2005博士入学冶金原理.doc

中国科学院过程工程研究所2005年招收攻读博士学位研究生入学考试冶金原理试题（答案写在答题纸上，试题随答卷收回 满分100分 考试时间：180分钟）第1题为必做题（10分）；从2 9题中，任选6题完成，每题均为15分。一. 选择题1. 水煤气反应CO(g)H2O(g) = CO2(g)H2(g)在600oC，100kPa下达到化学平衡。当p5000kPa时，各气体的逸系数为：r(CO2) = 1.90, r(H2) = 1.10, r(CO) = 1.23, r(H2O) = 0.77, 则平衡点（ ）(A) 向右移动 (B) 不移动 (C) 向左进行 (D) 不能确定2. 将溶液按混合焓和混合熵的变化情况进行分类，可以得到理想溶液、规则(正规)溶液、无热溶液和实际溶液。理想溶液的条件是（ ）(A) HM = 0 SM = Sid (B) HM 0 SM = Sid (C) HM = 0 SM Sid (D) HM 0 SM Sid3. 体系的自由度F与独立组元数C、平衡共存相数P及外界影响因素n之间的关系为 F = CPn ，对于常压下的炉渣体系，不考虑电场和磁场等因素的影响时，自由度f等于（ ）(A) CP1 (B) CP2 (C) CP3 (D) CP4. 雷诺（Reynolds）数Re的物理意义（ ）(A) 惯性力/黏滞力, ul/ (B) 惯性力/重力, u2/gl (C) 惯性力/表面张力, lu2/g (D) 动量传输系数/热扩散系数, /5. 在三元系相图中，浓度三角形不存在的规则是（ ）(A) 等含量规则 (B) 直线规则 (C) 重心规则 (D) 位移规则二. 分析脱硫反应热力学，并比较在高炉、电炉和转炉中各种因素对脱硫反应的影响规律。三. Au和Sb分别在1333K和903K时熔化，二者形成一种化合物AuSb2在1073K有一个不相合熔点，600K时该化合物与Sb形成低共熔混合物。(1) 试画出符合上述数据的简单二元相图，并标出所有相区的组成；(2) 画出熔融物含Au为50 mass时的步冷曲线。已知Au的Sb原子量分别为197和122。四. 在冶金实验中常利用H2-H2O(g)混合气体，获得氧分压很低的气体，当混合气体中H2O与H2的压力之比为0.2和温度为1580oC时，计算出气相的平衡氧分压。已知：2H2 O2 = 2H2O(g) Go = 495000 111.76T J/mol简单说明水煤气反应的热力学原理和与温度的关系。已知：COH2O(g) = CO2H2 Go = 36571 33.51T J/mol五. 含0.0105 mass%铝的液体铁与氧化铝坩埚达到平衡，可用下面的反应式表示 Al2O3(s) = 2Al + 3O在2000K下的标准平衡常数K3.16x10-12，计算熔体中残留氧含量满足lgO%3.54O%2.48 = 0的关系。已知：Fe-O二元系中foo=1，即eoo = 0；Fe-Al二元系中fAlAl = 1，eoAl =3.15；Al和O的原子质量M分别为27和16，eAlOeoAl MAl / MO 。六. 什么是表面活性物质？什么是Marangoni流动？说明温度对表面张力的影响。在1873K，Fe-S熔体中的硫含量从0增加到 mass%S 0.03时，表面张力从1.79 N/m下降到1.41 N/m，近似计算表面吸附量（ 已知吸附方程为i=(1 / (RT) ) ( / lnai) ）七. 如何从实验数据来确定化学反应的级数，分别写出0级、1级和2级反应速率的微分式或积分式。如何根据温度与反应速度常数的关系（ln k = ln AE / (RT)），使用实验数据求出反应的表观活化能。八. 简单叙述氯化冶金的基本原理。利用什么特性，为氯化冶金方法分离和提取金属，提供了有利条件。目前TiCl4的生产是在沸腾流化床中加入高钛渣、石油焦、氯气，在900左右进行。从下面的TiO2与Cl2的GoT关系可知，该氯化反应不能发生，然而在实际过程中都是采用沸腾床技术生产出TiCl4，这是为什么？请从热力学角度加以分析和说明。已知：TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) Go = 18452057.74 T J/mol 2C(s) + O2(g) = 2CO(g) Go