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天津大学试卷专用纸

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2006～2007学年第一学期期末考试试卷 《化工热力学》（B卷 共5页） （考试时间：2007年1月23日） 题号 得分 一 二 三 成绩 核分人签字 ??(nlnf)f]T,P,n? lni 9. [xi?nij?i10. 流体经过绝热可逆膨胀后，流体的焓 降低 ， 压力 下降 ，流体温度 下降 。 二、简答题（共20分，每小题5分） 1. 无热溶液和正规混合物的基本假设分别是什么？ 答：无热溶液：无热溶液理论假定由纯物质形成溶液时，其混合热基本为零，溶液非理一、填空题（共30分，每小题3分） 1. 纯物质p-V图上临界等温线在临界点处的斜率 等于零 ，曲率 等于零 。 2. 第二Virial系数的物理意义为 B仅与两分子间的相互作用力有关 ； B的大小想性的原因主要来自超额熵不等于零，即HE?0， GE??TSE ESE?0。正规溶液：是指超额体积为零且混合熵变等于理想混合熵变的溶液，即V?0，是 温度 的函数。普遍化Virial方程的适用条件是，对比体积Vr > 2 。 但正规溶液的混合热不等于零。根据正规溶液的特点，超额Gibbs自由能可写成GE?HE?UE ?= Φi ，理想混合液体的γi= 1 。正偏差物系的特点是异3. 高压下，理想混合气体的?i类分子间作用力 小于 同类分子间的作用力 。 4. 损失功是指当完全可逆过程和实际过程经历同样的始末态时，由于可逆程度的差别，导致这两种过程所表现出的功之间存在差值。 5. 某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器的出口温度、压力为T（p下的饱和温度）、p， 2. 空气在膨胀机中由温度T1=230 K、压力p1=10.13 MPa绝热可逆膨胀至压力p2=0.1013 MPa，如何得到空气膨胀后的最终温度T2值？ 答：由T-S图上的状态1点（T1=230K、p1=10.13MPa）沿等熵线（即垂直线）向下至状态2点（p2=0.1013MP），该点的纵坐标值就是T2。 现T比原冷凝器压力下的饱和温度低了5℃，其它条件不变，则制冷循环的制冷量 增加 ，压缩机功耗 不变____。 6. 二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是HEVEx1dln?1?x2dln?2??dT?dp 2RTRT 3. 氮在307.86K下流经绝热水平管上的一个部分开启的阀门。阀门上、下游的压力分别为0.12 MPa和0.06 MPa。试确定氮在阀门下游的温度。 解：根据稳流系统热力学第一定律:?H?0.5?u2?g?Z?Q?WS 水平绝热管：?Z?0,Q?0 无轴功：WS?0 忽略动能变化：0.5?u2?0 则：?H?0 7. （二乙胺-水）的液液平衡体系中，水在胺相中的摩尔分率为0.35，胺在水相中为0.00009，水在胺相中的活度系数为 2.86 ，水在水相中的活度系数为 1 。 8. 制冷剂的汽化潜热要尽可能的大，是因为 潜热大，可增加单位质量工质的制冷能力，使制冷剂的循环量减少。 天津大学试卷专用纸

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压力不太高时，N2可视为理想气体，焓仅为温度的函数，等焓过程，故温度不变，仍为307.86 K。 4. 在一定压力和温度下，乙醇—乙酸乙酯—水三元物系相图如下图所示。请指出当组解： 成分别为A、B、C时，液相是否分层。如果分层，请在相图中标出互成平衡的两液相组成的位置。 初始状态为T＝273K的饱和液体，根据饱和蒸气压方程 B(0)?0.083?0.422Tr1.6 B(1)?0.139?0.172 4.2Tr?B(0)dB(0)?B(1)dB(1)HR?pr??????T?dTRTTdTrr?r?r????? ??ln(ps/Pa)?21.10?2552.75/T 首先计算273K时的饱和压力： ln(ps/Pa)?21.10?2552.75/T＝21.10?2552.75/273 ＝11.749即：ps?1.266?105Pa 相应的计算路径为： 饱和液体 273K, 1.266×105Pa 饱和蒸气 273K, 1.266×105Pa ?H 578K,38.9×105Pa A是单相，不分层；B与B’成为相平衡的两液相；C点会自动分为1和2两个相平衡的两相。 三、计算题（共50分，每小题分值见小题题面） 1. （本题 15 分） 已知饱和液态的1-丁烯在273K时，H=0，求578K，38.9?105Pa 时1-丁烯蒸气的H值。已知：1-丁烯蒸气的临界性质为：Tc=419.6 K, pc=4.02 MPa,?=0.1867，饱和蒸?pS?-1-1.75，Cig气压方程为：ln??21.10?2552?p??2.4?0.35T?J?mol?K?, 可近T?Pa??vH H2R ?H1R 理想气体 578K,38.9×105Pa 理想气体 273K, 1.266×105Pa ?Hig R （A） ?H?H??vH?H1R??Hig?H2（a）?vH 似取?Z?Z?Z?1。设1-丁烯的pVT关系符合普遍化的维里方程，且： vl?Hdlnps由方程：??v d(1/T)R?Z天津大学试卷专用纸

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ln(ps/Pa)?21.10?2552.75/T ?Hdlnps故：??2552.75??v d(1/T)R?Z则：?vH?2552.75*R*?Z?21.22?103（b）H1R为T=273K，p＝1.266?10Pa的剩余焓， 5dB(0)0.675?2.6?0.2935 dTrTrB(1)?0.139?0.172?0.09419 4.2TrJ?mol-1 dB(1)0.722?5.2?0.1365 dTrTr?B(0)dB(0)?B(1)dB(1)??HR?pr????????RTTdTTdTrr?rr????0.9677????0.1698?0.09419?0.1867?0.2935?0.1365??? ??0.2271HR??0.2271?8.314?578??1.09?103?J?mol-1? 将各步骤的结果代入式（A）得： 由于压力比较低， H1R?0 （c）?Hig ?H??CdTT1igT2igp??578273??2.4?0.35T?dT ?44.69?103?J?mol-1?R（d）H2为478K、38.9?10Pa的剩余焓 5?H?Hm??vH?H1R??Hig?H2R?21.22?44.69?1.09?64.82?J?mol-1? 2. （本题 10 分） 苯（1）和环己烷（2）在303 K，0.1013 MPa下形成x1 = 0.7的溶液。已知此条件下V1=89.96 cm3/mol，V2=109.4 cm3/mol，在该条件下两种物质的偏摩尔体积分别为V1=90.20 cm/mol V2=110.69 cm3/mol，求混合溶液体积V和超额体积VE分别是多?由B(0)?0.083?0.422Tr1.6，得：dB0.675?2.6 dTrTr(1)(0)由B(1)?0.139?0.172dB0.722，得： ?dTrTr4.2Tr5.23?少 cm3/mol？ 解： 混合后溶液的体积为： T578?1.3775 Tc=419.6K，则，Tr??Tc419.6V?xV11?x2V2 代入已知条件得： pc=4.02MPa，则，pr?p38.9??0.9677 pc40.2V?xV11?x2V2?0.7?90.2??1?0.7??110.69 ?96.347?cm3/mol?B(0)0.422?0.083?1.6??0.1698 Tr