华东理工大学化工热力学期末复习题及参考答案.docx

化工热力学试卷一答案_202301试卷满分100分。考试时间90分钟。（注意：全部答在答题纸上，答试卷上无效，试卷与答题纸分开交）注：找到所考试题直接看该试题所有题目和答案即可。查找按键：Ctrl+F超越高度一、判断题（共20题，每题2分，正确的打J,错误的打X）1 .气体混合物的ViriaI系数，如8,C,，是温度和组成的函数。（J）2 .在压力趋于零的极限条件下，所有流体将成为简单流体。（X）3 .系统经历一绝热可逆过程，其峭没有变化。（J）4 .理想气体混合物就是一种理想溶液。（J）5 .EOS+/法既可以计算混合物的汽液平衡，也能计算纯物质汽液平衡。（J）6 .冬天，使室温由10升至20,空调比电加热器更省电。（）7 .对不可逆绝热循环过程，由于其不可逆性，孤立系统的总燧变大于零。（）8 .制冷循环既可产生低温，同时也可产生高温。（）9 .因实际循环的热效率与工质性质有关，这就违反了热力学第二定律。（X）10 .对动力循环来说，热效率越高，做功越大；对制冷循环来说，制冷系数越大，耗功越少。（）二、单选题（共20题，每题2分）1、对封闭系统而言，当过程的始态和终态确定后，下列哪项的值不能确定（A）:A、QB>Q+WfUC、W（Q=O）,UD、Q（W=0U2、封闭系统中的Imol理想气体由R、Pl和可逆地变化至，过程的W=-RTln且，此过程为Pi（B）：A、等容过程B、等温过程C、绝热过程3、能表达流体在临界点的P-V等温线的正确趋势的ViriaI方程，必须至少用到（C）：A、第三Virial系数B、第二ViriaI系数C、无穷项；D、只需要理想气体方程4、偏心因子是从下列定义的（B）：（A、分子的对称性B、蒸汽压性质C、分子的极性5、一气体符合P=RTy（V一。）的状态方程从K等温可逆膨胀至修，则系统的5为（C）A、Rrln匕必B、0C、RInEaD、Rln上Vi-bVi-b½6、由混合物的逸度的表达式3,=GjJRTlnf.知，Gy的状态为（A）：A、系统温度、P=I的纯组分i的理想气体状态B、系统温度，系统压力的纯组分i的理想气体状态C、系统温度，的纯组分iD、系统温度，系统压力，系统组成的理想混合7、二元非理想溶液在极小浓度的条件下，其溶质组分和溶剂组分分别遵循（B）：A、Henry定律和Henry定律B、Henry定律和LeWiSRandall规则C、Lewis-Randall规则和LeWiS-RandaII规则D、Lewis-Randall规则和Henry定律8、一定八p的二元等物量混合物的四=Ha=/",则混合物的逸度系数为（B）：A、z,).l-0.2 e + e0+02-0.1-l-0.2°"°2B、e2c、-一D、-e229、在H+gZ+Jw2=Q-%中，如果的单位用rns",则”的单位为（C）:A、J-SjB、kJkg,C、Jkg,D、kJg,10、一流体从状态1分别经历可逆过程R与不可逆过程NR到达状态2,两个过程的环境状态相同，则过程R的理想功比过程NR的理想功要：（B）A、大B、相等C、小D、不确定三、计算题（共5题，60分）1、（相平衡计算，15分）乙醇（1）-甲苯（2）系统的有关的平衡数据如下：T=318K、p=24.4kPa、*=0.30（）、y1=0.634,已知318K的两组饱和蒸汽压为=23.06kPa,=10.05kPa,并测得液相的混合热是一个仅与温度有关的常数凶/我丁=0.437,令气相是理想气体，求液相各组分的活度系数；液相的AG和GE；估计333K、X=O.300时的GE值；由以上数据能计算出333K、玉=0.300时液相的活度系数吗？为什么?该溶液是正偏差还是负偏差？解：由PyI= P；%得% =pyl_ 24.4 × 0.634 p xl 0.3×23.06=2.24同样有:7_ py2 _ 24.4(1-0.634)px20.7 × 10.05=1.27GE,"I"+/111%Kl0.3× In 2.24+0.7 X In 1.27 = 0.41GE=IO84.0(J / mol)AZJ GE=+ x1 In x1 + x2 In X2 = 0.41 +(0.3 × In 0.3 + 0.7 × In 0.7)G = -531.0(Jmol)Tp,Hk_ Mi _ 0.437H7*272 rJT积分得W=C/T0437dr=041_04371n333=0390RTERTi84.8T318不能得到活度系数，因为没有GE的表达式。由于GE>O,故为正偏差溶液。2、（热力学第一定律，15分）设计的某一高速喷嘴在70OkPa和300操作，已知喷嘴进口的速度为30ms0试计算当压力分别为60OkPa、50OkPa、40OkPa、30OkPa和200kPa时.，喷嘴截面积A,与管道截面积A的比值Ai/Af假设喷嘴是在等牖条件下操作的。已知700kPa、300的水蒸气"=3059Jg,S=7.2965J（gK）,V=371.3cm3g，不同条件下等燧膨胀时水蒸气的焰和比容数据如下表所示。出口压力，kPaH,J/gVcm3kg6003035.0426.15002974.95480.994002921.89570.293002872.67721.252002787.24980.76解：根据质量守恒关系知Au/V=Aiui/Vi,因z = 0 > Q = O,Ws=O,贝I：由热力学第一定律+gz=Q-Ws4"+如2=0或；（d-2）=“一”水蒸气在700kPa>300时，其性质为：H=3059Jg,S=7.2965J(gK),V=37IJcm3Zg。由、可知：2V=30匕=3。匕AuiV371.3ui371.3m2÷2×103×(H-7,)因为等病膨胀，1)当“j=6(M)kPa,E=S=7.2965J(gK)时，查得该条件下水蒸气的性质为H=3035Jg,½=426.1cm3g,因此4_w匕_30½_30ViAuiV371.3ui371.3w2+2×10¼(Z/-/7,)=0.155530426.1乂371.3302+2×103×(3059-3035)2)当p,=500kPa,S=S=7.2965J(gK)时，查得该条件下水蒸气的性质为H=2974.95Jg,½=480.99cm3/g,因此_U_匕_30½_30Vi4uiV371.3ui371.3w2+2×10¼(-7,)=0.11230480.99乂-371.3302+2×103×(3035-2974.95)3)当p,=400kPa,Sj=S=7.2965J(gK)时，查得该条件下水蒸气的性质为H=2921.89Jg,½=570.29cm3g,因此A=上工=30½=_20AuiV371.3ui371.3+2x10；X(H-Hj)30570.29八2一=X.,一,，=0.0967371.33O2÷2×103×(3035-2921.89)4)当Pj=300kPa,Sj=S=7.2965J(gK)时，查得该条件下水蒸气的性质为H=2872.67Jg,½=721.25cm3g,因此AluV130½30½AuiV371.3ui371.3yJu2+2×0×(H-Hi)30721.25八=×/=0.1023713302+2×103×(3035-2872.67)5)当Pj=200kPa,S=S=7.2965J(gK)时，查得该条件下水蒸气的性质为”=2787.24Jg,½=980.76cm3g,因此4,匕_30½_30ViAuiV371.3ui371.3yu2+2××(H-Hi)30980.76C-C=X1.=0.1133713302+2×103×(3035-2787.24)计算结果汇总：出口压力，kPaH,J/gVcm3kgAiA7003035371.306003035.0426.10.15555002974.95480.990.1124002921.89570.290.09673002872.67721.250.1022002787.24980.760.1133、（热力学第二定律，10分）某核动力装置产生750MW功率，核反应器的温度是315,并可利用的江水温度为20C,(1)该装置的最大可能热效率是多少，排放到江水中最小热量流率是多少？(2)如果装置的实际热效率是最大值的60%,排放到江水中的热量是多少？如果江水的流率为165s,江水的温度会上升到多少度？解答：¼=750MW,Tn=315+273.15=588.15(K),=20+273.15=293.15(K)WT29315根据热机效率计算式："max='=1-Zk=I一丝=0502QHtH588.15WOiW750%2=片=1-零=0502，因此a=1495.297(MW)，QHQHmaxljmin=QH一叱=1495.3一750=745.297(MW)W(2)7=06,nax=0.6×0.502=0.3012,77=0.3012QHWW750QH=J=2490.04(MW)0.30120.3012排放至I江水中的热量为：QL=QH一叱=2490.04750=1740.04(MW)江水流量m=PV=IOOOXI65=1.65l()5(kgs)Ql=CPmNr=4.184×1.65×105×103T=l740.04×IO6解得：=2.520(K)4、(蒸汽动力循环与制冷循环，10分)、某汽轮机额定功率为56400kW,其进口过热蒸汽为860OkPa和5(XrC,乏汽在压力IOkPa下排至冷凝器。假设汽轮机的等燧效率为0.75,试确定排出乏汽的状态和蒸汽的流率。已知860OkPa、500C的焰值和燧值为：/7=3391.6kJkg,S=6.6858kJ/kgK：IOkPa下饱和水性质：/7v=2584.8kJkg,Sv=8.151IkJZkgK,7l=191.8kJkg,Sl=0.6493U/kgKo解：进口过热蒸汽8600kPa、500的焰值和崎值为：/7,=3391.6kJkg,S1=6.6858kJ/kgKo若等燧膨胀至IOkPa时，那么y=S=6.6858kJkgK,此状态下乏汽为湿蒸汽状态，由IOkPa饱和水蒸气性质：=2584.8kJkg,=8.151IkJZkgK,=191.8kJkg,S；=0.6493kJkgK,知其干度芯按下式进行计算：S；=石+S=(I-Y),即6.6858=8.1511芯+0.6493(1-芯),解得吊=0.8047芯+(1-尺)=2584.8X0.8047+191.8×(1-0.8047)=2117.4(kJkg)叱R=2117.4-3391.6=T274.2(kJkg)W依题意，=-=°75,贝I：MRWs=0.75叱R=0.75×(-2117.4)=-955.6(kJkg)又叱="2=-955.6(kJkg),则：H2=Ws+Hl=-955.6+3391.6=2436.0(kJkg)<H；值,所以实际出口蒸汽仍为湿蒸汽状态，其干度马按下式计算H2=+W(l-x2),即2436.0=2584.85+191.8(1-W)，解得=09378S2=5x2+SL(l-2)=8.1511×0.9378+0.6493×(1-0.9378)=7.6846(kJkgK)S2>S1,汽轮机的膨胀过程是不可逆过程。蒸汽的流率加按下式计算Ws=m(H2-Hi)=(2436.0-3391.6)n=5600,解得：w=59.02(kgs)135、(化学反应平衡，10分)1、合成氨反应：-N2(g)+H2(g)NH3(g),初始反应物中含有OSmolN2、1.5molH2o假设平衡混合物看作理想气体，证明：Z-2=l-1+1.299KqIP13d“7dm证明：对于反应5N2(g)+5H2(g)NH3(g),则有米=奈=y匕=dE,即13%,一或=_彳£，%,一瑶，=一£，"NH、=£，222=2+2+h=2+-÷=2-各组分的摩尔分数为2I-E%,3(1-£),7nhj由于反应混合物视为理想气体，则PPNHJP%H/®L=E/L)%pjp丁L碇'W")即：Ka=p%p*令=萼2二2或写成PE/p0y(p%")很温同IY)解得=1.299/C,恒等变形得到：(1一2)2=+i299g71-2a+£；p3IP在/-12=l-1+1.299,得证。