2025年大學(xué)大二（化工熱力學(xué)）相平衡計算階段測試試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）每題只有一個正確答案，請將正確答案填在題后的括號內(nèi)。(總共8題，每題5分，每題選出答案后，用鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案標(biāo)號涂黑。如需改動，用橡皮擦干凈后，再選涂其他答案標(biāo)號。)w1：在一定溫度和壓力下，二元溶液的氣液平衡關(guān)系遵循拉烏爾定律，對于易揮發(fā)組分A，其氣相分壓與液相摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為（）A.pA=pAxAB.pA=pA(1-xA)C.pA=pBxAD.pA=pB(1-xA)w2：在相平衡體系中，自由度F的計算公式為F=C-P+2，其中C表示（）A.組分?jǐn)?shù)B.相數(shù)C.溫度D.壓力w3：對于理想溶液，其混合性質(zhì)的特點是（）A.混合熵大于零，混合熱等于零B.混合熵等于零，混合熱大于零C.混合熵小于零，混合熱等于零D.混合熵等于零，混合熱小于零w4：在二元體系的汽液平衡相圖中，恒沸點處的特點是（）A.氣相組成與液相組成相同B.溫度最高C.壓力最大D.自由度為零w5：已知某二元溶液的活度系數(shù)γ1=1.2，γ2=1.3，液相組成x1=0.4，x2=0.6，則該溶液對拉烏爾定律的偏差情況為（）A.正偏差B.負(fù)偏差C.無偏差D.不確定w6：在相平衡計算中，逸度系數(shù)的計算通常采用（）A.狀態(tài)方程B.活度系數(shù)模型C.經(jīng)驗公式D.實驗數(shù)據(jù)擬合w7：對于非理想溶液，其超額吉布斯自由能GE與活度系數(shù)的關(guān)系為（）A.GE=RT∑xilnγiB.GE=RT∑xiγiC.GE=RT∑γilnxiD.GE=RT∑γixiw8：在一個三元體系的相平衡中，最多可能存在的相數(shù)為（）A.3B.4C.5D.6第II卷（非選擇題共60分）w9：（10分）簡述相平衡的基本概念以及相律的表達式，并說明各參數(shù)的含義。w10：（15分）已知某二元體系在一定溫度下的汽液平衡數(shù)據(jù)如下：液相組成x10.10.20.30.40.50.60.70.80.9氣相組成y10.150.250.350.450.550.650.750.850.95試判斷該體系是否為理想溶液，并說明理由。w11：（15分）對于一個二元體系，已知其活度系數(shù)模型為lnγ1=A(x2)^2，lnγ2=A(x1)^2，其中A為常數(shù)。在某溫度下，x1=0.3，x2=0.7，求該體系的超額吉布斯自由能GE。w12：（20分）材料：某化工過程涉及一個二元混合物的分離，已知該混合物在一定溫度和壓力下的汽液平衡關(guān)系。要求通過相平衡計算確定合適的分離方法和操作條件。問題：請詳細(xì)闡述如何根據(jù)給定的相平衡數(shù)據(jù)進行分離方案的設(shè)計，包括選擇合適的分離設(shè)備以及確定操作壓力和溫度范圍。答案w1：Aw2：Aw3：Aw4：Aw5：Aw6：Aw7：Aw8：Bw9：相平衡是指在一定條件下，多相體系中各相之間的物質(zhì)傳遞達到動態(tài)平衡，各相的組成和性質(zhì)不隨時間變化。相律表達式為F=C-P+2，其中F為自由度，C為組分?jǐn)?shù)，P為相數(shù)。組分?jǐn)?shù)是指體系中能夠獨立存在的化學(xué)物質(zhì)的數(shù)目；相數(shù)是指體系中具有相同物理和化學(xué)性質(zhì)的均勻部分的數(shù)目；自由度是指在不改變體系相態(tài)的條件下，能夠獨立改變的變量數(shù)。w10：判斷該體系是否為理想溶液，可通過比較實際的汽液平衡數(shù)據(jù)與理想溶液的汽液平衡關(guān)系（拉烏爾定律）。對于理想溶液，p1=p1x1，p2=p2x2，y1=p1/p，y2=p2/p。通過計算實際體系中各組成的氣相分壓與按理想溶液計算的氣相分壓進行比較。若二者偏差較大，則不是理想溶液。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)實際體系的汽液平衡數(shù)據(jù)與理想溶液的關(guān)系有偏差，所以該體系不是理想溶液。w11：首先根據(jù)活度系數(shù)模型lnγ1=A(x2)^2，lnγ2=A(x1)^2，已知x1=0.3，x2=0.7，則lnγ1=A(0.7)^2，lnγ2=A(0.3)^2。超額吉布斯自由能GE=RT∑xilnγi=RT(x1lnγ1+x2lnγ2)=RT(0.3×A×0.49+0.7×A×0.09)=RT×A×(0.147+0.063)=0.21RTA。w12：首先根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)繪制相圖，確定混合物的泡點、露點以及不同組成下的氣液相組成。根據(jù)相圖選擇合適的分離設(shè)備，如精餾塔。對于精餾塔的操作壓力，應(yīng)選擇在相圖中汽