暑假生活手抄报-好学生评语

天津大学试卷专用纸
学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第 1 页B
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

ˆ
(nlnf)
f
9.
[]
T,P,n


ln
i

x
i
n
i
ji
10. 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
H
E
0
，
G
E
TS
E

E
S
E
0< br>。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V
r
> 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
G
E
H
E
U
E

ˆ
= Φ
i
，理想混合液体的γ
i
= 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T
1
=230 K、压力p
1
=10.13 MPa绝热可逆膨胀至压力p
2
=0.1013
MPa，如何得到空气膨胀后的最终温度T
2
值？
答：由T-S图上的状 态1点（T
1
=230K、p
1
=10.13MPa）沿等熵线（即垂直线） 向下至状
态2点（p
2
=0.1013MP），该点的纵坐标值就是T
2。
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
H
E
V
E
x
1
dln

1
x
2
dln

2
dTdp

2
RT
RT


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u
2
gZQW
S

水平绝热管：
Z0,Q0
无轴功：
W
S
0
忽略动能变化：
0.5u
2
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
学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5 页 第2页B

压力不太高时，N
2
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
ln(p
s
P
a
)21.102552.75T
B
(0)
0.083
0.422
0.172
(1)
B0.139

1.6
4.2
T
r
Tr

B
(0)
dB
(0)

B
(1)
dB
(1)
H
R
p
r





T

dTRTTdT
rr

r

r








首先计算273K时的饱和压力：
ln(p
s
Pa
)21.102552.75T
＝21.102552.75273
< br>＝11.749
即：
p
s
1.26610
5
Pa

相应的计算路径为：

饱和液体
273K, 1.266×10
5
Pa
饱和蒸气
273K, 1.266×10
5
Pa
H


v
H

578K,38.9×10
5
Pa
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10
5
Pa 时1-丁烯蒸气的H
值。已知：1-丁烯蒸气的临界性质为：T
c
=419.6 K, p
c
=4.02 MPa,

=0.1867，饱和蒸

p
S

-1-1
气压方程为：
ln

Pa

21.10
2552.75
T
，
C
ig
, 可 近
p
2.40.35TJmolK

H
2
R< br>
H
1
R

理想气体
578K,38.9×10
5
Pa
理想气体
273K, 1.266×10
5
Pa
H
ig


HH 
v
HH
1
R
H
ig
H
2R
（A）
（a）

v
H


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
H
dlnp
s

v
由方程：
d(1T)RZ

天津大学试卷专用纸
学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5页 第3页B
ln(p
s
P
a
)21.102552.75T

H
dlnp
s
2552.75
v

故：
d(1T)RZ
3
则：

v
H2552.75*R* Z21.2210
dB
(0)
0.675

2.6
0 .2935

dT
r
T
r
B
(1)
0. 139
Jmol
-1

0.172
0.09419

4.2
T
r
（b）
H
1
为T=273K，p＝1.26610Pa
的剩余焓，
由于压力比较低，
H
1
0

（c）
H

ig
R
R
5
dB
(1)
0.722

5.2
0 .1365

dT
r
T
r

B
(0)dB
(0)

B
(1)
dB
(1)


H
R
p
r






RTTdTTdT
rr

rr

0.9677


0.16980.094190.1867

0.29350.1365




0.2271
H

CdT
T
1
ig
T
2
i g
p


578
H
R
0.22718.31 45781.0910
3

Jmol
-1


将各步骤的结果代入式（A）得：
R
HH
m

v< br>HH
1
R
H
ig
H
2
21.22 44.691.0964.82

Jmol
-1


273

2.40.35T

dT

44. 6910
3

Jmol
-1

（d）
H
2
为478K、
38.910Pa
的剩余焓
由
B
(0)
R
5
2. （本题 10 分）
苯（1）和环己烷（2）在303 K，0.1013 MPa下形成x
1
= 0.7的溶液。已知此条件下
V
1
=89.96 cm
3
mol，V
2
=109.4 cm
3
mol，在该条 件下两种物质的偏摩尔体积分别为
V
1
=90.20 cmmol
V
2
=110.69 cm
3
mol，求混合溶液体积V和超额体积 V
E
分别是多

0.083
0.422
dB0.675
，得：

1.6
2.6
dT
r
T
rT
r
0.172
dB0.722
，得：

T
r
4.2
dT
r
T
r
5.2
(1)
(0)
3

由
B
(1)
0.139
少 cm
3
mol？
解： 混合后溶液的体积为：
Vx
1
V
1
x
2
V
2

T578
1.3775
T
c
=419.6K，则，
T< br>r

T
c
419.6
p
c
=4.02MP a，则，
p
r

p38.9
0.9677

p
c
40.2
代入已知条件得：
Vx
1
V1
x
2
V
2
0.790.2

10 .7

110.69

96.347

cm
3
mol

B
(0)
0.422
0.083
1. 6
0.1698

T
r

天津大学试卷专用纸
学院 化工学院 专业 班 年级 学号 姓名 共 5页 第 4 页B

根据超额性质的定义：
（5）制冷系数


H
1
H
4
274
4.73
< br>H
2
H
1
393334
V
E
V
xV
11
x
2
V
2


代入已知条件及计算结果得：
V
E
V

x
1
V
1
x
2
V
2

96.347
0.789.960.3109.4


0.555

cm
3
mol

T
2
3
3'
3. （本题12分）
有一氨蒸汽压缩制冷机组，制冷能力为4.0×10
4
kJ·h
-1
，在下列条件下工作：蒸发
温度为-25℃，进入压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为20℃，冷凝过 冷5℃。试求：
（1）单位质量制冷剂的制冷量；
（2）每小时制冷剂循环量；
（3）冷凝器中制冷剂放出热量；
（4）压缩机的理论功率；
（5）理论制冷系数。
解：由氨的
T S
图查得
t
0
25
℃时饱和蒸汽的
H
1
334
kcalkg
1
,由该状态点沿等熵线
向上，由温度
t20
℃的条件，确定
H
2
393
kcalkg
1
。假设压力对液体的焓值几乎
没有影响，从状态3沿着饱和液体线向下过冷5℃，找到
3

，
H
3

60
kcalkg
1
。
节
流前后焓值不变，
H
4
H
3
60
kcalkg
1
。
（1）制冷能力
q
0< br>H
1
H
4
33460274

kcalkg
1

（2）制冷剂循环量
G
Q
0
40000
34.9

kgh
1

q
0
2744.18
20
0
C
15
0
C
-25
0
C
4
1
S


4. （本题13分）
某烃类系统，.汽液两相均可视为理想混合物。 液相组成为：
x
1
0.02
，
x
2
0.60< br>，
x
3
0.35
，
x
4
0.03
。在1.5 MPa下，该混合物泡点温度为311 K，此时，平衡常数
S
1.302

K
1
2.63，
K
2
1.03
。求该条件下的平衡汽相组成。已知：在311 K下 ，
p
3
MPa，组元3的第二virial系数
B
3
3 .87710
4
m
3
·mol
-1
。
解：
y
1
K
1
x
1
0.0526
，
y
2
K
2
x
2
0.618

B
3
p
3.87710
4
1.510
6
ln

3
0.2249

RT8.314311
S
B
3
p
3
3.87710
4
1.302 10
6
ln

0.1952

RT8.314 311
S
3
（3）冷凝过程放出的热量
Q
2
H
4
H
2
60393333

kcalkg
1

（4）压缩机的功率
N
T< br>GW
S
34.9(H
2
H
1
)
< br>则：

3
0.7986
，

3
S
0.8226

34.9(393334)4.183600

2.39kW
ˆ
V


0.7986
因为汽相是理想混合物，符合Lewis- Randall规则，即

33

天津大学试卷专用纸
学院 专业 班 年级 学号 姓名 共5 页 第5页B

V
i
l
pp
i
S

液相可视为理想混合物，则

i
1
；压力远离临界区，则：
exp

1

RT



ˆ
V
p
S

S
x
汽液平衡基本表达式 化简为：
py
3

3333
SS
p
3
< br>3
x
3
1.30210
6
0.82260.35
于是：
y
3
0.313

6
V
ˆ
1.5100.7986
p

3

y
41y
1
y
2
y
3
0.0165