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第1题: 热力学 (24 分) 为了纪念在二月份他的18岁生日, 彼得计划将他父母家的花园中的一个小屋改建为有人工沙滩的游泳池。为了估算水和房子的供热成本, 彼得找来天然气的成分及其价格的资料。 1.1 写出表1中所给出的天然气主要成分——甲烷和乙烷完全燃烧的化学反应方程式。假定氮在所选定的条件下是惰性的。 假定所有产物都是气态的，根据以上反应式计算在标准条件下(1.013×105 Pa, 25.0°C)甲烷和乙烷燃烧的反应焓、反应熵和吉布斯自由能。 天然气的成分及它们的热力学数据列于表1. 1.2 由公共事务公司（PUC）所指定的天然气密度是0.740?g L-1 (1.013×105 Pa, 25.0°C) 。 a) 计算在1.00 m3的天然气中甲烷和乙烷的量(天然气、甲烷和乙烷都不是理想气体!) 。 b) 假定所有产物都是理想气体，计算在标准条件下1.00 m3 天然气燃烧过程中作为热释放的燃烧能。 (如果你没有从1.2a中获得摩尔量，则假定1.00 m3 天然气相当于40.00 mol 的天然气。) 按照 PUC公司规定，如果所有产物都是气态的，天然气的燃烧能将是9.981 kWh m-3。请问这与你从b)中所得到的值的偏差(单位：％)有多大? 游泳池有3.00 m 宽、5.00 m 长、1.50 m 深(水面以下) 。自来水温度是 8.00°C，房间(尺寸示于下图)内空气的温度是10.0°C。假定水的密度是 ( = 1.00 kg L-1 以及空气表现出理想气体的行为。 1.3 计算加热池子中的水到22.0°C 所需要的能量 (单位：MJ) 和在标准压力1.013 × 105 Pa.时加热初始空气(21.0% of O2, 79.0% of N2) 到 30.0°C所需要的能量。 在二月份，德国北部的室外温度大约是 5°C。由于房子的墙壁及房顶相当薄 (20.0 cm)，因此有能量损失。此能量被释放到周围环境 (释放到水中和地里的热量损失可忽略不计) 。墙壁的热传导率大约是 1.00 W K-1 m-1。 1.4 计算在举行活动期间(12小时)保持室内温度为30.0°C所需要的能量(单位：MJ) 。 由PUC公司传送的1.00?m3 天然气需付费0.40 €(欧元)，1 kWh 的电需付费 0.137 €。气体加热设备的租金要花费大约 150.00 €，而对应的电加热器只花费 100.00 €。 1.5 由1.3 和 1.4所计算的“彼得冬季游泳池”所需要的总能量是多少 (单位： MJ)? 如果气体加热器的热能效率是90.0%，彼得需要多少立方米的天然气? 使用天然气和电的成本分别是多少？计算中使用PUC公司所提供的数据,并假定电热器的热能效率为100.0%。 表 1: 天然气成分 化学物质 摩尔分数 x ΔfH0 ( kJ mol-1)-1 S0 (J mol-1 K-1)-1 Cp0 (J mol-1 K-1)-1 CO2 (g) 0.0024 -393.5 213.8 37.1 N2 (g) 0.0134 0.0 191.6 29.1 CH4 (g) 0.9732 -74.6 186.3 35.7 C2H6 (g) 0.0110 -84.0 229.2 52.5 H2O (l) - -285.8 70.0 75.3 H2O (g) - -241.8 188.8 33.6 O2 (g) - 0.0 205.2 29.4 公式: J = E × (A × Δt)-1 = λ墙 × ΔT × d -1 J 一定时间Δt的单位面积A 上沿温度梯度 (墙壁方向 z)的热能流量E (J energy flow E along a temperature gradient (wall direction z) per area A and time Δt) d 墙壁厚度 λ墙 墙的热传导率 ΔT 室内外温度的差值 第2题: 在催化剂表面上的动力学 (23 分) 除其它化合物，奥托(Otto)发动机的尾气是对环境造成污染的主要污染物,尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮和未燃烧的烃(如辛烷)。为减少污染，须将它们转化为二氧化碳、氮和水，转化过程在可控的三元催化转化器中完成。 2.1 完成消除上述主要污染物所发生的化学反应方程式。 为了从奥托发动机尾气中除去上述主要污染物,在发动机和三元催化转化器间的尾气流中安装一个称为( 探测器的电化学元件，测定?值?值。 Amount of air at the inlet: 入口处的空气量 Amount of air nessary for complete co