钢铁冶金原理试题2答案.doc

冶金2007钢铁冶金原理试卷（A）参考答案一、概念及计算（共8题，1-6每题4分；7-8，每题3分，共30分）1理想溶液及其组分蒸汽压的计算式。答：在任意温度下，各种组元在全部浓度范围内均服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。组分蒸气压计算式：2碱性氧化物、酸性氧化物及两性氧化物。答：碱性氧化物：在熔渣中能够离解出的氧化物；酸性氧化物：在熔渣中能够吸收，形成复合阴离子团的氧化物。两性氧化物：在碱性渣中能够吸收，在酸性渣中能够离解出的氧化物。3化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度。答：化合物的分解压：一定温度下，化合物分解反应达平衡时的平衡常数或气体的平衡分压。开始分解温度：当化合物的分解压等于气相分压时，化合物开始分解，这时的温度称为化合物开始分解温度。沸腾分解温度：把化合物加热到其分解压等于气相的总压P时，化合物分解反应剧烈进行，这时的温度称为化合物沸腾分解温度。4基元反应、化学反应半衰期。化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成正比，且反应级数等于反应式中反应物分子数之和，级数为正整数，反应方程式能代表反应的机理，这类反应为基元反应。化学反应半衰期：反应物浓度降到初始浓度的一半所需的反应时间。5均相形核、均相形核的临界晶核半径及其计算式。均相形核：新相在均匀旧相内形核的过程称为均相形核。均相形核的临界晶核半径：当体系自由能变化达到最大值时所对应的晶核半径。临界晶核半径计算式：6铁氧化物的直接还原与间接还原反应。铁氧化物的直接还原反应：以固体C为还原剂，产物为CO的反应；铁氧化物的间接还原反应：以CO或H2为还原剂，产物为CO2或H2O的反应。7稳定态扩散与菲克第一定律。在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比，这就是菲克第一定律。（或菲克第一定律数学表达式为：）如果在扩散过程中，各处的扩散组元的浓度C只随距离x变化，而不随时间t变化则为稳态扩散。（或，是常数，则为稳态扩散。）8溶液中组元的偏摩尔自由能或化学势。 在恒温、恒压及其他组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质对某组分物质的量的偏微商为偏摩尔量，当这个广度性质是吉布斯自由能时，则为溶液中该组元的偏摩尔自由能或化学势。二、简答及分析（共5题，每题8分，共40分）1. 活度有哪几种标准态，在冶金中金属液中组元常用哪种标准态，熔渣中组元常用哪种标准态？推导不同标准态的组元活度和之间的关系式。答：活度标准态有：纯物质标准态、假想纯物质标准态、质量1%溶液标准态；在冶金中金属液中组元常用质量1%溶液标准态，熔渣中组元常用纯物质标准态；2试推导一级反应的速率方程及半衰期，简述一级反应的特征。答：设一级反应：AB+D；反应物初始浓度为CA0 对上式积分得：将代入上式，得： 故： 或 （一级反应的速率方程） （3分）将代入一级反应的速率方程，得：一级反应的半衰期： （2分）一级反应的特征：（1） 反应速率与反应物浓度的一次方成正比： （1分）（2） 为一直线，斜率为 （1分）（3） 反应半衰期： （1分）3写出熔渣金属液间脱硫的分子与离子反应式，应用热力学原理分析脱硫的有利条件。答：分子反应式： （2分）离子反应式： （2分）脱硫的有利条件： （1）温度：脱硫为吸热反应，温度升高平衡分配比值增大，此外，熔渣粘度降低，利于脱硫；（1分） （2）炉渣碱度：碱度升高，渣中氧离子活度增大，利于脱硫。（1分） （3）炉渣氧化性：渣中氧化铁活度高，不利于脱硫。（1分） （4）金属液成分：凡能使硫离子活度系数增大的组分，提高其含量，均利于脱硫。（1分）4简述液-液相反应的动力学模型双膜理论的要点。答：(1) 在两相的相界面两侧的每个相内都有一层边界薄膜，这种膜产生了物质从相内到界面的基本传质阻力，存在浓度梯度； (2分)(2) 在两层膜之间的界面上，处于动态平衡状态； (2分)(3) 组元在每相内的传质通量与浓度差或分压差成正比； (2分) (4) 虽然在液体或气体内有湍流，但薄膜中的流体是静止的，不受流体内部流动状态的影响。各项中的传质相互独立，互不影响。(2分)5根据下图回答问题：1) 请问下图中哪些元素可以作脱氧剂，哪些元素在炼钢过程不能氧化脱除，为什么？2) 图中氧势线有两种走向，请说明原因；为什么Al2O3和SiO2线斜率会发生变化？3) 请读出1300下SiO2的分解压及当时用H2还原Al2O3的开始温度。答：1）钢铁冶金中如果，说明MO的稳定性大于FeO的稳定性，能作脱氧剂，所以图中能作脱氧剂的为：Si和Al（1分），如果则MO的稳定性小于FeO的稳定性，在冶炼中不能脱除，所以图中Cu在冶炼中不能脱除（1分）。2）图中氧势线的两种走，即CO的氧势随温度升高降低，而其他氧化物氧势随温度升高而升高。氧势线的斜率为，由麦克斯韦关系式：，而：，即熵变与反应同符号，而固体的摩尔体积非常小，与气体相比可以忽略，所以与反应前后气体物质的化学计量数同号。对于CO的氧势，反应前后的化学计量数之和为1，从而该氧势线斜率小于零，直线向下，图中其他的物质反应前后的化学计量数之和为-1，从而直线向上。（或简单说明，答案可为：图中氧势线的两种走，即CO的氧势随温度升高降低，而其他氧化物氧势随温度升高而升高。氧势线的斜率为，熵表示了体系的混乱度，气体的混乱度远大于固体和液体，所以如果反应前后气体物质量降低，则降低，氧势线斜率为正，直线向上；如果反应前后气体物质量增加，则增加，氧势线斜率为负，直线向下，CO的生成反应属于后者，图中其他属于前者）图中SiO2和Al2O3氧势线发生变化的原因在于，Si和Al在该温度下熔化，使值降低所致。（，即此式可写，可不写）3）如下图所示，1300下SiO2的分解压为（或Pa） 当时用H2还原Al2O3的开始温度为1527K（1254）。三、计算题（共3题，每题10分，共30分）1解：= （4分）故： （2分） （4分）2解：由（1）-（2）2得： （2分）故 （5分） （3分）3.解：在1073