高等工程热力学总复习题
一、简答题
1. 与外界只有一种功量交换的单相简单系统的状态参数都可以由两个独立的状态参数确定是否正确？
答：不正确，对简单可压缩系统的物理变化过程，确定系统平衡状态的独立状态参数只需两个。但是对于化学反应的物系，不仅存在热与力两种不平衡势差，而且存在驱动化学反应的化学势差，并使参与反应的物质成分或者浓度发生变化，故确定其平衡状态往往需要两个以上的独立参数。
2. 阐述膨胀功、技术功、轴功与推动功之间的联系与区别？ 答：膨胀功：由气体容积变化所引起的能量的变化；
技术功：工程中可以直接利用的那部分能量，包括动能、势能和轴功。 轴功：通过进出口截面以外的边界（一般为机器的轴）所传递的功； 推进功：在进出口截面上，为推动工质出入系统所传递的功量；
稳定流动中，工质受热膨胀而得到的膨胀功一部分用于补偿系统输出的净推动功，一部分用于增加流动工质的流动动能及重力势能，其余部分作为开口系统的轴功输出。
即：膨胀功=技术功+推动功，技术功=轴功+动能+势能。
3. 刚性容器绝热放气，试证明过程中容器内发生的是可逆绝热过程。整个放气过程是可逆的吗？这过程中容器内总熵在减少但可逆，和熵增原理违背吗？ 答：（1）证明：
?cTdm?cmdTcTdpVV?Q?dUc,v??Wnet????c2c2?????h??gz?m?h??gzout?????min22??out??inoutoutC,V?)dU?d?mu?mdu?udm?m(h?dUdm???mout?Tout?Tin
消去dm/m得：
T2?P2?k?1???^T1P1k??这是理想气体可逆过程计算公式中，定熵过程的计算公式，所以整个放气过程是可逆的。
（2）在这一放气过程中，可以假象成又一个活塞把剩余气体与放出的气体分割开来进行的，但并不表示容积的总熵不变，因为有质量的流出，不是孤立系统，所以容积内的总熵是减少的。如果把所有气体以及外界看做是一个系统，考虑放出的气体在容积外的不可逆膨胀过程，所以系统的总熵是增加的。如果把剩余气体和放出的气体看做是一个整体，则系统是孤立系统，又因为是可逆绝热过程，系统的总熵是不变的。所以这一过程与熵增原理不违背。
4. 稳定气流对刚性容器绝热充气是可逆过程吗？若不是不可逆损失如何计算？
答：不是可逆过程。存在不可逆损失，熵产ΔSg>0。取此刚性绝热容器为系统，绝热过程，所以熵流ΔSf=0，故ΔS=ΔSf+ΔSg=ΔSg，所以ΔSg=∫12Cv·dT/T + R·lnV2/V1，又V1=V2，所以ΔSg=Cv·lnT2/T1。
对于开口系稳流熵方程为dScv = dSf + dSg + ∑ni=1δMinSin - ∑ni=1δMoutSout 。 稳定流动时，dScv=0，δMout=0，δMin=δmdi，不可逆绝热过程dSf=0，所以dSg+δMinSin=0，因此Sg=-∫12Sinδmdi=（m1-m2）Sin 。
5. 冷量?如何定义与表述？公式推导？请阐明与热量?的关系与不同？
答：冷量?：当系统的温度比环境温度低的时候，储存在系统中的可以对外做功的那部分能量。或者说当系统温度比环境温度低时，肯定要对该系统做功才能达到温度比环境低，那么这个过程所做的功就是冷量?储存在冷量中。
与热量?相同点：都是反映系统通过边界以传热的形式传递的能量。
与热量?不同点：热量?与热量的正负相同，系统放出热量的同时也放出热量?；反之亦然；冷量?与热量正负相反，系统吸热放出冷量?，利用它对外做功。热量?始终小于热量Q，而冷量?可等于、可大于、可小于冷量Q0
ExQ2?T0?S?Q2
6. 燃料的化学?是如何定义的？他与扩散?、反应?的区别在哪？
答：化学?：当系统在物理死态时，经可逆的物理（扩散）或化学（反应）过程达到与环境化学平衡（成分相同）时，所能提供的那部分最大有用功。
区别：化学?分为两类，一类是浓度变化引起的称为扩散?，另一类由化学反应引起的，称为反应?，因此，扩散?和反应?都是化学?的一种。
7. 什么是反应热？生成热？反应热效应？反应热与反应热效应的区别是什么？什么是定容热效应？什么是定压热效应？什么情况下定压热效应与定容热效应近似相等？ 什么是标准定压热效应？工程中有何用途？
答：反应热：化学反应中物系与外界交换的热量；
生成热：由一些单质或稳定元素化合成1kmol化合物时的热效应称该化合物的生成热； 反应热效应：当系统经历一个化学反应过程，只作容积变化功若所得生成物的温度与反应物温度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所吸收或放出的热量；
区别：反应热是过程量，与反应过程有关；热效应是定温反应过程中不作有用功时的反
应热，是状态量；
定容热效应：在定温和定容状态下的反应热效应称为定容热效应Qv=Up-UR； 定压热效应：在定温和定压状态下的反应热效应称为定压热效应Qp=Hp-HR；
当反应物是固体和液体燃料、反应前后物质的量变化量等于零和燃烧反应分子数变化不
大的情况下，定压热效应和定容热效应近似相等；
标准定压热效应：规定在标准状态25℃和一个大气压的状态下，定压热效应的值定为标准定压热效应，用Qp0 表示。
?Wmax??1???Q1??1????Wmax??Q2????Wmax?Q2???C1?T??Q2??0?1??Q2T?T?T0?T?T?T0??T?T0??Wmax?T???0?1??Q2?T?Q2
?T?ExQ2?Wmax???0?1??Q2?T0?S?Q20?T?
8.赫斯定律说明了化学反应过程中的什么规律？在工程中有什么用途（简述其在反应热效应计算中的作用）？
答：1、当反应前后物质的种类给定时，化学反应的热效应，与中间过程无关，只与过程初始
和终了状态有关。
2、 应用：某些测不出（或不易测）的热效应可由易测的热效应代替。
9. 什么是燃烧热？分解热？燃料的热值是怎么定义的？什么是高热值？什么是低热值？ 答：燃烧热：1mol燃料完全燃烧时的热效应称为燃料的燃烧热；
分解热：1mol化合物分解成单质时的热效应称为该化合物的分解热； 热 值：1kmol燃料完全燃烧时热效应的绝对值；
高热值：当在含有H的燃料燃烧时，生成的水的状态为液态水时，这时的热值为高热值； 低热值：当在含有H的燃料燃烧时，生成的水的状态为气态时，这时的热值为低热值。
10. 什么是标准燃烧焓？什么是标准生成焓？他们的联系与区别？为什么引入标准生成焓？在工程中有什么用途？
答：标准燃烧焓：由有关单质在标准状态下发生化学反应1mol燃料完全燃烧时生成的热量称为该化合物的标准燃烧焓；
标准生成焓：由有关单质在标准状态下发生化学反应生成1kmol化合物所吸收的热量，称为该化合物的标准生成焓；
联系：都是发生化学反应产生的热效应；
区别：燃烧焓不一定是化合反应，一定是和氧气发生反应；而生成焓是单质化合反应的热效应，不一定是和氧气反应。
在化学反应系统中，由于有物质的消失和产生，分析各生成物和反应物焓等热力性质的计算要有统一的基准参考点。引入标准生成焓的概念，可以方便工质热力性质的计算。
用途：生成焓是一种热效应，是过程量，但是有了化学标准状态下的统一规定，可以认为化学标准状态下的生成焓是一个状态参数。
11. 什么是绝热燃烧温度？什么是理论燃烧温度？什么是平衡火焰温度？他们的联系和区别是什么？
绝热燃烧温度：如果系统内部经历一完全的燃烧反应过程，且燃烧反应是不与外界发生热量交换的条件下进行的，燃烧产物可达的最高温度；
理论燃烧温度：在不考虑动、位能的变化，又不对外作功的系统中，若燃料绝热完全燃烧，且为理论空气量时，燃烧产物可达的最高温度；
平衡火焰温度：
联系：只有在理论空气量的情况下，系统才可以达到理论燃烧温度； 区别：绝热燃烧温度点总是低于理论燃烧温度。
12. 什么是燃烧的理论空气量？过量空气系数？空燃比？ 答：燃烧的理论空气量：燃料完全燃烧所需要氧气对应的空气量；
过量空气系数：实际空气量与理论空气量之比； 空燃比：混合气中空气与燃料之间质量的比例。
13.简述热力学第一定律在化学反应系统中的应用及重要结论
答：假设反应都能进行且都能进行到底，以热力学第一定律为基础，研究化学变化中的能量转换问题，计算化学变化中的热效应。
14.什么是化学反应过程的最大有用功？
答：稳定流动系统进行可逆等温过程，系统对外作的最大有用功等于系统吉布斯函数的减少。
15. 什么是标准生成吉布斯函数？什么是反应吉布斯自由能？
答：标准生成吉布斯函数：由有关单质在标准状态下生成1kmol化合物时的吉布斯函数的变化为该化合物的标准生成吉布斯函数。
反应吉布斯自由能：Gm0=Hm0-TSm0，是热力学中可能转化为有用功的能量。
16. 什么是化学平衡及平衡常数？什么是化学反应的平衡移动原理？阐述温度、总压对化学平衡常数的影响。解释为什么在合成氨（N2+3H2=2NH3）生产过程中要采用高压。平衡常数在化学热力反应工程计算中有什么用途？
答：化学平衡：当化学反应中的正向和反向的反应速度相等时，达到化学平衡。
化学平衡常数：在一定温度下，某个可逆反应达到平衡时，产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方之比是一个常数，用k表示；
化学反应的平衡移动原理：当把平衡态的某一因素改变，平衡态总是向着削弱该因素影响的方向移动；
影响：
温度，升高温度，使平衡向吸热方向移动；降低温度使平衡向放热方向移动； 压力，当生成物的系数和小于反应物系数和时，压力变大，平衡系数变大，反应向正向进行；当生成物系数和大于反应物系数和时，压力变大，平衡系数减小，反应向反向进行；
在N2+3H2=2NH3 的化学反应中，生成物系数和=2大于反应物系数和=4（ⅴn=-2），由总压对平衡常数的影响，当压力升高时，反应向正向进行。所以在制备氨时，加压可以促进反应向正向进行，合成更多的氨。
用途：（1）判断化学反应进行的方向；(2)计算化学平衡时各组分的成分。