发布时间 : 星期二 文章化工热力学A（答案）更新完毕开始阅读b68de0bd16fc700aba68fc72
2015 至 2016 学年第 1 学期
化工热力学 考试试卷A（答案与评分标准）
考试方式： 闭卷笔试 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %
一、选择题（本题20分，每题2分） 1 6 B A 2 7 A D 3 8 B A 4 9 C A 5 10 C C 二、判断题（本题10分，每题1分） 1 6 × × 2 7 × × 3 8 × × 4 9 √ × 5 10 × √ 三、填空题（本题10分，每空1分）
1. 相同，重叠，分开，汽液共存区，蒸汽压，沸点 2. 3, 2
3. 与研究态同温、同组成的理想气体混合物 4.
2??3?2x1??x13 2评分标准：每空1分，除了数字必须完全和以上参考答案相同以外，只要和以上参考答案相近的叙述都可以视为正确答案。 四、计算题（本题50分，每题10分）
1. 容积1m3的贮气罐，其安全工作压力为100 atm，内装甲烷100 kg，问： 当夏天来临，如果当地最高温度为40℃时，贮气罐是否会爆炸？（本题用RK方程计算，RK方程为：
p?RTa?62?，方程的参数a = 3.2217MPa?cm?mol；b = V?bV(V?b)?b(V?b)3?12.985?10?5m?mol。） 解：100kg甲烷的物质的量为：
n?100?1000g （2分）
16g/mol ?6250mol （1分）
1m3摩尔体积V? （2分）
6250mol?1.6?10?4m3?mol?1 （1分）
根据PR方程，40℃（313.15K）下，1m3的贮气罐其压力应该为：
p?RTa?0.5V?bTV(V?b)
=
8.314?313.153.2217? （2分） ?4?50.5?4?4?51.6?10?2.985?10313.15?1.6?10?(1.6?10?2.985?10)= 1.401?10Pa = 138.3 atm > 100 atm （1分）
7故储气罐会发生爆炸。 （1分） 评分标准：公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 2. 现需配制25℃的甲醇（1）-水（2）混合液500cm3，甲醇的摩尔分数为0.3，问需要水和甲醇各多少毫升？ 项目 甲醇 水
纯物质摩尔体积（cm3/mol）
40.727 18.068
偏摩尔体积（cm3/mol）
38.632 17.765
解：要配置甲醇的摩尔分数为0.3的混合液500cm3，其摩尔体积
V?x1V1?x2V2 （2分） ?0.3?38.632?0.7?17.765?24.025cm3mol?1 （2分）则500 cm3混合液总的物质的量为：
n?500 ?20.81mol （2分）
24.025需要甲醇和水的体积分别为：
V1?0.3nV1?0.3?20.81?40.727?254.26cm3 （2分） V2?0.7nV2?0.7?20.81?18.068?263.20cm3 （2分）评分标准：公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 GE3. 已知环己烷（1）－苯（2）体系在40℃时的超额吉氏函数是?0.458x1x2和
RT**?l,f?l,f；P1s?24.6,P2s?24.3kPa，求（a）?1,?2,f,?2（b）H1,2,H2,1；(c)?1。 12GE解：（a）由于ln?i是的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知
RT??nGERTln?1????n1?
??????T,P,n22 （2分） ?0.458x2同样得到
ln?2?0.458x12 （1分）
20.458x2lls? （1分）f1?f1x1?1?P1x1?1?24.6x1e同样得
?l?flx??Psx??24.3xe0.458x12 （1分） f22222222（b）
H1,2??f1?*1同理H2,1??f2?*2
由（c）的计算结果可得H1,2和H2,1
(c)由 ln?i*?ln?i?ln?i??ln?i?limln?i?得到ln?i* （1分）
xi?0*2ln?1?0.458(x2?1) （1分） *ln?2?0.458(x12?1) （1分）
??H1,2??f1?1*?f2*?2?24.6x1ee20.458x220.458(x2?1) （1分）
2H2,1??24.6x1e0.458x1e20.458(x1?1) （1分）
评分标准：公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。
??4. 测得甲醇(1)-水(2)系统的无限稀释活度系数分别是?1?2.04和?2?1.57，求与
x1=0.3603、T=308.15K的液体混合物相平衡的气相组成是多少？系统的压力为多少？液相的
ss活度系数用Wilson模型计算。其中P1?27.824KPa,P2?5.634KPa。
二元Wilson模型为：
??12?21?ln?1??ln(x1?x2?12)?x2???x?x?x?x??12122121?
??12?21?ln?2??ln(x2?x1?21)?x1???x?x??1212x2?x1?21?解：首先利用无限稀活度系数求出模型参数
???ln?1?ln2.04?1?ln?12??21 （2分） ????ln?2?ln1.57?1?ln?21??12??12?0.43738 （2分） 解出：???1.11598?21写出方程形式
??ln?1????????ln?2????????12?21??ln(x1??12x2)?x2???x??xx??x?11222211???0.437381.11598??ln(x1?0.43738x2)?x2???x?0.43738xx2?1.11598x1??12???21?12??ln(x2??21x1)?x1???x??xx??x?22111122???1.115980.43738??ln(x2?1.11598x1)?x1????x2?1.11598x1x1?0.43738x2? ,?2?1.1038 （2分）
（2分）
得到?1?1.2190sp?p1sx1?1?p2x2?2?16.21kPa （1分）
p1sx1?1y1??0.7538 （1分）
p评分标准：公式和计算方法对但数值略有差错的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 5. 有一水泵每小时从水井抽出1892kg的水并泵入储水槽中，水井深61m，储水槽的水位离地面18.3m，水泵用功率为3.7KW的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为4.5 ℃，为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在7.2 ℃，试计算此加热器所需净输入的热量。已知水
3-1-1的热容为CP?4.184?10J?kg?K。