冶物化课后习题答案

1、 冶物化课后习题答案冶金物化 p431. 在不同温度测得反应FeO(s)十COFe 十CO2的平衡常数值如表119，请用作图法及回归分析法求上反应的平衡常数及G0的温度关系式。 表1-19 反应平衡常数的测定值 温度， 1038 1092 1177 1224 1303 K解：lgk811T分析作图结果：GRTlnk(811T)155282. 略。3. 在682测得Cd-Sn合金的镉在不同浓度的蒸气压如表120。试以(1)纯物质，纯物质，重量1%浓度溶液为标准态计算镉的活度及活度系数。表1-20 Cd-Sn系内镉的蒸气压 Cd，% P，Pa Cd，% Cd PCd，Pa 1 102 60 104

2、 20 103 80 104 40 103100104解：以纯物质为标准态：PCdCdx aCdaCdCdCdP rCdCdCdx xmCdCdCdM%SnCdMSnCd%120 40 60 80 100CdCdCd以假想纯物质为标准态：RH104Pa aCdPCdR faCdHCdxCdCd%120 40 60 80 100Cd假想(2)aCd fCd以1%重量浓度为标准态： aDKii102Pa f%Cd%1Cd%aCd120 40 60 80 100 f%4. A-B系合金在1000K时组分A的蒸气压如表1-21。试求组分A服从亨利定律的浓00，组分度上限；1000K的亨利常数；如rA的

3、温度关系式为lgrATA在服从亨利定律的浓度范围内的HA。1 5表1-21 组分A的蒸气压xApA1011Pa解：作图得服从亨利定律上限浓度 xAaiDixi KHKHpi10Pa GRTln(rAxA)HATSA00 HSARTlnrARTlnxATSA AGTHA0所以 lnrART0(lnxASAR)0 又 lgrAT所以 HART即 HA2093J5. 在1913K与纯氧化铁渣平衡的铁液的含氧量为%，与组分为%，%，%，%，%，%，%的熔渣平衡的铁液中氧含量为%。试求熔渣中FeO的活度及活度系数。 解：xFeO%O纯 %O渣 7即L0 所以 aFeO所以 rFeO%O渣aFeOL0 x

4、FeOPH2平6. 反应H2 + S =H2S在1883K的()如表1-22。试计算铁液中硫的活度及活度系数。PH2SPH2平表1-22 反应H2 + S =H2S的()比xs102( )103解：xs102时，令r1，asH2 + S =H2S103求得：KPH2对其它组分：xs102010 as 0 fsasxs 82510 xs102 as102 fs7. 利用固体电解质电池Cr，Cr2O3ZrO2+CaOOFe测定1600钢液中氧的浓度，电动势E=359mV。已知2/3Cr+ 1/2O2 = 1/3 Cr2O3：G10370047 ；1/2O2 = O ：0。试求钢液中氧的浓度。 G2

5、117110解：2/3Cr+ 1/2O2 = 1/3 Cr2O3 G10370047 4 8T2. 401/2O2 = O G2117110 - ：01/3 Cr2O3= 2/3Cr+ O G0252937lnaOG02FE2529371873296500 证明略。187310. 在1873K测得Fe-Cu系内铜的活度aCu如表1-24，试求铜以重量1%浓度溶液为标准态的活度，aCu。 表1-24 Fe-Cu系内铜的活度aCu xCu aCu解：以重量1%浓度为标准态：0rCuaCuaCu Cu65aCu aCu aCu= ，。011. 试计算锰及铜溶液与铁中形成重量1%浓度溶液的标准溶解吉布

6、斯能变化。已知rMn=1，0=。 解：GMnRTln(rMn)(1)100MMn100GCuRT0ln(rCu)RT0lnrCuRTln()1873RTln()335076413. 在不同温度下测得铁液中碳量不同时，反应CO2 + C = 2CO的平比值如表1-25。试求碳溶解的标准吉布斯自能变化GC及rc0。已知C石2 + CO2 = 2CO ：G172130。表1-25 Fe-C系内CO2 + C = 2CO的平比21560 1660 1760600726 1202解：C石 + CO2 = 2CO G1172130 K1 CO2 + C = 2CO G2 K2 - C = C石 G3 K3

7、 G3172130RTlnK2作图求出：lnK27724 近似TG334520RTln(rc) T1873 1215572(lnrc0)lnrc0 rc0 5014. 溶解于铁中的铝的氧化反应为2Al + 3/2O2 = Al2O3，Al。试计算Al利用纯铝，假想纯铝，重量1%溶液为标准态时，Al2O3在1600的标准生成吉布斯能。已知：2Al+ 3/2O2 = Al2O3，G01682927。0解： 2Al + 3/2O2 = Al2O3 xAl 3(1K87)32T3. 2427 2Al+ 3/2O2 = Al2O3 G016829 以纯Al为标准态：2Al+ 3/2O2 = Al2O3

8、G1016829270Al= Al G202Al + 3/2O2 = Al2O30G016829 以假想纯Al为标准态：00G2RTlnrAl187355132J 00G3G102G21077500255132967236J以重量1%为标准态：G2RTln()115526J27G0310775002115526846448J16. 计算下列反应的标准吉布斯能的变化1）Ti + N = Ti N2）Mn +=+ FeMnO的熔点为2056K，熔化焓为44769J/mol。解：Ti+ 1/2N2 = Ti N G013363109T3. 28Ti = Ti G0231130 1/2N2 = N G

9、033600 -：Ti + N = Ti N G030878011T4. 35Mn+ 1/2O2 = MnO G01407354 Fe+ 1/2O2 = FeO G022560615T3. 6 8 MnO= MnO G034476 7 7 MnO= G040 FeO= G050 Mn= Mn G0638016T Fe= Fe G070 -+：Mn + 1/2O2 =G0008G01G3G4G 0 6 -+：Fe + 1/2O2 =G00009G2G5G 7 -：Mn +=+ FeG000010GGGG0G013472G05G0610652451.T80 P704. 在1540下、与含有%C的铁

10、液平衡的气相的(PCOPCO2)平1510。如在此铁液中加入2%的硅，而碳的浓度仍保持在前值时，(PCOPCO2)平2260。试求ecsi。 解：CO2 + O = 2CO2PCO对Fe-C系： k1 cPCO2fc%C222PCO对Fe-C-Si系： k2 cPCO2fc%CsiT1813K，k1k2，%C%Csi所以 15102260fsic 即：fcsisi又 lgfcsiec%Si所以 esiclgfcsi%Si5. 在1600，测得与含磷量为%，含氧量为%的铁液平衡的气相的(PH2OPH2平PO)。试求fOP及eO。已知lgfO%O，反应H2 + O = H2O的平衡常数K=。解：H

11、2 + O = H2O kkPH2OPH2fO%OfOfOOO又 fOfOfOP fO 5所以 fOP所以 ePOfOOfOlgfOP%P7. 氮在铁液中的溶解度计算式为lg%N/T。1550时Fe-N-C系内氮的溶解C度为%，而%C=%。试求eN。解：%N %NC NCaN相等得： fN%NfNNfN%N CC所以 fN%N 3%NC所以 e%C5. 请从CaO-SiO2-Al2O3系相图中绘出或说明组成为45% CaO、35% SiO2、20% Al2O3的炉渣冷却过程中液相及固相成分的变化，并用中心规则计算熔渣凝固后的相成分。 解：体系位于CSCAS2C2AS中，最终相成分为CS,CAS

12、2,C2AS，其共晶点在图3-25中的点4。LC2ASC2ASCSC2ASCSCAS2根据重心规则：oa100%100% (%)aa100%100% (%)100%100% (%)cc 从CaO-SiO2-FeO系相图回答下列问题：组成为20tO、40O、40% SiO2的炉渣在1600是否熔化？碱度为、FeO为10%的炉渣需在什么温度才能溶化？若FeO含量下降到20%，在此温度应有什么相析出？其量是多少？解：从图中20tO,40%SiO2,40O的熔点为1330，所以在1600时可以熔化。O，O%SiO10040 %SiO 所以 O，%SiO 该体系熔点为1700，R 若tO20%，则%Si

13、O2%，O% 该体系熔点为1900，析出C2S。100%45% (%) 试用分子理论假说计算与下列组成的熔渣平衡的铁液中氧的浓度。熔渣成分：O, %MgO, %SiO2, , , %Cr2O3.在1893K、与纯氧化铁渣平衡的WC2S铁液氧浓度为%。假定溶渣中有FeO，(2CaOSiO2)2，CaOFe2O3，FeOCr2O3化合物分子存在，CaOMgO与CaO同等看待。解：计算各氧化物的摩尔数：，nCaO，nSiO2， ，nCr2O3，1601521n(2CaOSiO2)2nSiO2，nCaOFe2O3nFe2O3，2nMgOnFe2O3Cr2O3nCr2O3nRO(自）n(c2s)2nCF

14、3nFC 3nFeO(自）ni所以 aFeOxFeO(自）又 1893K，纯FeO： aFeO(纯）%O1，即L0 L0L0所以 %O渣aFeOL08. 略。9试用完全离子溶液模型及CaOSiO2FeO系的等活度曲线图分别计算下列组成的熔渣在1600时FeO的活度。熔渣成分为45O， 15%SiO2， 18tO， %MgO， %P2O5， %MnO。解：熔渣成分：45O,15%SiO2,18tO,%MgO,%PO25,%MnO 1600，CaOSiO2FeO，完全离子溶液模型。 计算公式：aFeOxFe2xO2 先计算：xFe2nFe2n，xO2nO2n nCa2nCaO nMn2nMnO45

15、18，nFe2nFeO ，nMg2nMgO 7140 所以：nnCa2nFe2nMn2nMg2 nSiO4nSiO2，nPO32nP2O52460142 所以：nnO2nSiO4nPO344 即：aFeoxFe2xO2nnnFe2nO2 查图：n xSiO2P2O5 xCaOMgOMnO xFeO 所以：aFeO11把组成为20tO， 10%MnO， 10%MgO，40O，20%SiO2的熔渣与含氧%的钢液接触，试问此渣能否使钢液中氧含量再增高？温度1600。 解：根据渣成分求渣中FeO的活度aFeO aFeOxFeO n(自Fe)O/inninFeOnRO(自)n(C2S)21120 n(C

16、2S)2nSiO22260nRO(自)(nCaOnMnOnMgO)2nSiO2 ( ni40101020 )25672406020 72 aFeO(渣)nFeO(自)/ni/ 又根据钢液含%O%,计算出的FeO的活度为：aFeO%O/LO/aFeO(渣) aFeO(钢) 此渣不能是钢液中氧含量再增高。 或 %O渣aFeO(渣)LO% %O渣% %O钢% 此渣不能使钢液中增氧。3GGRTlnPCa703270(/101325)0 7032754T2.31T开T137K(下降）10向装有FexO球团的反应管内通入组成为52%H2， 32%CO，8%H2O及8%CO2的还原气体进行还原，温度为110

17、5K，总压为105Pa，试求反应管放出的气体的成分。 解：FexOH2xFeH2O G10179980FexOCOxFeCO2 G217883 08GRTlnK1RTlnPH2OPH201PH2OPH2 T=1105KPH2O PCO2PCO0G2RTlnK2RTlnPCO2PCOPCO2 (nCO2nCOnO3281)初()平 nH2nH2O2nH22(528)3PH2OPH2(PCO2PCO) 又PH2OPH2PCO2PCO1(PCO2PCO)1PCO2PCO 结合式得P 3CO PCO2又可得到PH2OPH2结合式得PH2 PH2O 111 SiO2为碳还原，生成的硅溶解于金属铁液中，其

18、浓度为20%，fSi。试求SiO2开始还原的温度。3(SiO2)2CSi2CO G5795138T3. 1选纯SiO2为标准态，aSi选1%Si溶液为标准态aSifSi%Si20pCOp，C选石墨为标准态2aSipCOGRTlnaSi=0 GGRTln2aCaSiO25795130579513T在高炉内冶炼钒钛磁铁矿石时，生铁的成分为%Ti, %Si, %V, %Mn, %P, %S, %C.熔渣成分为%TiO2, , O,%MgO,%Al2O3,%V2O5,试计算熔渣中TiO2为碳还原的开始温度。TiO2=, 炉缸压力105。8(TiO2)2CTi2CO G6840939T5. 5令aC1

19、pCO 7TiSiMnPSClgfTieTi%TieTi%SieTi%MneTi%PeTi%SeTi%C fTi aTifTi%Ti80.189 0取100g渣：nTiO2 nSiO2 nMgO nAl2O3 5640102Ti2On x 6aTiO2TiO2xTiO2G6840980168409813试求高炉内1350时，与TiC(s)及碳平衡的铁水中钛的溶解度。已知：TicTiC(s)G0153635。铁水中的含碳量为%，其余组分的浓度小于1%，可以不考虑他j们对eTi的影响。TicTiC(s)G0153635%CeTi*在碳饱和的高炉铁水中ac1,令aTiC1GG0RTIn1G0RTIn

20、aTiRTInacaTi*acG0RTInfTi%Ti,G0602640153635*1623*1623*1623*In%Ti%Ti%60264*1623*InaTiaTi,%Ti%15向温度为1500，含碳量%的铁水中加入CaC2作炉外脱硫处理。试求脱硫后铁水的最低含硫量，已知：CaC2SCaS(s)2C G0352794c的标准态为石墨，s的标准态为1%溶液。CaC2SCaS(s)2CG0352794选c的标准态为石墨,ac1,s的标准态为1%溶液,as%sfsac2G*1773*Inas0aslg%sfslg%slgfslgfs%sessesc%c%s*%s*106%第五章P2352在真

21、空中向Cr18%，Ni9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到%，而钢液的温度不高于1630，问需用多大的真空度。 解：4cCr3O44co3CrG0934706eCr%CreC%CreC%Ni*18*9*,aCrecc%CeC%CreC%Ni,ac*Pco4GGRTIn* 在电Pcoco*1013254952Pa弧炉内用不锈钢返回料吹氧冶炼不锈钢时，熔池含有9%Ni。如吹氧终点碳为%，而铬保持在10%，问吹炼应达到多高的温度。 解：CrCrNilgfCreCr%CreC%CreC%Ni*10*9*,aCrec%CeC%CreC%Ni,accoP934706()/()T2155K4.试计算钢液中C为%，总压为105Pa，温度为1600时钢液的平衡氧量。若与之平衡的溶渣含