(完整版)[化工热力学]考试卷(附答案)

西南科技大学网络教育学院（2017）/（2018）学年 第 2 学期试题单〈A 卷〉
课程名称： 化工热力学 专业班级： 命题教师： 蒋琪英 学生姓名： 学 号： 成 绩： 考试时间： 月 日
一、 单选题 ( 每题2分，共15题，共30分，下列各小题备选答案中，只有一个符合题意的答案。

多选、错选、不选均不得分 )
1. 对于化工热力学的核心问题，以下表达最正确的是（）。

A.热力学性质的计算、物性参数的测量 B.能量的合理利用、过程方向性和限度 C.用能过程的经济性
D.相平衡或过程的方向与限度
2. 纯物质p —V 图临界等问线上临界点的特性是（）。

A.22(
)0,()0T T T T c c
p p
V V ==∂∂==∂∂
B.22(
)0,()0T T T T c c
p p
V V ==∂∂=<∂∂ C.22(
)0,()0T T T T c c
p p
V V
==∂∂>>∂∂
D.22(
)0,()0T T T T c c
p p
V V
==∂∂>=∂∂ 3. T 温度下的过热蒸汽的压力p （）。

A.>p S (T )
B.< p S (T )
C.= p S (T )
D.不能判断
4. (/)(/)(/)T s p p v T p S T 等于（）。

A. (/)T S V
B. (/)V p T
C. (/)S V T
D. －(/)V p T
5. 根据偏摩尔性质的定义和特征，下列选项正确的是（）。

A.ˆln
ln(
),ln ln(
)i
i i i i
i
f y f y y y B.ˆˆln ln(),ln ln()i i i y f y f C .ˆˆln
ln(),ln ln()i i i i i
f y f
y y
D.ˆˆln
ln(
),ln ln()i
i i i
y f y f
y
6.关于理想溶液的物理特征说法中，不正确的是（）。

A.混合时没有熵变，即ΔS=0
B.分子结构相似，大小一样，分子间的作用力相同
C.混合时没有热效应
D.混合时没有体积效应
7.关于Henry定律，正确的是（）。

A. 适合于理想溶液的溶质和溶剂
B. 仅适合于溶质
C. 适合于稀溶液的溶质组分
D. 阶段适合于稀溶液的溶剂
8.某封闭系统经历一不可逆过程，系统所做功和排出的热量分别为100kJ和45kJ，问系统的熵（）。

A. 等于零
B. 大于零
C. 小于零
D. 不能确定
9.过热蒸汽通过绝热可逆膨胀，对外做功为W S，过程的理想功是W id，则（）。

A. W S大于W id
B. W S小于W id
C. W S等于W id
D. 不能确定
10.单元操作的经济性分析中，功耗费用和下列（）有关。

A. 损耗功
B. 理想功
C. 环境温度
D. 有效能
11.关于节流膨胀与做外功的绝热膨胀的说法，其中错误的是（）。

A.在相同的条件下，绝热膨胀比节流膨胀产生的温度降大，且制冷量也大；
B.绝热作功膨胀和节流膨胀适用于任何气体
C.绝热作功的膨胀主要用于大、中型设备，特别是用于深冷循环中
D.节流膨胀在任何制冷循环中都使用。

12.工作在-20℃和30℃之间的制冷机的最大制冷系数和工作在相同条件下的热泵的最大制冷系数分别为（）。

A．5.06，6.06 B.6.06， 5.06
C.6.06，6.06
D.5.06，5.06
13.αβ两相达到平衡，系统的热力学性质表达错误的是（）。

A. 压力相等
B. 逸度相等
C. 温度相等
D. 吉布斯自由能G相等
14.有关平衡及平衡移动的说法错误的是（）。

A. ∆H0>0，T↑，K ↑
B. ∆H0<0，T↑，K ↓
C. 改变反应物的浓度，平衡常数也随之会改变
D. T一定时，对有气体参与的反应，增加压力，平衡向减小此改变的方向移动，但平衡常数不变。

15.关于相平衡，错误的有（）。

A.各相中某组分i的化学位相等
B.各相中某组分i逸度相等
C.等温时可用Gibbs-Duhem 方程来检验平衡时实验数据的热力学一致性
D.热力学一致性是检验实验数据的充分条件。

二、 填空题2 ( 每题3分，共10题，共30分 )
16. 偏心因子的定义（），其含义（）。

17. 纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均为零，数学上可以表示为（）和（）。

18. 状态方程p （V -b ）=RT 的剩余焓和剩余熵分别（）和（）。

19. Z r ≥2时在描述p -V -T 关系时采用（），V r <2时采用（）描述p -V -T 关系。

20. 液态溶液逸度的标准态有两种，分别是（）和（）。

21. 二元混合物的焓的表达式为H =H 1x 1+H 2x 2+ax 1x 2，则1H =（），21H =（）。

（由偏摩尔性质的定义求得）
22. 敞开体系中引起熵改变的原因有两个：一是和环境进行（）；二是过程为（）。

23. 合理用能原则有（ ）和（ ）
24. Rankine 循环的四个过程：等压加热蒸发、绝热膨胀做功过程、（）和（）。

25. 热泵的作用是将（）提高到能够被（），达到重新用于工业生产或人工取暖的目的。

三、 判断分析题 ( 每题1分，共20题，共20分 )
26. 由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z =1，实际气体的压缩因子Z <1。

27. 气体混合物的Virial 系数，如B 、C ，…是温度和组成的函数。

28. 纯物质的三相点随所处的压力或温度的不同而改变。

29. 用一个相当精确的状态方程，就可计算所有的均相热力学性质随着状态的变化。

30. 系统经历一绝热可逆过程，其熵没有变化。

31. 在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽Gibbs 函数相等。

32. 当压力趋于零时，M （T ，p ）—M ig （T ，p ）= 0（M 是摩尔容量性质）。

33. 对理想溶液的某一容量性质M ，有M i =i M 。

34. 在常温、常压下，将10cm 3的液体水与20cm 3的液体甲醇混合后，其总体积为30cm 3。

35. 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的。

36. 流体在管道流动时，当流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力显著降低的过程。

37. 稳定流动过程的能量积累为零，熵的积累为零。

38. Carnot 循环的制冷系数与所用工质性质无关，仅取决于高温和低温热源的温度。

39. 任一实际过程进行后，总有效能总是减小的。

40. 为了提高Rankine 循环热效率，可采取无限提高进入透平机蒸汽的压力和温度。

41. 为了提高Rankine 循环热效率，可采取无限降低气轮机的泛气温度。

42. 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。

43. Virial 方程Z =1+（Bp /RT ）结合一定的混合规则后，也能作为EOS 法计算气液平衡的
模型。

44.化学平衡常数在低压下可以视为一个仅与温度有关的阐述；而在高压下，T和p应该对化学平衡常数均有影响。

45.化学反应的∆GΘ是该反应进行方向的判据。

四、计算题 ( 每题5分，共1题，共5分 )
46.某二元混合物，其逸度系数表达式为ln f=A+Bx2-Cx2，式中A，B，C均为T，p的函数，试确定G E/RT，lnγ1，lnγ2的相应关系式（二组分均以Lewis-Randall规则为标准逸度）。

（提示：G E/RT=x1lnγ1+ x2lnγ2）
五、计算题1 ( 每题7分，共1题，共7分 )
47.逆卡诺（Carnot）循环供应35kJ·s-1的制冷量，冷凝器的温度为30℃，而制冷温度为-20℃，计算此制冷循环所消耗的功率以及循环的制冷系数。

六、计算题2 ( 每题8分，共1题，共8分 )
48.如图所示，有人设计一种程序，使得每kg 温度为373.15 K 的饱和水蒸气经过一系列的复杂步骤后，能连续的向463.15 K 的高温储热器输送1900 kJ 的热量，蒸汽最后在1.013×105 Pa、273.15 K 时冷凝为水离开装置。

假设可以无限制取得273.15 K 的冷凝水，试从热力学观点分析，该过程是否可能？已知：373.15 K 时的水蒸气H1 = 2676.1 kJ·kg-1，S1 = 7.3549 kJ·kg-1·K-1；1.013×105 Pa、273.15 K 的冷凝水：H2= 0，S2 = 0。

（12分）
西南科技大学网络教育学院（2017）/（2018）学年 第 2 学期试题单〈A 卷〉
课程名称： 化工热力学 专业班级： 命题教师： 蒋琪英 学生姓名： 学 号： 成 绩： 考试时间： 月 日
一、 单选题
1-5 DABBC 6-10 ACDCA 11-15 BADCD 二、 填空题2 16. 0.7
lg 1r s
r T p ，0.7
[lg ()lg ()]T
r s s r r p p 简单流体研究流体
17.
,0T c
p V
；
2
2
,
0T c
p
V
18.. H —H * = bp ；S —S * =－R ln p /p 0
19. 普遍化维里方程；普遍化压缩因子法
20. 过程的不可逆而引起的熵增加造成的；过程的热损失所造成的 21. 21
1
2H H x ；22
1
1H H x
22.热交换；非可逆过程 23. 按质用能，按需用能
24. 等压冷却过程、绝热压缩过程 25.低品位的能量；利用的较高温度
三、 判断分析题(此题无答案，学员可自由发挥，不可空题）
26. 由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z =1，实际气体的压缩因子Z <1。

27. 气体混合物的Virial 系数，如B 、C ，…是温度和组成的函数。

28. 纯物质的三相点随所处的压力或温度的不同而改变。

29. 用一个相当精确的状态方程，就可计算所有的均相热力学性质随着状态的变化。

30. 系统经历一绝热可逆过程，其熵没有变化。

31. 在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽Gibbs 函数相等。

32. 当压力趋于零时，M （T ，p ）—M ig （T ，p ）= 0（M 是摩尔容量性质）。

33. 对理想溶液的某一容量性质M ，有M i =i M 。

34. 在常温、常压下，将10cm 3的液体水与20cm 3的液体甲醇混合后，其总体积为30cm 3。

35. 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的。

36. 流体在管道流动时，当流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力显著降低的过程。

37. 稳定流动过程的能量积累为零，熵的积累为零。

38. Carnot 循环的制冷系数与所用工质性质无关，仅取决于高温和低温热源的温度。

39. 任一实际过程进行后，总有效能总是减小的。

40. 为了提高Rankine 循环热效率，可采取无限提高进入透平机蒸汽的压力和温度。

41. 为了提高Rankine 循环热效率，可采取无限降低气轮机的泛气温度。

42. 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。

43. Virial 方程Z =1+（Bp /RT ）结合一定的混合规则后，也能作为EOS 法计算气液平衡的模型。

44. 化学平衡常数在低压下可以视为一个仅与温度有关的阐述；而在高压下，T 和p 应该对化学平衡常数均有影响。

45. 化学反应的∆G Θ是该反应进行方向的判据。

四、 计算题
46. 解：由题意，存在nln f =nA+nBx 2-nCx 2，即nln f =nA+Bn 2-nCn 22/n ，则根据偏摩尔性质定
义有：22
1,,211
ˆ(ln )ln []T P n f n f A Cx x n ∂==+∂
222
,,2222
ˆ(ln )ln
[](2)T P n f n f A B C X x x n ∂==+--∂
取Lewis-Randall 规则为标准逸度，则121
21
21112
ˆˆlim();lim()A A B C x x f f f
e f e x x ΘΘ+-→→==== 而 2
2
1212221
1
2
2
ˆˆln ln(
);ln ln(
)f f Cx Cx f
x f
x γγΘ
Θ
====
所以G E /RT =x 1ln γ1+x 2ln γ2=Cx 1x 2
五、 计算题1
47.解：逆向Carnot 循环的制冷系数： L
H L
S C T T T W q -==
0ε 06.5253
303253
=-=-=
L H L C T T T ε
单位制冷剂耗功量：设制冷剂循环量为m kg·s -1，单位制冷剂提供的冷量为q 0
10035-⋅==s kJ mq Q
s
s C mW Q
mWs mq W q 000===
ε
kW s kJ Q mW P C
s T 92.692.606
.535
10
=⋅==
=
=-ε
代入已知得：)283(3)363(233-=-⨯T T 解得：K T 5.3153=
六、 计算题2
48. 解：若判断装置设计是合理的，则总的结果必须遵守热力学第一定律和第二定律。

（1
分）
蒸汽通过装置后在0.1013KPa 、273K 时冷凝，因冷凝温度已达环境中可能的最低温度（冷却水的温度），所以蒸汽得到了最大限度的利用。

但这是蒸汽也不可能将全部热量都输向高温热源，总有部分热量Q 低传递给冷却水，则热量就可由低向高传输而不发生任何变化了。

由题知，蒸汽通过装置能连续地向高温传热Q 1，饱和蒸汽经过装置这一系统，应用稳流过程热力学第一定律关系式：∆H =Q -W s 。

由于没有轴功，即W s=0，所以蒸汽经过该装置所放出的总热量为Q =ΔH =H 2-H 1=Q 高+Q 低=0-2680=-2680kJ ，所以
Q 2=Q -Q 1=-2680+1680=-820kJ
（1分） 每1kg 蒸汽通过该装置所发生的熵变：ΔS 1=0-7.37= -7.37kJ·k -1
（1分）
高温热源处的熵变：ΔS 2=1680/450=4.13kJ·k -1
（1分） 冷却水的熵变（冷却水用量不限，古假设温度为273K ，保持不变））为：ΔS 3=820/273=3. 0kJ·k -1
总的熵变为ΔS =ΔS 1+ΔS 2+ΔS 3 =-7.37+4.13+3.0=-0.24kJ·k -1
（2分） 根据熵增原理，总熵变应ΔS ≧0。

但现在总熵变为负值，所以从理论上分析来看，该装置的设计是不合理的。