北京化工大学2013——2014学年第一学期
《化工热力学》期末考试试卷(参考答案附评分标准)
课程代码 C H E 3 3 5 0 0 T 班级： 姓名： 学号： 任课教师： 分数： 题号 得分 一 二 三 四 五 六 总分 一、（2?7=14分）正误题（正确的画○，错误的画×，标在[ ]中） ［ × ］方程dH=TdS+VdP仅能用于可逆过程。
［ × ］对于理想溶液，混合过程的所有性质变化均为零。
［ ○ ］理想气体经绝热压缩后再冷却至初始温度，即使该过程不可逆，其取走的热量也等于压缩机所做的功（忽略流体动能与位能的变化）。
［ × ］混合物中组分的逸度系数值与其标准态的选取有关。 ［ ○ ］理想气体的混合物是理想溶液，符合Lewis-Randall规则。 ［ ○ ］无论液态水的温度高于或低于环境温度，其［ ○ ］化学反应平衡常数K与压力无关。 [注] 用 √ 表示正确者暂不扣分
二、（5?3=15分）简答题（简明扼要，写在以下空白处） 1. 在热力学中为何要引入混合规则？列出两种常见的混合规则。
【解】将混合物视为虚拟纯物质，就可以沿用纯物质的状态方程，而其虚拟参数与组成有关，需要通过混合规则实现。（点出虚拟纯物质，语意通顺者给3分）
常见的混合规则如：am???yiyjaij，bm??yibi（每项给1分，可不限于上述形式，为组
iji值都大于零。
成和纯物质参数的函数即可。答Kay规则中方程亦可。）
2. 下图示意了纯组分体系沿等压线发生汽液相变时的V-T图，试画出对应的G-T示意图，
注意斜率的正负与相对大小，并说明你的根据。
【解】图形正确并标出如下特征者给5分（特点1给1分，2-3各2分，未正确说明根据者扣1-2分；未标出特点4者不扣分，）： 1. 沸点处G相等, （Gl=Gv）
1
??G?2. G对T的斜率为负，（????S?0）
?T??p3. G对T的斜率气相较液相更陡, （在沸点处有：Sv?Sl?Hv?Hl?0） T??2G???S4. G曲线为凸, （?2??????T??T?pV Cp????0） ?T?G 汽相 汽相 液相 Tb
液相 T
Tb
T
3. 绘制具有最低共沸压力的二元体系的汽液平衡T-x-y相图。注意标出汽相区和液相区，并
说明该体系相对拉乌尔定律具有正偏差还是负偏差？
【解】因体系具有最低共沸压力，体
T
T,y1
vap
系压力低于对应理想溶液的压力，因此为负偏差。（2分，未说明原因者暂不扣分）
正确绘图给3分。画成最低共沸温度
T,x1
li
x1,y1
或p-x-y图（但图形正确）者扣2分。 未标注坐标、汽液区域、泡点/露点线者酌情扣不超过1分。
三、（20分）分析计算题
如下图所示的海水淡化装置，整个系统由等熵效率为75%的压缩机提供动力；忽略热交换器的热损失，而每生产1kg纯水，蒸发器热损失为1.7kJ.
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现已知图示各状态点的数据如下：
点 1 2 3 4 5 6 7 8
状态 液体 液体 饱和液体 液体 蒸汽 蒸汽 饱和液体 液体
盐, ％ 质量 3.45 3.45 6.67 6.67 0 0 0 0
T ℃ 25 93.86 100.7 38.4 100.7 159.2 113.3 38.4
P bar 1 1 1 1 1 1.6 1.6 1.6
流率m kg/s 2.0715 2.0715 1.0715 1.0715 1 1 1 1
H kJ/kg 99.65 376.6 388.1 146.2 2677.6 2790.4 475.4 160.9
S kJ/kg/K 0.3342 1.1689 1.2010 0.4618 7.3655 7.4319 1.4550 0.5504
1) 在T-S图上示意5?6?7?8的过程线，并标出5、6、7和8各状态点在图中的位置. 2) 写出整个系统的
平衡方程，并判断那些设备存在
损失，以及整个过程的目的
损失？
效率.（环境温度298.15K）
3）计算生产1kg纯水总的
【解】1) (10分) 状态5-8均为纯水，因此对应水的T-S图：
6、7、8状态点各2分，5状态点3分（详后），6?7过程1分；示意图不要求数值比例，但各点温度和熵的相对大小和饱和关系要正确示出。5?6为熵增加，因此S6>S5，标成等熵或熵减小者扣1分；7为饱和液体，明显偏离者不给分；8十分接近饱和液体，标在饱和液相处不扣分。题中状态点5是对应盐水的饱和蒸汽，对纯水应过热0.7℃，因此该点不应落在饱和线上，正确示出状态5这一特点并说明理由者给3分，标在饱和线上或未作任何说明者给2分。
2) (6分) 取整个系统作为控制体积，据题意知压缩机有功输入，蒸发器有热损失，则其?平衡方程为：m1ε1 - m4ε4 - m8ε8 - (1-T0/T)|Q| + |Ws| - mIint = 0
（项目2分，正负号1分，部分错误扣1分。未加绝对值者暂不扣分。正确写出一般化平衡方程未针对本系统展开者给2分。）
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