冶金在化学中的应用题库

1、1冶金热力学研究冶金反应在一定条件下进行的（ 可能性 ）、（ 方向 ）及（ 进行的限度 ），进而能够控制或创造一定条件，使之达到人们所要求的方向及其进行的程度。2由反应的标准焓变量Hm 的特性可确定温度对反应限度的影响：( 提高温度 )平衡都向吸热方面移动。3生产实践中采用炉渣中主要的碱性氧化物的质量分数对酸性氧化物的质量分数之比定义为（ 碱度 ）。4利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力弱的金属的氧化物，制取不含C的纯金属或合金，称为（ 金属热还原 ）。5、硫酸化焙烧的条件是：（ 控制较高的lgPSO2 ） 或 （ 较低的温度 ） 。6、影响粘度的主要因素有（ 熔渣的成分 ）、（ 温度 ）

2、。7、我国常见的有色金属是：（ Cu ）、（ Al ）、（ Zn ）、（ W ）、（ Sn ） 等。8化学反应的吉布斯自由能的变化G是判断反应在（ 不做非体积功，定温定压 ）下能否自发进行的依据。9在溶液的整个浓度范围内，服从拉乌尔定律的称为（ 理想溶液 ），溶质的蒸气压服从亨利定律的溶液称为（ 稀溶液 ）。10溶液的吉布斯自由能是溶液最重要的热力学函数，它由溶液形成时的焓变量及熵变量两项组成，Hm决定于溶液中原子间的交互作用能，而Sm 则决定于各原子间（ 聚集状态 ）。11、影响金属熔体沉降速度的主要因素有（ 密度差 ）、（ 熔渣粘度 ）等。12、在氧化物的碳还原中，复杂氧化物总是比简单化合

3、物（ 难 ）还原，随着浮氏体中氧含量的降低，其越来越（ 难 ）还原，而直接制取合金比制取单质（ 容易 ）。13、熔锍是指：（ 多种金属硫化物的共熔体，工业上称作冰铜 ） 。1. 什么是冶金熔体？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。答：冶金熔体：在火法冶金过程中处于熔融状态的反应介质和反应产物。 熔渣：它由矿物原料的脉石成分及伴生的杂质金属则与溶剂一起融合成一种主要成分为氧化物的熔体。冶炼渣的作用：汇集炉料中的全部脉石成份，灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物分离。精炼渣的作用：捕集粗金属中的氧化产物，使之与主金属分离。2. 熔体远程结构无序的实质是什么？熔渣结构聚合物

4、理论的核心内容是什么？答：金属熔体在过热度不高的温度下具有准晶态的结构,多种聚合物同时并存而不是一种独存，这就是熔体结构远程无序的实质。熔渣聚合理论的核心内容：硅氧四面体SiO4是熔渣的基本结构单元，SiO4的连接方式可从架状变为层状、带状、链状、环状直至最后桥氧全部断裂而形成SiO4岛状。熔体中各种不同聚合程度的负离子团同时并存，聚合体的种类、大小和数量随熔体的组成和温度而变化。熔体的物理化学性能取决于其聚合程度。3. 试根据式 fG*(MeO) = RTlnPO2(MeO)RTlnP说明氧化物的氧势 RTlnPO2中 PO2项的物理意义，以及fG*的意义。答：2 MeO= 2 Me + O

5、2由公式得：rGm=-fG(MeO)lnPO2(MeO)= fG(MeO)/RT +ln P 所以Po2为系统中的平衡氧分压 Po2(MeO)为氧化物MeO的分解压fG*(MeO)则是以1mol O2参与反应表示的MeO生成能，fG*(MeO)愈负则MeO愈稳定愈难被还原，同时此金属Me对氧的亲和势愈大。因此, fG*(MeO)值是衡量氧化物相对稳定的标志之一.4. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。熔渣：它由矿物原料的脉石成分及伴生的杂质金属则与溶剂一起融合成一种主要成分为氧化物的熔体。冶炼渣的作用：汇集炉料中的全部脉石成份，灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要

6、冶炼产物分离。精炼渣的作用：捕集粗金属中的氧化产物，使之与主金属分离。5为提高蒸馏精炼的效果，从热力学上分析，你认为可采取什么措施，并从理论予以说明。解：蒸馏精炼：当处理的物料为各种金属的混合物时，控制一定温度，易挥发的金属（如Mg、Pb等）将优先进入气相；难挥发的金属（如稀有高熔点金属，钴、镁等）绝大部分将保留在凝聚相。分离系数A/B与两物质饱和蒸气压的差值及A、B有关。从热力学上分析，lg=化为lgPA=PA降低，蒸馏温度降低，则A/B值向有利于分离的方向变化：A/B1时，降低温度使A/B增大；A/B1时，降低温度使A/B变小所以，采用真空蒸馏，蒸馏温度降低，从而提高蒸馏精炼的效果6氧化精

7、炼中杂质元素（A）的氧化机制有哪三种？解：（1）A与空气中的O2直接反应：A + O2 = AO AO为独立的固相或熔于熔渣中。（2）主金属Me首先被氧化成MeO，MeO（包括人工加入的MeO）进而与杂质A反应（或进入熔渣后与杂质反应）：A + (MeO) = (AO) + Me （3）MeO扩散溶解于主金属中并建立平衡，后者再将A氧化：2Me + 2O 2(MeO) A + O = (AO) 总反应： A + (MeO) = (AO) + Me1.试分析下图中熔体 1 、 2 、 3 的冷却结晶路线。 本图为二元一致熔融化合物的三元系图。连接CD，把，三角形ABC分为两个低共熔型三角形ACD

8、，三角形BCD 。点都位于三角形ACD内熔体1.液相点：固相点：熔体2.液相点：固相点：熔体3.液相点：固相点：2.在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，若将 3kg X 熔体与 2kg Y 熔体和 5kg Z 熔体混合，试求出混合后熔体的组成点。 X ： A 10% ， B 70% ， C 20% ； Y ： A 10% ， B 20% ， C 70% ； Z ： A 70% ， B 20% ， C 10% ；解：熔体（A 40%，B 35%，C 25%）1 求布多尔应在 1200K ，总压为P时气相 CO 的平衡浓度。 C(s)+CO2(g)=2CO(g) rG(T)=170707-

9、174.47 T J/mol解：rG(T)=170707-174.47 T = 170707-174.471200 = -38657 J mol-1C(s)+CO2(g)=2CO(g)PCO2 =P - PCOlnk=k=48.17解得PCO=0.98 PCO=98%2. 某容器内充满 1300 K 的CO2+CO+O2 混合气体和NiO，问应控制氧气分压多大，NiO才能够被还原为Ni 。2CO(g)+O2(g)=2CO2(g), rG(T) = -564840+173.64 T J /mol2Ni(s)+O2(g)=2NiO(s), rG(T) = -468189.6+169.79 T J

10、/mol3. 已知 Sn-Cd 合金含 Cd 1% ( 质量 )，在 955K 时 Cd 在 Sn 中的活度系数为 2.26( 纯物质为标准态 )，Cd的饱和蒸气压 33.3 kPa，Sn的饱和蒸气压为1.310-6 Pa 。 求：（ a ） 955K 时上述合金中 Cd 的蒸气压；（ b ）气相中镉与锡的摩尔比；解：（ a ）Cd =0.0106PCd = = 33.3103Cd Cd =333002.260.0106=797.7Pa（ b ）气相中即气相中镉与锡的摩尔比为6.141084. 利用铝在真空下还原氧化钙，其反应为： 6CaO(s) +2Al(l) =3Ca(g) +3CaOAl

11、2O3(s) rG(T)=659984-288.75 T J/mol 求：（ a ）如使反应能在 1200 进行，需要多大的真空度？（ b ）如采用 1.33 Pa 的真空度，求 CaO 被 Al 还原的开始温度；解：（ a ）T=1200+273 =1473 krG(1473k)=659984-288.751473 = 234611.9 J mol -1Q=( )3平衡时，rG(1473k)= rG(1473k)+RTlnQ = 0lnQ =PCa =1.6810-3 P =168 Pa（ b ）Q=( )3 = ( )3 =2.3510-15rG(T)= 659984-288.75T= -

12、8.314Tln(2.3510-15)解得T=1160k（或t=887）5. 某工厂炉渣的组成为： 44.5% SiO2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ， 4.9%MgO 。试计算该炉渣的碱度和酸度。解：SiO2 是酸性氧化物， CaO、ZnO是碱性氧化物碱度R=0.42酸度r=1.686. 已知反应 Li2CO3(l) =Li2O (s) +CO2 (g) 的 rG(T)=325831-288.4 T J/mol (10001125K) 试求：（ a ）其分解压与温度的关系； （ b ）当气相PCO2和总压分别为 0.2P和P时，计算其开始分解温度和化学沸腾温度。解：（ a ）平衡

13、时，rG(T)=rG(T) + 2.303RTlg=0=lg=（ b ）当= PCO2 = 0.2P，开始反应T开=1080当= P总 = P，开始沸腾T沸=11307. 求碳气化反应在 1273K ，总压为 2105 Pa 时气相 CO 的平衡浓度。C(s)+CO2(g)=2CO(g) rG(T)=170707-174.47 T J/mol解：rG(T)=170707-174.47 T = 170707-174.471273 = -51393.3 J mol-1C(s)+CO2(g)=2CO(g)PCO2 =2P - PCOlnk=k=128解得PCO=1.96 PCO=98%8. 用硅热还原法按制取金属镁 2MgO (s) +Si (s) =2Mg (g) +SiO2(s) 已知该反应rG(T)=610846-258.57 T J/mol 求还原起始温度与系统中镁蒸气压的关系，及压力由 105 Pa 降为 10 Pa 时开始还原温度降低多少 。解：rG(T)=610846-258.57 T 平衡时，rG(T)=rG(T) + 2.303RTlg=0lg=（）2lg（）=PMg=105Pa , T1= 2362 kPMg=10 Pa , T2= 1483 k开