北京科技大学 冶金物理化学第二章 作业答案

1、第一章作业总结P3178计算氧气转炉钢熔池(受热炉衬为钢水量的10%)中，每氧化0.1%的Si使钢水升温的效果。若氧化后SiO2与CaO成渣生成2CaOSiO2（渣量为钢水量的15%），需要加入多少石灰（石灰中有效灰占80%），才能保持碱度不变（0.81kg）,即;增加的石灰吸热多少?(答案：1092.2kJ)欲保持炉温不变，还须加入矿石多少kg? 已知：钢的比定压热容；炉渣和炉衬的比定压热容;矿石的固态平均比热容;矿石熔化潜热; 解： 硅氧化所产生的化学热不仅使钢水升温，而且也使炉渣、炉衬同时升温。忽略其他的热损失。设有钢水质量mst,根据硅的氧化反应是放热反应，所以钢水升温约24.67K。

2、方案一：过剩碱度：氧化后SiO2与CaO成渣生成2CaOSiO2,即渣中的（CaO）减少，碱度减小，减少的量是与氧化后SiO2结合CaO的量。所以需要增加石灰，使得碱度不变。工程碱度：氧化后的SiO2使得(SiO2)增多，（CaO）不变，碱度减小，所以需要增加石灰。方案二：Si氧化成（SiO2）,增加的SiO2量为,根据碱度,要使碱度不变，CaO需要增加3倍的生成SiO2量。则氧化热、成渣热、石灰吸热欲保持恒温为矿石的熔点。以Fe2O3为例，熔点=1838K=1465。设矿石融化后后，刚好保持体系温度不变。则：则当mst=1000kg,需加入矿石9.539kg.1112在298923K(Al的

3、熔点）温度范围内，计算Al2O3的标准生成吉布斯自由能与温度的关系。已知;解：;定积分法： 不定积分法：T=298K时，求出将此结果代入（2）式，求出注：定积分法和不定积分法，最好不要混用，调理要清晰，逻辑要顺畅。13利用气相与凝聚相平衡法求1273K时FeO的标准生成吉布斯自由能。已知：反应在1273K时的标准平衡常数=0.668；解： （1） （2）（2）-（1）=（3）得 （3）14利用吉布斯自由能函数法计算下列反应在1000K时的已知1000K时的下列数据物质Mg(l)-47.20MgO(s)-48.1-601.8物质O2(g)-212.128656.7解：首先，将气态O2的fef值换

4、算为参考温度为298K时的fef，即注：需要把O2 在0K 的焓函数fef 换算成参考温度为298K时的fef是本题的关键。另外，计算要准确，过程和结果数据要匹配。P31711指出1000K时，在标准状态下，下述几种氧化物哪一个最容易生成。已知各氧化物的标准生成吉布斯自由能如下： = J/mol = J/mol = J/mol = J/mol解： 比较氧化物生成的难易程度，由反应的决定。在标准状态下，在1000K时，在相同的条件，比如1molO2,各组元的，所以各氧化物的反应吉布斯能因为所以MnO最易生成。15用Si热法还原MgO,即Si(s)+2MgO(s)=2Mg(s)+SiO2(s)的标

5、准吉布斯自由能与温度的关系为试计算（1）在标准状态下还原温度； （2）若欲使还原温度降到1473K,需创造什么条件？作业反馈及疑难问题分析：一半人能做对这题。（1）不知道1473K 时Mg 已呈气态，因而对问题（2）无从下手解决是最常见的错误。（2）0解：（1）欲使反应进行，需 算得 （2）镁的熔点为648，沸点1107（1380K），故镁在1473K时，是气态。 欲使还原温度降到1473K，需满足16已知在460-1200K温度范围内，下列两反应的与T的关系式如下：问：将铁放在含有CO220%、CO75%、其余为氮气的混合气体中，在总压为202.65KPa,温度为900的条件下，有无Fe3C

6、生成？若要使Fe3C生成，总压需多少？解： （1） （2）（1）-（2）=（3）得： （3）故不能生成。设总压为P，设T=900=1173K，17计算反应ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g)在1727时的标准平衡常数及平衡氧分压。指出1727时纯ZrO2坩埚在1.3X10-3Pa真空下能否分解，设真空体系中含有21%的O2。已知ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g) 解：T=1727=2000K ZrO2不会分解。18在600下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。已知 J/mol （1） J/mol （2） J/mol （3）作业反馈及疑难问题分析：一半同学做错了这道题，即认为单一气体的气压即是总压，计算出不同气体的分压取最大值为总压。实则总压为所有气相分压之和。解法一： (1) (2) (3)2(1)+(2)=(4) (4)T=600=873K, (1)+(1/2