2019年天津0708化工热力学自考考试大纲

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天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：化工热力学

课程代码：0708

第一部分课程性质与目标

课程性质与特点

化工热力学是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业基础课程之一。它是化学工程学的一个重要分支，也是化工过程研究、开发与设计的理论基础。本课程系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。它是一门理论性与应用性均较强的课程。

课程目标与基本要求

设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。

通过本课程学习，要求考生：

1、正确理解化工热力学的有关基本概念和理论；

2、理解各个概念之间的联系和应用；

3、掌握化工热力学的基本计算方法；

4、能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。

与本专业其它课程的关系

化工热力学是化工类专业必修的专业基础课程，它与化学工程专业的许多其它课程有着十分密切的关系。物理化学是本课程的基础，同时本课程又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和指导。

第二部分考核内容与考核目标

第一章绪论

一、学习目的与要求

通过本章学习，正确认识“热”的概念及人们对于“热”的认识发展过程；了解化工热力学的主要内容及研究方法。

二、考核知识点与考核目标

什么是“热”（一般）

识记：人们对于“热”的几种认识；“热”概念的发展过程

化工热力学的主要内容（次重点）

识记：化工热力学的主要内容

理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别

化工热力学的研究方法（一般）

识记：化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。

第二章流体的p－V－T关系

一、学习目的与要求

通过本章的学习，能熟练掌握流体（特别是气体）的各种类型的p、V、T关系（包括状态方程法和对应状态法）及其应用、优缺点和应用范围。

二、考核知识点与考核目标

维里方程（重点）

理解：维里方程的几种形式

维里系数的物理意义

应用：二阶舍项的维里方程

立方型状态方程（重点）

识记：立方型状态方程的普遍特点

范德华状态方程

理解：RK方程中参数意义和求法

RKS方程

应用：RK方程

RK方程的迭代形式

多参数状态方程（一般）

识记：多参数状态方程

对比态原理（次重点）

理解：简单对比态原理

应用：引入的两种第三参数

（五）三参数压缩因子图（重点）

识记：Lydersen三参数压缩因子图

应用：Pitzer普遍化压缩因子图

（六）普遍化状态方程式（重点）

应用：普遍化第二维里系数

（七）液体的PVT关系（一般）

识记：液体的纯经验的pVT关系

（八）气体混合物的虚拟临界参数（次重点）

应用：Kay规则

（九）气体混合物的第二维里系数（重点）

应用：第二维里系数的混合规则

（十）气体混合物R-K方程（重点）

应用：R-K方程的混合规则

第三章纯物质（流体）的热力学性质

一、学习目的和要求

通过本章学习，掌握各热力学性质间的关系，进而学会计算一个实际过程的焓变和熵变，并学会一些热力学性质图表的应用。

二、考核知识点与考核目标

（一）热力学基本方程（重点）

识记：敞开系统热力学基本方程

应用：封闭系统热力学基本方程

（二）麦克斯韦关系式（重点）

识记：Helmholtz方程

应用：麦克斯韦关系式

（三）理想气体焓变和熵变计算（次重点）

应用：理想气体焓和熵随温度、压力的变化关系式

（四）剩余性质（重点）

理解：剩余性质的概念

应用：剩余焓、剩余熵与p、V、T的关系式

对于一个实际过程，设计焓变和熵变的计算途径

（五）利用状态方程计算焓变和熵变（重点）

应用：利用R-K方程或者维里方程计算剩余性质

（六）利用普遍化关联式计算焓变和熵变（重点）

应用：利用普遍化第二维里系数计算剩余焓和剩余熵

利用Pitzer三参数焓熵图计算剩余焓和剩余熵

（七）蒸发焓与蒸发熵（重点）

识记：关联的蒸汽压方程

经验的方法计算蒸发焓

应用：C-C方程

安托尼方程

（八）T-S图（次重点）

识记：T-S图的形状和构成

T-S图的制作

理解：T-S图的使用

（十）水蒸汽表（次重点）

识记：水蒸气表的构成

理解：水蒸气表的使用

第四章均相混合物的热力学性质

一、学习目的与要求

通过本章学习，能理解流体混合物的相关热力学性质，正确理解和使用混合物中组元的逸度与活度的概念，为相平衡的计算打下基础。

二、考核知识点与考核目标

（一）偏摩尔量的概念（重点）

识记：偏摩尔量提出的意义

理解：偏摩尔量的定义

（二）偏摩尔量的计算（重点）

识记：作图法计算偏摩尔量

理解：解析法计算偏摩尔量

应用：二元截距法计算偏摩尔量

（三）变组成系统的热力学基本方程（次重点））

识记：变组成系统的热力学基本方程

理解：化学势（位）的概念

（四）公式平移（一般）

识记：热力学关系中的公式平移现象

（五）吉布斯—杜亥姆方程（重点）

应用：应用吉布斯—杜亥姆方程判断热力学关系是否正确

（六）混合性质（重点）

理解：混合性质的概念

混合性质与偏摩尔量的关系

（七）逸度与逸度系数的概念（重点）

理解：纯物质逸度、混合物逸度以及混合物中组元逸度与逸度系数的定义

混合物的逸度与混合物中组元逸度的关系

（八）纯气体逸度（系数）的计算（重点）

识记：逸度系数与pVT的关系式

理解：利用R-K方程计算纯物质的逸度系数

利用普遍化的第二维里系数计算逸度系数

利用三参数普遍化逸度系数图计算逸度系数

（九）纯液体的逸度（次重点）

理解：纯液体逸度的计算式

（十）真实气体的理想混合物中组元的逸度（重点）

应用：路易士—兰德规则

（十一）真实气体混合物中组元的逸度的计算（重点）

理解：真实混合物中组元逸度的计算

（十二）液体混合物中组元的逸度（次重点）

识记：液体混合物中组元的逸度定义与计算

（十三）理想混合物（重点）

理解：理想混合物的定义

应用：理想混合物的相关热力学性质

（十四）纯液体和纯固体的活度（一般）

识记：纯固体与纯液体活度的提出

（十五）液体混合物中组元的活度（重点）

识记：混合性质与活度的关系

理解：液体混合物中组元活度及活度系数的定义

（十六）超额性质（重点）

识记：超额性质与混合性质的关系

超额性质与活度系数的关系

理解：超额性质的定义

偏摩尔超额性质

应用：偏摩尔超额吉布斯自由能

（十七）活度的标准态（重点）

识记：为什么提出两种标准态

理解：两种标准态分别是什么

标准态与活度、活度系数及逸度的关系

应用：两种标准态的使用

（十八）活度系数方程的提出及基本思路（次重点）

识记：活度系数方程的总体思路与用途

（十九）理论型活度系数方程（重点）

识记：正规混合物的概念及方程适用条件

无热混合物的概念及方程适用条件

（二十）半经验型活度系数方程（重点）

识记：Margulas方程的应用及适用条件

VanLaar方程的应用及适用条件

（二十一）基于局部组成的活度系数方程（重点）

理解：局部组成的概念

应用：Wilson方程

NRTL方程

第五章相平衡

一、学习目的与要求

通过本章学习，能学会应用化工热力学的知识处理汽液平衡计算（主要是泡、露点的计算），并能处理一些简单的液液平衡问题。

二、考核知识点与考核要求

平衡判据（重点）

理解：相平衡的五个判据

相律（重点）

应用：吉布斯相律

汽液平衡关系的表达式（重点）

识记：相对挥发度

相平衡常数

理解：汽液平衡关系的基本表达式

低压下汽液平衡计算（重点）

应用：低压下汽液平衡的表达式及计算

平衡相图（次重点）

识记：泡、露点的概念

理解：汽液平衡相图的类型、构成等

中低压下泡、露点计算（重点）

应用：中低压下汽液平衡的泡、露点计算

K值法（重点）

应用：K值法适用情况及使用方法

闪蒸的计算（次重点）

应用：闪蒸的计算

高压相图（次重点）

识记：高压汽液平衡相图的特点

“逆向”现象

基本关系式（次重点）

理解：高压汽液平衡的几个基本关系式

高压相平衡计算（次重点）

识记：状态方程法计算高压汽液平衡

活度系数法计算高压汽液平衡

K值法计算高压汽液平衡

（十二）汽液平衡一致性校验的依据（次重点）

理解：汽液平衡的热力学一致性校验原因及依据

（十三）微分法校验（次重点）

识记：微分法校验的基本情况

（十四）积分法校验（次重点）

识记：积分法校验的基本情况

（十五）液液平衡判据（重点）

理解：液液平衡的判据

（十六）液液平衡相图（次重点）

识记：读各种二元及三元的液液平衡相图

（十七）二元液液平衡的计算（次重点）

理解：二元液液平衡计算的基本关系式及简单计算

（十八）三元液液平衡的计算（次重点）

识记：三元液液平衡计算的基本关系式

第六章化工过程能量分析

一、学习目的与要求

通过本章的学习，正确理解热力学第一定律和热力学第二定律，并能熟练掌握这两个基本定律的应用。了解理想功、有效能等基本概念。

二、考核知识点与考核目标

（一）体系（一般）

识记：什么是体系？

理解：体系分为哪几种？各有什么特点？化工热力学主要研究哪类体系？

（二）环境（一般）

识记：什么是环境？

（三）能量的形式（次重点）

识记：一般研究的能量分为哪几种形式？各有什么特点？

理解：状态函数

过程函数

（四）热力学第一定律（重点）

理解：热力学第一定律的完整形式

封闭系统的热力学第一定律

应用：稳定流动过程的热力学第一定律

（五）热力学第二定律的几种表达方式（重点）

识记：热力学第二定律的几种说法

（六）熵的概念（重点）

识记：热力学第二定律的数学表达式

应用：熵的概念及意义

（七）熵增原理（重点）

应用：熵增原理

（八）熵产生与熵平衡（一般）

识记：熵产生

熵平衡式

（九）理想功（重点）

理解：理想功的概念

（十）损失功（次重点）

识记：损失功的概念

（十一）热力学效率（重点）

理解：热力学效率的概念

（十二）有效能（重点）

理解：热力学死态及有效能的概念

有效能与理想功的关系

（十三）物理有效能和化学有效能（次重点）

识记：物理有效能的概念

化学有效能的概念

（十四）有效能效率（次重点）

识记：有效能效率的基本概念

第七章压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环

一、学习目的与要求

通过本章学习，了解基本的蒸汽动力循环（Rankine循环）及冷冻循环，并能运用热力学性质图表进行简单的动力循环和制冷循环的计算。

二、考核知识点与考核目标

（一）蒸汽动力循环的原理（重点）

理解：Rankine循环的原理和过程（结合T-S图）

Rankine循环中的参数对于热效率的影响

（二）制冷循环的原理（重点）

理解：制冷循环的原理（结合热力学第二定律）

（三）逆卡诺循环制冷（次重点）

识记：逆卡诺循环制冷的循环过程

理解：制冷能力、制冷系数等概念

（四）蒸汽压缩制冷循环（重点）

识记：蒸汽压缩制冷循环的途径与实现制冷的原理

应用：应用热力学性质图表计算制冷问题

（五）吸收式制冷循环（次重点）

识记：吸收式制冷的循环途径与实现制冷的原理

（六）制冷工质的选择（次重点）

识记：对于制冷工质的几点要求

（七）深度制冷的概念（次重点）

理解：深度制冷的概念及用途

（八）林德循环（一般）

识记：林德循环的过程及实现深度制冷的原理

（九）克劳特循环（一般）

识记：克劳特循环的过程及实现深度制冷的原理

第三部分有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表达

本课程的考核目标共分为三个能力层次：识记、理解、应用，它们之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者基础上。其具体含义为：

识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题。

二、指定教材

《化工热力学》马沛生主编化学工业出版社2005年版

三、自学方法指导

1、考生自学时，应先阅读本大纲所列各章中的考核知识点和考核要求，以便突出重点，有的放矢地掌握课程内容。

2、在了解考试大纲内容的基础上，根据考核知识点和考核要求，认真阅读指定教材，把握各章节的具体内容，并融会贯通，把握各概念之间的联系，在头脑中形成完整的内容体系。

3、在自学每一章节内容时，能够在理解的基础上加以记忆，避免没有理解情况下的死记硬背；同时在对一些知识内容进行把握时，善于联系实际思考问题，从而达到深层次的认识水平。

4、为了提高自学效果，可以结合自学内容，动手做一些练习，这也是达到理解、记忆、应知应会的好方法。

四、对社会助学的要求

1、熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础。

4、辅导时，应对学习方法进行指导，应提倡“认真阅读教材，主动争取帮助，依靠自己学通”等方法。

5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，要积极启发指导。

6、注意对考生应试能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7、助学学时：本课程共4学分，助学学时不少于72学时，建议分配如下：

五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”的内容约占考试总分数的10%，“理解”的内容约占考试总分数的30%，“应用”的内容约占总分数的60%。

3、试卷难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为：2：3：3：2。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。

5、试题类型一般分为填空题、单项选择题、判断改正题、简答题、证明题和计算题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分及格。

六、题型示例

（一）填空题

绝热可逆过程的熵变等于。

（二）单项选择题

在温度为T、压力为p时，真实气体组成的理想混合物中组元i的逸度系数等于（）

A.1B.纯物质i在T、p下的逸度系数C.0D.应进行混合物的计算

（三）名词解释题

超额性质

（四）判断题

系统的熵用增不减（）

（五）简答题

请写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律

（六）证明题

求证：

（七）计算题

求某气体在473K，30´105Pa时，H=?

已知：pV=RT+10-5p，其中：p单位Pa，V单位m3·mol-1，

Cpig=7.0+1.0´10-3T(J·mol-1·K-1)。

设该饱和液体在273K时，H=0(J·mol-1)。其中安托尼常数A=20.7，B=2219.2，C=-31.13。

（安托尼方程中压力p：Pa，T：K，压力用自然对数表示）（设Δz=1）

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