.212969.22999.562803.962.62826.2004三（15分） 用泵以的速度把水从45m深的井底打到离地10m高的开口储槽中，冬天为了防冻，在运送过程中用一加热器，将的热量加到水中，整个系统散热速度为，假设井水为2，那么水进入水槽时，温度上升还是下降？其值若干？假设动能变化可忽略，泵的功率为2马力，其效率为55（1马力735W）（视为稳流系统）。四（20分） 一个Rankine循环蒸气动力装置的锅炉，供给，400的过热蒸气透平，其流量，乏气在压力下排至冷凝器，假定透平是绝热可逆操作的，冷凝器出口为饱和液体，循环水泵将水打回锅炉也是绝热可逆，求：（1）透平所做的功？（2）水泵所做的功？（3）每千克蒸气从锅炉获得的热量？已知2000kPa，400过热蒸气的热力学性质为：，；15kPa压力下的乏气热力学性质为：温度/比容/焓/熵/53.9饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.015110117.2225.572598.90.75368.0102五（14分） 远程输送天然气采用压缩液化法，若天然气按甲烷计，现将1kg天然气自、27压缩到，并经级间冷却到27，设压缩实际功率，求级间冷却器应移走的热量，压缩过程的理想功、损耗功与热力学效率，设环境温度为27。已知甲烷的焓和熵数据如下：/H/S/127227.81.68906827211.81.1273六（17分）纯液体A与B在90时蒸气压力为，液相活度系数，气相为理想气体，问：（1）与50(mol) A及50(mol) B的液相混合物平衡的蒸气总压为多少？（2）能否生成共沸物？若能，恒沸组成、恒沸压力为多少？恒沸点是最高点还是最低点？参考答案一、 (1)T (2)F (3)F (4)F (5)T (6)F二、 1将 代入式（1）得 （3）将式（3）与式（2）比较同类项，得：；即； 得证2 查水蒸气表知：505K下饱和蒸气性质：；饱和液体性质：按题意，设饱和湿蒸气中气相分率为x，则或 ，解得：则：三、 以单位质量流体为计算基准，则输入功率为：由热力学第一定律知：，所以水槽的温度是升高的，又由于，代入得：，解得(6.58)。四、如附图所示，查水蒸气表知：点1 ，点2 对应的气相性质为：， 点3 液相性质：，为等熵膨胀过程，设点2的湿蒸气湿度为x，则，即：，解得：点4 ，即为水泵消耗的功。ST模拟试题(1)-试题四附图2000kPa400透平所作的功五、依题意： 由热力学第一定律知：，六、(1) 当时，因此：(2) 假设生成恒沸物，则有根据气液平衡关系(i=A、B)有：，该式两边取对数得：，即，解得，该混合物存在恒沸点。所以：，化工热力学模拟试题(2)及参考答案一（14分） 根据下列甲烷和己烷的物理性质，可以得出液化石油气中的主要成份不可能是甲烷及己烷的结论。请问此结论正确否？并说明原因。 物质 , , atm, 燃烧值,甲烷-82.6245.36-161.4555.6正己烷234429.8068.7548.4二（20分） （1）气体由20，2.0m3（状态1）经绝热过程到150，1m3 （状态2），输入功为100kJ，求其内能变化？（2）初态同(1)，经恒容过程加热到150(状态3)，需热量95kJ，问此过程内能变化如何？（3）（2）中处于状态3的气体经等温压缩到1.0m3 (状态2)，同时移走185kJ热量，问内能变化如何？需功若干？(本题按封闭体系计算)三（20分） 一可逆热机用某种比热不变的理想气体为工质，按下述循环操作，自状态1恒容加热到状态2，由状态2绝热膨胀到状态3，然后由状态3经恒压过程回到状态1，证明此循环中净功与所吸热量之比为 其中四（24分） 有一理想Rankine循环，在4000kPa 和8kPa的压力之间操作，锅炉产生的是400的过热蒸气，冷凝器所用的冷却水的温度为25。求（1）过热蒸气从锅炉中的吸热量 ，乏气在冷凝器中放出的热量 ;（2）透平作的理论功和水泵消耗的理论功；（3）热效率。已知4000kPa，400下过热水蒸气的热力学性质为：，；8kPa压力下乏气的热力学性质为：温度/比容/焓/熵/41.4饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.008418333.7173.42403.40.59108.2313五 (22分) 一蒸气透平可逆绝热操作，进入透平的过热蒸气压力为1000kPa, 乏气的压力为40kPa，如果要求乏气为干蒸气，则进气的过热度最小应为多大？透平每小时耗气为408kg，问该情况下，透平理论上可输出多少功？ 40kPa压力下的乏气热力学性质为：温度/比容/焓/熵/75.8饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气饱和水饱和蒸气1.02644014317.32636.71.02517.67111000kPa过热蒸气表为：温度/焓/熵/194.4 (饱和蒸气)2778.16.58654003263.97.46514403349.37.58835003478.57.7622参考答案一、结论正确。理由如下：作为石油液化气组分，基本要求是沸点不宜太高，也不宜太低，大至范围为-1510以内。(1)甲烷因其常压沸点为-161.45，通常情况下只能以气态形式存在，难以液化，所以不可能是石油液化气的组分。(2)正己烷常压沸点为68.7，以液态形式存在，也不必加压使之成为液体，所以也不是石油液化气的组分。15015020模拟试题(2)试题二附图二、设计的状态过程变化如图所示。(1) 过程，因此(2) 过程，因此(3) 过程，为状态函数变化量，因此：，又三、循环过程如图所示，气体为理想气体，满足关系。各过程特征为：PV，过程，；过程，；过程，。取整个循环过程为系统，则，又，因此：将代入得：模拟试题(2)试题三附图ST4000kPa400。根据理想气体状态方程有如下关系式：，又，所以代入前式得到：模拟试题(2)试题四附图四、查水蒸气表知：状态点：，；状态点对应的饱和蒸气和饱和液体性质为：，；，。设点的干度为x，则过程(1)(2)为等熵膨胀，有：，解得。TS模拟试题(2)试题五附图五、查水蒸气表知：40kPa饱和蒸气的。以该与条件由过热蒸气表查得其温度为。与相对应的饱和蒸气温度为179.91，所以蒸气的过热度为：，即蒸气的最小过热度为289。从气耗率定义知：，则，即透平理论上可输出的功率为8.82kW。化工热力学模拟试题(3)及参考答案一（共60分）是非题（每题3分）1 气液两相平衡的条件是气液两相的逸度相等。 （ ）2 偏离函数法计算热力学性质的方便之处在于利用了理想气体的性质。（ ）3 纯物质的三相点温度随着所处压力的不同而改变。 （ ）4 正规溶液混合焓变为零，混合体积为零。 （ ）5 可逆过程的有效能守恒。 （ ）6 稳定流动过程的能量积累为零，熵的积累为零。 （ ）7 对于理想溶液，i组分在溶液中的逸度系数和i纯组分的逸度系数相等。（ ）8 某二元系有，则必有。（ ）9 Gibbs函数与逸度系数的关系是。 （ ）10 合理用能的总则是按质用能，按需供能。 （ ）11 纯物质由液体变成蒸气，必须经过气化的相变化过程。 （ ）12 在同一温度下，纯物质的饱和蒸气与饱和液体的Gibbs函数相等。 （ ）13 纯物质的Virial系数，如B ，C等，仅是温度和压力的函数。 （ ）14 T温度下过热纯蒸气的压力大于。 （ ）15 当压力趋于零时，（M是摩尔容量性质）。（ ）16 对于混合系统，偏离函数中的参考态是与研究态同温、同组成的理想气体混合物。（ ）17 一般情况下，经绝热可逆膨胀后，流体的温度下降。 （ ）18 二元理想稀溶液，1组分符合Lewis-Randall规则，则2组分必符合Henry规则。 （ ）19 对于正偏差系统，液相中组分的活度系数总是大于1。 （ ）20 某封闭系统经一可逆过程，作功500kJ且放热1000kJ，则系统的熵变大于零。（ ）二（15分）某二元混合物，在T，P时，其摩尔体积度表达式为其中V的单位是cm3 /mol。试确定在该温度压力下：(1) 用x1 表示，；(2) 无限稀释下，的值；(3) 作图V ,在图上标出，的点。三（15分） 低压下丙酮(1)-乙腈(2)组成的二元系统的气液平衡可近似为理想系统，查得组分的Antoine方程如下：P单位为kPa，T单位为K。试求：（1）该系统互成平衡的气液相组成；（2）55时，液相组成为 =0.35时的平衡压力与气相组成；（3）溶液中总组成为，当P为85kPa下55时的液相分率以及气液相组成。四（10分） 说明蒸气动力循环的工作原理（画出工作示意图并在相应的TS图上标示循环过程）。并据此提出提高蒸气效率的举措。参考答案一、1