化工热力学复习最终版

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1、简答题1．为什么同系物的沸点和熔点随分子量的增加而增加？答：这是由于同系物具有相同的官能团，因此偶极距和第一电离势大致相同，但是极化率随分子量的增大而增大，而诱导作用和色散作用均随极化率的增大而增大，因而沸点、熔点增高，气化热和熔化热也增加。注意：分子变大就加重，就不能灵活运动，因而需要更高的温度是分子具有更高的动能并无关系。2．能否设计一套制冷实验装置获得绝对零度的低温？为什么？答：不能。原因：若孤立体系发生一个任意冷却过程,则有熵变S≥0即S2>S1,S1表示初态熵,S2表示冷却后熵。因为ST=S0+，所以，二边消去S0可得，如果最终冷却温度T2要等于

2、零,则下式必须成立，即。但是因为所有温度下的CP都是正值,因此此式不可能成立,因此T2=0是不可能的。所以包含有限步骤的任何过程不能把任何体系的温度降低到绝对零度。这就是绝对零度不能达到原理。3．举例说明氢键及其作用。答：（1）分子间熔沸点升高，分子内熔沸点降低，例如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点（45℃）比有分子间氢键的间位熔点（96℃）和对位熔点（114℃）都低。(2)溶解度增大。HF和NH3在水中的溶解度比较大，就是这个缘故。(3)粘度增大，例如甘油、磷酸等多羟基化合物，由于分子间有氢键，通常为粘稠状液体。（4）密度液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合

3、现象，例如液态HF，在通常条件下，除了正常简HF分子外，还有通过氢键联系在一起的复杂分子(HF)n，分子缔合的结果会影响液体的密度。4．根据热力学定律，谈谈怎样做到能量的合理利用？答：（1）防止能量无偿降级（2）采用最佳推动力的选择（3）合理组织能量多次利用，采用能量优化利用的原则5．Lennard-Jones位能函数在σ=r时是什么状态？答：Lennard-Jones位能函数在σ时位能为零，此时吸引和排斥对位能的贡献相抵消，即排斥能和吸引能相等，此时的σ大约等于分子直径。讨论题1.根据所学的热力学知识，谈谈怎样做到能量的合理利用？答：合理用能总的原则，按

4、照用户所需要能量的数量和质量来供给，需要注意：（1）防止能量无偿降级：避免用高温热源加热低温物料，或者将高压蒸汽节流降温、降压使用，增加设备的绝热保温性能。（2）采用最佳的工艺方案：推动力越大，速率越大，设备投资费用可以减少，但是有效能损失增加，能耗增加。推动力减小，可减小有效能损失，降低能耗，但要增加产量需要增加设备，投资增大。采用最佳的推动力就是这个问题的解决办法。（3）合理组织能量梯次利用：化工厂许多化学反应都是放热反应，放出的热量不仅数量大而且温度高，这些热量可以通过发热锅炉产生高压蒸汽，用来做功或者发电，最后用低压蒸汽作为加热热源使用。即先用功再

5、用热。热量也要按其他能级高低回收使用，原则是用高温热源加热高温物料，中温加热中温物料，低温加热低温物料。2.质量为G，温度为T1的水与同质量的温度为T2的水在等压下绝热混合，试证明其熵变为(其中CP是水的恒压热容),并证明此熵变是正值。3.已知某二元溶液超额自由焓GE方程，式中β仅为T、P的函数，试证明。计算题1.已知某二元溶液，在30℃时，汽相可视为理想气体混合物，液相活度系数的关系式是：，，且P1※=21KPa,P2※=26KPa,求：（1）x1=0.2时体系的总压和汽相组成。（2）体系是否形成恒沸物？是最大压力恒沸物还是最小压力恒沸物？（12分）2．

6、锅炉排出烟道气5×105kmol/h，t=200℃，烟道气平均热容Cp=32Kj/kmol.K,T0=298K,计算烟道气带走的热损失（Kj/h）和有效能损失（Kj/h）。（10分）3.合成氨系统中天然气二段转化炉的气体组成（摩尔分率）为H256.3%,N222.4%，CO12.7%,CO28.3%,CH40.3%,已知各物质标准化学有效能（）分别为H256.22Kcal/mol，N20.16Kcal/mol，CO65.81Kcal/mol，CO24.81Kcal/mol，CH4198.42Kcal/mol，试根据式Bm0=，求298.15K时，1mol混

7、合气的标准化学有效能。（8分)