1、化工热力学复习题汇总化工热力学简答题：1. 请写出维里方程。2. 写出闭系非流动过程的能量平衡式。 3. 结合P-V图说明多级压缩省功并且防止终温过高。4. 熵产的大小与过程的不可逆程度有无关系？可逆过程有无熵产生？熵产与过程有关，不是状态函数， 不可逆程度越大，熵产越大，可逆过程无熵产。5. 以T为纵坐标、S为横坐标绘出朗肯循环的T-S图，并标明各条线表示的具体过程。6. 请解释高级能量、低级能量和僵态能量。高级能：理论上能完全转化为功的能量；低级能：理论上不能全部转化为功的能量；僵态能：完全不能转化为功的能量。7. 单位能量所含的 用称为能级。能级的数值处于0和1之间，即01，请说明高级能
2、量、低 1 级能量和僵态能量的能级。0.1 08. 用和 无何者为高级能量，何者为僵态能量？ 9. 请说明合理用能的基本原则。（1）要能尽其用，防止能量无偿降级；（2）要采用最佳推动力的设计原则；（3）要合理组织能量梯级应用，采用能量优化利用方案。10. 下图是一个有多股物流进出的敞开体系，请写出其熵变 的表达式。 11. 请说明 用与理想功是否等同。12. 请说明两种损失。 的损失可分为两部分，一部分称为内部损失，是由系统内部各个不可逆因素造成的的损失；另一部分是外部损失，即系统向环境排出的能量中所包含的的损失。13. 请说明两种效率。 （1）第一定律效率1：其定义是过程所期望的能量和实现期
3、望所消耗的能量之比，即;（2）第二定律效率2：其定义是过程所期望的和实现期望所消耗的之比，2=14. 热力学分析方法有能量恒算法、熵分析法和 用分析法，请说明对于只利用热能为主的场合和热过程中存在能量转化的场合分别可以采用哪种分析方法进行评价。15. 请写出开系稳流过程热力学第一定律数学表达式。 mh+gmZ+1/2m=Q-Ws16. 请写出可逆轴功的计算式。 17. 何为能量贬质？能量贬质对作功能力有无影响？ 由高质量的能量变成低质量的能量称为能量贬值；能量贬值就意味着做功能力的损耗。18. 对于传热过程温差大和温差小何者有利于节能？ 温差小有利于节能，并且应做到温位匹配。22、请区分用和无
4、。 能量可转变为有用功的部分称为；余下不能转化为有用功的部分称为。是高级能，是僵太能。23、对于没有核、磁、电与表面张力效应的过程，稳定流动的流体（体系）的用EX可由哪四个主要成分组成。 24、质的TS图如下图所示，请在图中标出临界点、饱和蒸汽曲线、饱和液体曲线、湿蒸汽区和液 C C-3-3-B C-2-2-A 饱和曲线下面相区。左下角二、要计算某丙酮在482.7、1.88Mpa下的压力，可以用两参数普遍化压缩因子法和三参数普遍化压缩因子法进行关联求得，但需要求得压缩因子Z，请根据下图分别用求出用两参数普遍化压缩因子法和三参数普遍化压缩因子法进行关联时的Z值。（已知：丙酮的临界温度Tc = 5
5、08.1K；临界压力Pc = 4.70Mpa ， = 0.309）二、已知200时异丙醇蒸汽的第二和第三维里系数为B=-0.388m3kmol-1，C=-0.026m6kmol-2试计算200、1Mpa时异丙醇蒸汽的V和Z：（1）用理想气体方程；（2）用式Z=PV/RT=1+BP/RT；（3）用式Z=PV/RT=1+B/V+C/V2。（对于第三问只需写出迭代计算的基本方法）解：（1）用理想气体方程V=RT/P=（8.314*103）（473.15）/106 = 3.934m3*kmol-1Z = 1(2)用式Z=PV/RT=1+BP/RTV = RT/P + B = 3.934 0.388 =
6、 3.546 m3*kmol-1Z = PV/RT = 3.546/3.934 = 0.9014（3）用迭代法计算，将式Z=PV/RT=1+B/V+C/V2写成Vi+1 = RT/P(1 + B/Vi + C/V2i)式中V的下标I指迭代次数，第一次迭代时，I=0,即V1 = RT/P(1 + B/V0 + C/V20)式中V0为摩尔体积初值，取理想气体之值为初值，则V1 = 3.9341-0.388/3.934-2.6*10-2/（3.934）2=3.539再进行第二次迭代V2直到（Vi+1-Vi）差值很小。三、工程设计中需要乙烷在3446kPa和93.33下的体积数据，已查到的文献值为0.
7、025m3/kg，试用下列诸方法进行核算：（1） 两参数压缩因子法。（已知：两参数压缩因子法乙烷的压缩因子： Z=0.86）（2） 三参数压缩因子法。（已知：三参数压缩因子法乙烷的特性常数为： =0.098,Z（0）=0.86，Z（1）=0.09）解：（1）因为PV=ZRT，则V=ZRT/P = 0.86*8.314*366.48/（3446*103）= 0.00076（m3/mol）=0.02527m3/kg乙烷体积的计算值与文献值相符。（2）Z =Z0 + Z（1） =0.85+0.098*0.09 = 0.8588则乙烷在3446kPa和93.33下的体积为V=ZRT/P=0.8588*
8、8.314*366.48/（3446*103）=0.000759（m3/mol）=0.02524 m3/kg计算值与实际值的相对百分偏差为=（0.02524-0.02527）/0.02527*100%=-0.12%四、试求20、0.10133Mpa水变为0、0.10133Mpa冰的理想功。已知0冰的熔解焓为334.7kJkg-1。设环境温度（1）为20；（2）为-20。已知：20水的焓h1和熵s1值（忽略压力的影响）为 h1= 83.96kJkg-1 s1= 0.2966kJkg-1K-10冰的焓h2和熵s2值（忽略压力的影响）为 h1= -334.7kJkg-1 s1= -1.2260kJk
9、g-1K-1解：Wid = -H - T0S(1)环境温度为20时wid = -(-334.7 83.96) + 293(-1.2260 0.0.2966) =-27.4618kJ/kg（2）环境温度为-20时wid = -（-334.7 83.96）+ 253（-1.2260 0.2966） = 33.4422kJ/kg五、某换热器有高温流体以150kgh-1的流量通过其中，进入时为140，离开时为25；低温流体进入时为15，离开时为100。已知高温流体和低温流体在有关温度范围的平均热容分别为4.35kJkg-1K-1（高）和4.69 kJkg-1K-1（低），且Cpmh=Cpms。散热损失
10、忽略不计，试求此换热器的损耗功与热力学效率。已知大气的温度为15。解：计算以每小时为基准。先求出低温流体的流量m(kg/h-1)。根据热量恒算式，对换热器有H换 = H高 + H低 = QL = 0即H高 = -H低（150）（4.35）（25-140）= -m（4.69）（110-15）m = 188.229kg/hWid低 = -H低 + T0S低 = -（188.229）（4.69）（100 - 15）+ （288）（188.229）（4.69）ln(373/288) = -9285.3kJ/hWid高 = -H高 + T0S高 = -（150）（4.35）（25 - 140）+ （28
11、8）（150）（4.35）ln（298/413） =13709.036kJ/h| Wid低|= Q（1-T0/TLm）, | Wid高|= Q(1 T0/THm)式中Q = H低 = -H高 = 750370.5kJ/h-1WL = | Wid高| - | Wid低| = 4423.7kJ/ha = | Wid低|/| Wid高| = 0.67六、试计算CH4气体的标准摩尔化学 用（用龟山-吉田模型计算）。已知：E0XC,C=410.54kJmil-1; E0XC,H2=235.22kJmol-1;(G0f)CH4=-50.79kJmol-1。解：CH4的生成反应方程式为 C + 2H2 =
12、CH4CH4的标准摩尔化学 用为E0XC，CH4 = E0XC，C + 2E0XC，H2 + （G0f）CH4 =410.54+2*235.22+(-50.79)=830.19kJ*mol-1七、试确定1kmol的蒸汽（1470kPa，过热到538），环境温度t0=16）在流动过程中可能得到的最大功。 已知：由过热水蒸气表查得初始态的焓和熵分别为 h1=3543.34kJ/kg, s1=7.6584kJ/(kgK) 由饱和水蒸气表可查得终态时水的焓与熵分别为 h2=67.18kJ/kg, s2=0.2389kJ/(kgK)解：这是求算1kmol的蒸汽由始态（1470kPa，过热到538）变化到
13、终态（16，101.32kPa）的液体水所得到的最大功。H=M(h2-h1)=18.02*(67.18-3543.34)=-62640.33(kJ/kmol)S=M(s2-s1)=18.02*(0.2389-7.6584)=-133.6994(kJ/(kgK)理想功为所能提供的最大有用功Wid = T0S-H = (16+273.15)(-133.6994) + 62640.33 = 2.398*104(kJ/kmol)八、试求碳（石墨）的标准化学火用（用龟山吉田模型计算）。T0=298.15K已知：碳元素在环境中的稳定形式是CO2，其基准反应为： C（石墨） + O2 = CO2Hf = -
14、393510kJkmol-1 ; S = -57.12kJkmol-1K-1解：EXC,C = -Hf-T0S = 393510+17030.33 = 410540 kJkmol-1 = 410.54 kJmol-1九、1kg的水在100kPa的恒压下从20加热到沸点，并且在此温度下完全蒸发，如果环境温度为20，试问加给水的热量中有多少可转成功。解：100kPa压力下水的沸点约为100，由水蒸汽表查得 H1=2676.1kJ/kg, S1=7.3549kJ/(kgK)在环境温度（T0=293.15K）下，100kPa压力下水的焓和熵为 H0=83.96J/kg, S0=0.2966kJ/(kg
15、K)所以加给水的热量为：Qp=H=H1-H0=2676.1-83.96=2592.1（kJ/kg）100kPa压力下水蒸气转化为20的水所能产生的最大功为：Wid=T0S-H=293.15（0.2966-7.3549）+2592.1=523.0（kJ/kg）加给水的热量中最大可能转变成功的部分所占的百分数为：Wid/Qp100%=523.0/2592.1100%=20.1%十、试确定冷却45kmol/min的空气，从出始温度305K降低到278K所需的最小功率Nmin，环境温度305K。已知空气的比热容为29.3kJ/(kmilK)。解在冷却过程中，空气的焓变和熵变分别为过程所需的最小功为Wi
16、d=T0S-H=305（-2.7158）+791.1=-37.2（kJ/kmol）所以这仪冷却过程所需的最小功率为：Nid=nWid =45(-37.2)=1674.0(kJ/min)=27.9kW。十一、水与高温燃气进行热交换转变成260的恒温蒸汽，在此过程中，燃气温度由1375降到315，已知环境温度为27。试确定1kg气体由于热交换过程，其有效能的降低值，设气体的比热容为1kJ/(kgK)。解：若忽略在进行热交换过程中燃气动能和位能的变化，则有效能的降低可表示为B= B2-B1=（H2-T0S2）-（H1-T0S1）将上式整理可得： B=（H2-H1）-T0（S2-S1） 其中 T0=2
17、7+273.15=300.15（K）H2-H1=CP（T2-T1）=-1060.00kJ/kg因此该过程有效能的降低为：B=-1060.00-300.15（-1.030）=-750.72（kJ/kg）十二、如果空气绝热节流膨胀，从2100kPa降到100kPa不做任何功。若传热以及位能和动能变化均可忽略，试提出一些假设，确定此过程所产生的功损失。解：假设环境温度T0=25+273.15=298.15（K），并假设空气为理想气体。绝热节流膨胀，Q=0，H=0，T=0，所以过程的熵变为： S=-Rln(p2/p1)=-8.314ln(100/2100)=25.312(kJ/(kmolK)若忽略传热
18、以及位能和动能的变化，此过程所产生的功损失为： WL=T0S-Q=298.1525.312-0=7.547104（kJ/kmol）十三、两股热水在绝热条件下相混合，其中一股水的温度为353.15K，流量为25kg/s；另一股水的温度为313.15K，流量为30kg/s。已知环境温度为298.15K试计算这一混合过程的有效能降低。解：设温度为353.15K的水的流量用a表示，下标a表示其性质；用下标b表示温度为313.15K的水的性质，b表示其流量；下标m表示混合后水流的性质，m表示混合后水的流量。由饱和水和饱和水蒸汽表可查得两股水的焓和熵为 Ha = 334.91kJ/kg, Sa = 1.0
19、753kJ/(kg) Hb = 167.57kJ/kg Sb = 0.572kJ/(kgK)由此可计算出混合前后两股水的有效能函数为 Ba = Ha T0Sa = 334.91-398.151.0753 = 14.309（kJ/kg） Bb = Hb T0Sb = 167.571-398.150.5725 = -3.121（kJ/kg）由于混合过程是在绝热条件下进行的，其焓平衡方程为 aHa + bHb = mHm所以混合后水流的焓为 (m=25+30)根据Hm的值由饱和水和饱和水蒸气表可查得混合后水流的温度为331.36K，进而可查得混合后水流的熵为Sm = 0.8085 kJ/(kgK)，
20、这样混合后水流的有效能函数为Bm = Hm T0Sm = 243.63-298.150.8085 = 2.576（kJ/kg）于是这一混合过程的有效能的降低为B = mBm aBa bBb = 552.576-2514.309-30（-3.121） = -122.42（kJ/s）十四、现将压力为105Pa和温度为25的氮气100L，其温度为-110，试计算终了压力。解：查表得氮气的临界参数为：Tc= 126.2K, pc = 3.394MPa, 当T = 25，p = 105Pa时，可将氮气作为理想气体，其摩尔体积为：则氮气的总摩尔量为：n=0.10.0248=1/0.248（mol）压缩终了
21、时氮气的摩尔体积为：V=0.001（1/0.0248）=0.000248（m3/mol）现使用R-K方程计算终了压力：其中则一 判断下列说法是否正确1. 孤立系统的所有热力学函数值保持恒定。（错）2. 封闭系统A由、两相组成，在尚未达到平衡前，、两相都可以视为均相敞开系统。当封闭系统A达到平衡时，、两相都可以视为均相封闭系统。（对）3. 理想气体的热力学函数都仅是温度的函数。（错）4. 根据相律，要确定纯物质在单相区的状态需要两个强度性质。（对）5. 纯物质不可能有蒸汽直接变成固体而不经过液相。（错）6. 纯物质由蒸汽变成液体，必经过冷凝的相变化过程。（错）7. 当压力大于临界压力时，纯物质就
22、以液态存在。（错）8. 随着温度的升高，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的摩尔体积的差别越来越小。（对）9. 纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错）10. 一定温度下纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉布斯函数相等。（对）11. 气体混合物的virial系数，如B、C.，是温度和组成的函数。（对）12. 只要系统经过绝热过程，其熵就不会发生变化。（错）13. 系统经过一个吸热过程熵一定增加。（错）14. 偏离函数G(T, p) Gig(T, p0)与参考太的压力p0无关。（错）15. 理想气体的状态方程中用逸度f代替压力p后，是fV=RT，就适用于真实流体了。（错）（不考）16. 理想气体
23、混合物就是一种理想溶液。（对）17. 对于理想溶液，混合过程性质变化均为零。（错）18. 对于理想溶液所有超额性质均为零。（对）（不考）19. 混合物汽、液相图中，露点曲线上是饱和液相，泡点曲线上是饱和汽相。（错）（不考）20. 一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。（错）（不考）二、填空题1. 状态函数的特点是： 。（答：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态）2. 根据相律计算，纯物质在单相区的自由度是 ，一定组成的混合物的自由度是 。（答：2； 2）3. 封闭系统中，温度T下1mol理想气体从（p1， V1）等温可逆膨胀到（p2, V2），则所做的功为 （以V表
24、示）或 （以p表示）。（答：Wr = RTln(V1/V2); Wr = RTln(P2/P1)）4. 纯物质的临界等无线在临界点C会表现出特殊的性质，数学上可以表示为 和 。（答：(p/V)T = 0（在C点）；(2p/V2)T = 0（在C点） ）5. 对于混合物系统，偏离函数中的参考态是 。（答：与研究态同温、同组成的理想气体混合物）6. 低压下某二元液体混合物的偏摩尔焓表达式为 和 ，则b1和b2的关系是 。(答 b1=b2)7. 某二元混合物系统的焓满足H= x1H1 + x2H2 + x1x2，则= ; = 。（H1+ x22; H2 +x12）8. 指出下列情况下系统的自由度：（
25、1）水的三相点 ，（2）戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态 ，（3）正丁醇和水的二元气液平衡状态 ，（4）液体苯与苯蒸汽处于气液平衡状态 。（答：0,1,2,1,）9. 对于不可逆过程的熵变，可以设计一个 过程来计算其熵变化。（答：可逆）10. 在101.3kPa下四氯化碳（1）-乙醇（2）系统的恒沸点是x1 = 0.613和64.95，该温度下两组分的饱和蒸汽压分别为73.45和59.84lPa，共沸系统中液相的活度系数1 = ；2 = 。(答：1.38；1.693)11. 封闭系统热力学基本关系式为dU = TdS-pdV; ; 和 。（答：dh = Tds + vdP; dA = -S
26、dT pdV; dG = -SdT + VdP）三、 选择题1. 指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为 。（ c ）（A）饱和蒸汽；（B）超临界流体；（C）过热蒸汽2. 纯物质的第二virial系数B是 的函数。 （ A ）（A）温度； （B）温度和压力； （C）温度合体积3. 能表达流体在临界点的p-V等温线的正确趋势的virial方程，必须至少用到 。 （ A ）（A）第三virial截断式；（B）第三virial截断式；（C）无穷项4. T温度下的压缩纯流体的压力p 。 （ A ）（A）ps(T)；（B）ps(T)；（C）=ps(T)5. 一个吉布斯函数变
27、化表达式为Gig(T, p)-G*=RTlnp,则G*应该为 。 （ c ）（A）Gig(T，p0=0)； （B）Gig(T，p0=p)； （C）Gig(T，p0=1)6. 某封闭系统精力一个可逆过程，系统所做的功和配出的热量分别为100kJ和45kJ，则系统的熵变为 。 （ B ）（A）正；（B）负；（C）不可判断7. ，某系统经过一个不可逆过程，系统所做的功和配出的热量分别为100kJ和45kJ，则系统的熵变为 。 （ C ）（A）正；（B）负；（C）不可判断8. 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，所产生的功为24kJ，试问流体的熵变为 。（ A ）（A）正；（B）负；（C）不可判
28、断9. 某流体在稳流装置内经历一个不可逆过程，加给装置的功为25kJ，从此装置带走的热量（即流体吸热）为10kJ。试问流体的熵变为 。 （ A ）（A）正；（B）负；（C）不可判断10. T温度下的纯物质过热蒸汽的压力p 。 （ B ）（A）ps(T)；（B）ps(T)；（C）=ps(T)11. 室内安装了一线圈加热器，下列哪种情况满足热力学第一定律而不符合热力学第二定律。（ B ）（A）加热器消耗5kWh电，想室内提供了6kWh热量。（B）5kWh热量通过电阻线圈，产生了5kWh电能。（C）加热器消耗5kWh电，向室内提供了5kWh热量。12. 在低压下，H2（2）溶解于水（1）中达到饱和，
29、其在水中的溶解度x2可表示为 。 （ B ）（A）x2=（p-p1s）/f1; （B）x2=（p-p1s）/H12； （C）x2=（p-p2s）/f113. 在厨房炖排骨时，用下述哪种锅耗费的实践会短些。 （ C ）（A）没有盖子的锅；（B）盖子较轻的锅；（C）盖子较重的锅14. 某温度下，纯物质p-T图的汽化曲线的切线的斜率近似 。（ A ）（A）正比于该温度下的蒸发焓Hvap；（B）正比于该温度；（C）正比于该温度的平方15. 某稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，做出一定的功，则流体流出与流入的熵差为 。（ A ）（A）正；（B）负；（C）零16. 计算偏离性质时，参考态是 。 （ A ）
30、（A）与研究态同温同组成的理想气体混合物；（B）与研究态同温同组成的真实气体混合物；（C）25与研究态同组成的理想气体混合物17. 节流过程为 过程。 （ A ）（A）等焓；（B）等熵；（C）等温18. 什么情况下系统的热容为无穷大？ （ C ）（A）平衡汽化过程；（B）绝热可逆过程；（C）相变过程19. 对于理想气体，Joule-Thomson效应系数为 。 （ A ）（A）0；（B）1；（C）-120. 对于一均相的物质，其H和U的关系为 。 （ A ）（A） HU；（B）HU；（C）H = U四、简答题1. 在什么条件下的流体是超临界流体？当某一流体从气体或液体变化到超临界流体有没有相变化？请列举一个超临界流体的具体应用实例。答：流体在TTc和ppc的区域内，气体和液体变得不可区分，称之为超临界流体。 当某一流体从气体或液体变化到超临界流体的过程是一个渐变的过程，不存在相变化。应用实例：超临界分离技术。2. 下图为敞开系统熵平衡示意图。请写出敞开系统的熵平衡方程式：答：St+t-St = Sf + Sg +
