熱力學(xué)練習(xí)題2

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熱力學(xué)練習(xí)題2

一選擇題

1.蒸汽壓縮制冷循環(huán)過(guò)程中，制冷劑蒸發(fā)吸收的熱量一定C制冷劑冷卻和冷凝放出的熱量

A大于B等于C小于

2.卡諾制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與B有關(guān)。

A制冷劑的性質(zhì)B制冷劑的工作溫度C制冷劑的循環(huán)速率D壓縮機(jī)的功率

?v?l3．汽液平衡關(guān)系fi?fi的適用的條件（A）

A無(wú)限制條件B低壓條件下的非理想液相C理想氣體和理想溶液D理想溶液和非理想氣體

?ivyi???ilxi的適用的條件（A）4．汽液平衡關(guān)系?A無(wú)限制條件B低壓條件下的非理想液相C理想氣體和理想溶液D理想溶液和非理想氣體

s5．汽液平衡關(guān)系Pyi?Pi?ixi的適用的條件（B）

A無(wú)限制條件B低壓條件下的非理想液相C理想氣體和理想溶液D理想溶液和非理想氣體

s6．汽液平衡關(guān)系Pyi?Pixi的適用的條件（C）

A無(wú)限制條件B低壓條件下的非理想液相C理想氣體和理想溶液D理想溶液和非理想氣體。

7.關(guān)于化工熱力學(xué)應(yīng)用的以下說(shuō)法中不正確的是B

A.可以判斷新工藝、新方法的可行性B.預(yù)計(jì)反應(yīng)的速率

C.通過(guò)熱力學(xué)模型，用易測(cè)得數(shù)據(jù)推算難測(cè)數(shù)據(jù)；用少量試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算大量有用數(shù)據(jù)

D.相平衡數(shù)據(jù)是分開(kāi)技術(shù)及分開(kāi)設(shè)備開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

8.超臨界流體存在的條件是A

A.高于Tc和高于pcB.高于Tc和低于pcC.低于Tc和高于pcD.低于Tc和低于pc

9.對(duì)應(yīng)態(tài)原理認(rèn)為，在一致的對(duì)比態(tài)下，所有物質(zhì)表現(xiàn)出一致的性質(zhì)。即D

A.若Vr，pr一致，則ω一致B.若Tr，Zr一致，則Vr一致C.若pr，ω一致，則Vr一致D.若Tr，pr一致，則Vr一致10.汽液平衡計(jì)算方程式pyi??ixipiS適用于B

A.汽液相均為理想體系

熱力學(xué)練習(xí)題22

B.汽相為理想體系且液相為非理想體系C.汽液兩相均為非理想體系

D.汽相非理想體系且液相為理想體系

11.以下4個(gè)偏導(dǎo)數(shù)中，表示偏摩爾性質(zhì)的是C

???nU?????nH??A.?B.?????ni?nS,nV,nj?i??ni?nS,p,nj?i???nG?????nA??C.?D.????n?nii?nV,T,n??T,p,nj?j?i12.絕熱可逆膨脹過(guò)程線在T-S圖上是B

A.平行于橫坐標(biāo)的直線B.平行于縱坐標(biāo)的直線C.沿等焓線變化的D.沿等干度線變化的

13.關(guān)于理想溶液的各種表達(dá)中錯(cuò)誤的是D

A.分子結(jié)構(gòu)相像，大小一樣；分子間的作用力一致；混合時(shí)沒(méi)有熱量和體積變化

B.在全濃度范圍內(nèi)，每個(gè)組分均遵守Lewis-Randall定則

?id?f0xC.fiiiD.?H,?G,?V均為零

14.對(duì)理想溶液具有負(fù)偏差的體系中，各組分活度系數(shù)?iD

A.>1B.=0C.=1D.（ΔS環(huán)）不可逆

C.（ΔS環(huán)）可逆=（ΔS環(huán)）不可逆D.（ΔS環(huán)）可逆=0

熱力學(xué)練習(xí)題24

26.混合氣體的其次維里系數(shù)是C

A.T和p的函數(shù)B.僅為T(mén)的函數(shù)C.T和組成的函數(shù)D.p和組成的函數(shù)

27.

衡算的依據(jù)是DA.熱力學(xué)第一定律B.熱力學(xué)其次定律C.熱力學(xué)第三定律D.熱力學(xué)第一、二定律

28.混合物的逸度與純組分逸度之間的關(guān)系是C

?B.f??A.f??xif?fii?fC.lnf??xilniD.lnf??xilnf0

xi29.在T-S圖上，絕熱可逆過(guò)程工質(zhì)的狀態(tài)總是沿著以下哪條線進(jìn)行的B

A.等焓線B.等熵線C.等干度線D.等壓線

30.理想功實(shí)現(xiàn)的條件為B

A.完全不可逆B.完全可逆C.部分可逆D.部分不可逆

31.氣體真空節(jié)流膨脹產(chǎn)生冷效應(yīng)時(shí)的微分節(jié)流系數(shù)是B

A.?J?0B.?J?0C.?J?0D.不確定

32.可逆絕熱膨脹過(guò)程的特征是B

A.等焓B.等熵C.等溫D.等壓

33.熵產(chǎn)是由于以下哪種原因而引起的C

A.體系與環(huán)境之間的熱量交換B.體系與外界功的交換C.體系內(nèi)部的不可逆性

二、填空題

1.狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)是：狀態(tài)函數(shù)的變化與途徑無(wú)關(guān)，僅決定于初、終態(tài)。2.單相區(qū)的純物質(zhì)和定組成混合物的自由度數(shù)目分別是2和2。3.純物質(zhì)的臨界等溫線在臨界點(diǎn)的斜率和曲率均為零，數(shù)學(xué)上可以表示為

D.體系與外界的物質(zhì)交換

??P?V?T?0?在C點(diǎn)?和??2P?V2?T?0?在C點(diǎn)?。

4.對(duì)于純物質(zhì)，一定溫度下的泡點(diǎn)壓力與露點(diǎn)壓力一致的（一致/不同）；一定

溫度下的泡點(diǎn)與露點(diǎn)，在P－T圖上是重疊的(重疊／分開(kāi))，而在P-V圖上是分開(kāi)的(重疊／分開(kāi))，泡點(diǎn)的軌跡稱(chēng)為飽和液相線，露點(diǎn)的軌跡稱(chēng)為飽和汽相線，飽和汽、液相線與三相線所包圍的區(qū)域稱(chēng)為汽液共存區(qū)。純物質(zhì)汽液平衡時(shí)，壓力稱(chēng)為蒸汽壓，溫度稱(chēng)為沸點(diǎn)。

熱力學(xué)練習(xí)題25

5.簡(jiǎn)述對(duì)應(yīng)態(tài)原理在對(duì)比狀態(tài)下，物質(zhì)的對(duì)比性質(zhì)表現(xiàn)出較簡(jiǎn)單的關(guān)系。6.偏心因子的定義是

???1?lgPrsTr?0.7，其含義是

??lgPrs(簡(jiǎn)單流體)?lgPrs(該流體)Tr?0.7。

??7.正丁烷的偏心因子=0.193，臨界壓力Pc=3.797MPa則在Tr=0.7時(shí)的蒸汽壓

s?1???0.2435MPa。為P?Pc108.二元混合物的焓的表達(dá)式為

H?x1H1?x2H2??x1x2，則

22H1?H1??x2;H2?H2??x1（由偏摩爾性質(zhì)的定義求得）

229.某二元混合物的中組分的偏摩爾焓可表示為H1?a1?b1x2和H2?a2?b2x1，則

b1與b2的關(guān)系是b1?b2。

10.等溫、等壓下的二元液體混合物的活度系數(shù)之間的關(guān)系

x1dln?1?x2dln?2?0。

三計(jì)算題

1.設(shè)有一含20%（摩爾分?jǐn)?shù)）A，35%B和45%C的三元?dú)怏w混合物。已知在體系壓力6079.5kPa及348.2K下混合物中組分A，B和C的逸度系數(shù)分別為0.7，0.6和0.9，試計(jì)算該混合物的逸度。

解：由混合物逸度系數(shù)與組分分逸度系數(shù)的關(guān)系知

?ln?m??yiln?ii

???故ln?m?y1ln?1?y2ln?2?y3ln?3?0.2ln0.7?0.35ln0.6?0.45ln0.9??0.2975?m?0.7427

3f?p??6079.5?10?0.7427=4515.2（kPa）mm

2.已知40℃和7.09MPa下，二元混合物的lnf?1.96?0.235x1(f：MPa)，求（a）

?,f?x1?0.2時(shí)的f2；1（b）f1,f2

?????nlnf???fd(1.96n?0.235n1)?ln1?????1.96?0.235?1.725??x1??ndn11?T,P,n2解：（a）???

??e1.725x?1.12MPaf11

熱力學(xué)練習(xí)題2

1.96?同樣得f2?ex2?5.68MPa

6

(b)

lnf1?lnfx1?1,x2?0?1.96?0.235?1.7251.725f?e1，所以

同樣得

3.已知苯（1）－環(huán)己烷（2）液體混合物在303K和101.3kPa下的摩爾體積是

V?109.4?16.8x1?2.64x12（cm3mol-1）,試求此條件下的（a）V1,V2。???nV??d109.4n?16.8n1?2.64n12nV1????92.6?5.28x1?2.64x12?dn1??n1?T,P,n2解：（a）

lnf2?1.96，所以f2?e1.96

?????nV??d109.4n?16.8n1?2.64n12nV2????109.4?2.64x12?dn2??n2?T,P,n1

??

4.設(shè)已知乙醇（1）-甲苯（2）二元體系在某一氣液平衡狀態(tài)下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為t=45℃，p=24.4kPa，x1=0.300，y1=0.634，并已知組分1和組分2在45℃下的

satsatp?23.06kPap?10.05kPa。試采用低壓下氣液平衡所常用12飽和蒸汽壓為，

的假設(shè)，求

（1）液相活度系數(shù)?1和?2；（2）液相的GE/RT‘（3）液相的△G/RT；

（4）與理想溶液想比，該溶液具有正偏差還是負(fù)偏差？

解：（1）低壓下的氣液平衡計(jì)算常假設(shè)氣相為理想氣體，此時(shí)有

?1?py1/p1satx1?(24.4?0.634)/(23.06?0.300)?2.236（1）

sat?2?py2/p2x2?(24.4?0.366)/(10.05?0.700)?1.269（2）

（2）用活度系數(shù)可將超額Gibbs自由能表示為

GE/RT??xiln?i?x1ln?1?x2ln?2i（3）

將式（1），（2）值帶入式（3），得

GE/RT=0.408

（3）超額Gibbs自由能的定義為

GE=△G－△Gid（4）

而

?Gid/RT??xilnxi?x1lnx1?x2lnx2i（5）

熱力學(xué)練習(xí)題27

故

?G/RT?GE/RT??Gid/RT?GE/RT?x1lnx1?x2lnx2（6）

代入數(shù)值計(jì)算后得

?G/RT??0.203(7)

由于活度系數(shù)?1,?2均大于1，故與理想溶液想比，該溶液具有正偏差。

5.某人稱(chēng)其設(shè)計(jì)了一臺(tái)熱機(jī)，該熱機(jī)消耗熱值為42000kJ·kg-1的燃料30kg·h-1，可以產(chǎn)生的輸出功率為170kW。該熱機(jī)的高溫與低溫?zé)嵩捶謩e為670K和330K。試判斷此熱機(jī)是否合理。

解：從已知的條件，我們可以計(jì)算出該熱機(jī)的效率，以及卡諾熱機(jī)的效率，然后比較兩者的大小。

??熱機(jī)的效率

W170??0.486Q42000?303600

T高?T低T高?670?330?0.508670

?卡?卡諾熱機(jī)效率

卡諾熱機(jī)是效率最高的熱機(jī)，顯然該人設(shè)計(jì)的熱機(jī)不合理。

6.假使空氣絕熱節(jié)流膨脹，從2100kPa降到100kPa不做任何功。若傳熱以及位能和動(dòng)能變化均可忽略，試提出一些假設(shè)，確定此過(guò)程所產(chǎn)生的功損失。解：假設(shè)環(huán)境溫度T0＝25＋273.15＝298.15（K），并假定空氣為理想氣體。絕熱節(jié)流膨脹，Q＝0，△H＝0，△T＝0，所以過(guò)程的熵變?yōu)?/p>

△S＝－Rln（p2/p1）＝－8.314ln（100/2100）＝25.312（kJ/（kmol·K））若忽略傳熱以及位能和動(dòng)能的變化，此過(guò)程所產(chǎn)生的功損失為WL＝T0△S－Q＝298.15×25.312－0＝7.547×104（kJ/kmol）

7.求將室溫空氣由常壓壓縮至0.6MPa的有效能為多少？假設(shè)環(huán)境溫度為298K。

解：若假設(shè)空氣為理想氣體，則壓力對(duì)焓變化無(wú)影響，壓力對(duì)熵變化為

?S??RlnPP0

則有效能變化

?B?B?B0?B??H?T0?S?0?T0?S?RT0lnPP0

?8.314?298?ln0.6?4439.2J?mol?10.1

熱力學(xué)練習(xí)題28

8.為使冷庫(kù)保持-20℃,需將419000kJ/h的熱量排向環(huán)境，若環(huán)境溫度T0=27℃，試求理想狀況下每小時(shí)所消耗的最小功和排向大氣的熱量。

Tc273?20??5.38T0?Tc27???20?QcQcWs

??解：

??

Ws???419000?77838kJ/h5.38

Q0??Qc?Ws??419000?77838??496838kJ/h

9．有一氨壓縮制冷機(jī)組，制冷能力Q0為4.0×104KJ·h-1，在以下條件工作：蒸發(fā)溫度為-25℃，進(jìn)入壓縮機(jī)的是干飽和蒸汽，冷凝溫度為20℃，冷凝過(guò)冷5℃。試計(jì)算：

（1）單位重量制冷劑的制冷能力；（2）每小時(shí)制冷劑循環(huán)量；（3）冷凝器中制冷劑放出熱量；（4）壓縮機(jī)的理論功率；（5）理論制冷系數(shù)。

解：首先在P—H圖（或T—S圖）上依照已知條件定出各狀態(tài)點(diǎn)。查得H1=1430KJ·kg-1H2=1680KJ·kg-1

冷凝出來(lái)的過(guò)冷液體（過(guò)冷度為5℃）狀態(tài)3?的決定：假設(shè)壓力對(duì)液體的焓值幾乎沒(méi)有影響，從狀態(tài)3沿著飽和液體線向下過(guò)冷5℃，找到3??，用此點(diǎn)的焓值近似代替3?的焓值，由于過(guò)冷度是有限的，實(shí)際上3?和3??很接近，不會(huì)造成太大的偏差。3??→4仍為等焓膨脹過(guò)程，H3`=H4=270kJ·kg-1

制冷能力q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-1

Q04?104G???34.5kg?h?1q01160制冷劑循環(huán)量

冷凝過(guò)程即2→3?，放出熱量Q=（H3-H2）G=34.5(270-1690)=-48645KJ·h-1壓縮機(jī)功率

N?G(H2?H1)34.5(1680?1430)??2.40kW36003600

??制冷系數(shù)

H1?H41430?2701160???4.64H2?H11680?1430250

熱力學(xué)練習(xí)題29

10.某壓縮制冷裝置，用氨作為制冷劑，氨在蒸發(fā)器中的溫度為－25℃，冷凝器內(nèi)的壓力為1180kPa，假定氨進(jìn)入壓氣機(jī)時(shí)為飽和蒸氣，而離開(kāi)冷凝器時(shí)是飽和液體，假使每小時(shí)的制冷量為167000kJ，求

（1）所需的氨流率；（2）制冷系數(shù)。

解：

此氨制冷循環(huán)示于右圖所示T-S圖上。（1）查的T-S圖，得H1=1648kJ/kg，

H2=1958kJ/kg，H3=H4=565kJ/kg

則單q0=H1所需

位質(zhì)量制冷劑的制冷量為－H4=1648－565=1083(kJ/kg)的氨流率為

Q0167000?q1083=154.2（kg/h）G=0(2)制冷系數(shù)為

q0q01083??ε=WH2?H11958?1648=3.49

11.有一制冷能力為Q0=41800kJ/h的氨壓縮機(jī)，在以下條件下工作：蒸發(fā)溫度t0=－15℃,冷凝溫度tk=＋25℃，過(guò)冷溫度t=＋20℃，壓縮機(jī)吸入的是干飽和蒸氣，試計(jì)算

（1）單位質(zhì)量的制冷能力；（2）每小時(shí)制冷劑循環(huán)量；（3）在冷凝器中制冷劑放出的熱量；（4）壓縮機(jī)的理論功率；（5）理論制冷系數(shù)。

解：狀態(tài)點(diǎn)1為－15℃的干飽和蒸氣，由氨的溫熵查得H1=1664kJ/kg。由t1=－15℃飽和汽線上該狀態(tài)點(diǎn)（沿等熵線垂直向上）與t=30℃對(duì)應(yīng)的飽和壓力p3=10×105Pa線相交，查得H2=1866kJ/kg。狀態(tài)點(diǎn)5為20℃的過(guò)冷液體，查20℃的飽和液體得H5=514.6kJ/kg。因節(jié)流前后焓值不變，則H6=H5=514.6kJ/kg

（1）單位質(zhì)量的制冷能力為

q0=H1－H6=1664－514.6=1149.4（kJ/kg）

(2)每小時(shí)制冷劑循環(huán)量為

Q041800?qG=01149.4=36.37（kg/h）

（3）在冷凝器中制冷劑放出的熱量為

Q=G（H5－H2）=36.77×（514.6－1866）=－49691（kJ/h）

熱力學(xué)練習(xí)題210

（4）壓縮機(jī)的理論功率為

NT=G（H2－H1）=36.37×（1866－1664）=7346.74（kJ/h）=2.04kJ/s=2.04kW

（5）理論制冷系數(shù)

q0q01149.4??ε=W(H2?H1)(1866?1664)=5.69

12.乙醇(1)-甲苯(2)體系的有關(guān)的平衡數(shù)據(jù)如下T=318K、P=24.4kPa、

ssx1=0.300、y1=0.634，已知318K的兩組飽和蒸汽壓為P1?23.06,P2?10.05kPa，

并測(cè)得液相的混合熱是一個(gè)僅與溫度有關(guān)的常數(shù)?HRT?0.437，令氣相是理想氣體，求(a)液相各組分的活度系數(shù)；(b)液相的?G和GE；(c)估計(jì)333K、x1=0.300時(shí)的GE值；(d)由以上數(shù)據(jù)