钢铁冶金原理试题1答案

1、线订装线订装-线订装-线订装-师教考监交并一纸题答与须卷试-线订装-线订装-线订装- .名姓生苜口口口口:号学生学科技大学2008 /2009学年第1学期钢铁冶金原理考试试题A课程号：61102304考试方式：闭卷使用专业、年级：冶金2006任课教师：考试时间：2009备 注：一、简答题（共5题，每题4分，共20分）请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的 碱度？何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标 准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其

2、稳定性关系如何？二、填空题（共20空，每空1分，共20分）在恒温、恒压下，溶液的热力学性质 对某一组元摩尔 量的 偏微分值称为溶液中该组元的偏摩尔量。在任意温度下， 各 组元在 全部 浓度围均服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。 按照熔渣离子结构理论，熔渣由简单的 阳离子、 阴 离子和复合 阴离子团所组成。熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧的能力，用熔渣中 的活度表示。 在一定温度下，把熔渣具有相等 粘度的组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。若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 与反应物的 计量系数 相等，这样的反应称为基元反应。气体分子在 分子（或得华

3、）引力的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。三、分析题（共2题，每题12分，共24分）请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物， 利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。2.钢液中C和Cr之间存在化学反应：4C + (Cr3O4) = 3Cr + 4CO ,试用热力学原理分析有利于实现去碳保格的热力学条件。四、计算题（共3题，每题12分，共36分）1.测得温度1873K还原渣及GCrl5钢的表面力分别为0.45及1.63 N - m-1，两者的接触角以=38。试求钢一渣的界面力，并确定此种还原渣能否在钢液

4、中乳化？解：b =加 2 +Q2 一 2b b COS=,：1.632 + 0.452 2 x 1.63 x 0.45 x cos380=1.305铺展系数：S =b b b = 1.63 0.45 1.305 = 0.125铺展系数小于0,说明此熔渣不易在钢渣中乳化。2.在用CO还原铁矿石的反应中，1173K的速率常数匕=2.987 x 10-2s-1，1273K 的速率常数k2 = 5.623 x 10-2s-1 试求：（1） 反应的活化能；（2）1673K的速率常数k值；（3）1673K的可逆反应的 速率常数：k （1 + ）。+ K 0反应为FeO（s）+ CO = FeO + CO2

5、 ；A Go = 22800 + 24.26T J - mol-1解：（1）由 k = k0 expf EyRr可得：2.978 x 10-2 = k0exp-云314 x 1173/5.623 x 5.623 x 10- 2=k0 exp- E/314 x 1273/先对上两式取对数，而后在相减，可得:2.978 x 10 -2E （ 11 ）=住5.623 x 10-219.147 1173 1273）（19.147lgk（19.147lgk2.978 x 10-25.623 x 10-2111173 1273=78923J - mol -11 5.623 x 10-2 l1 5.623

6、x 10-2 lg= 0.774-M （上一上= 0.77419.147 k 1273 1673） lg k = lg5.623 x 10-2 + 0.774 = 0.48所以 k = 0.331s-i(3) 1673K的可逆反应的速率常数：k (1+上)+K 0k = k = 0.331A G0 =-RTInK0r M1g K 0 =1g K 0 =2280024.26 19.147 x 1673 19.147= 0.555, K 0=0.2781(1 )所以：k (1 + k) = 0.331 x1 + -J = 1.52s-1求下列反应的A Go及温度为1273K时反应的平衡常数。Fe2

7、 SiO & )+ 2C (石)=2 Fe(s )+ SiO? (s )+ 2CO已知：FeO(s )+ C(石) =Fe(s)+ CO ； A G0 = 158970 - 160.25T J - mol-1 r m2FeO(s)+ SiO2(s)= Fe尸。之(s)； A Go = -36200 + 21.09T J - mol-1解：反应的线形组合关系为：2FeO(s)+ SiO2(s)= FeiO之(s)； A Go = -36200 + 21.09T (1)FeO(s )+ C (石) =Fe(s)+ CO ； A G0 = 158970 160.25T(2)Fe2SiO4(s)+ 2

8、C(石)=2Fe(s)+ SiO2(s)+ 2COA Go(3)通过比较可知：A Go = -A Go G)+ 2A Go(2)= 354140 314.59TJ - mol-1由A G0 =-RTInK0可以得到:rM1g K0 =354140+ 冬=1.9011g K0 =19.147 x 1273 19.147K 0 = 79.62在1773K时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.208%,在相同温度下与成分为 w(CaO)=36.4%,w(MgO)=3.2%,w(MnO)=3.6%, w（SiO2）=36.6%, w（FeO）=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为 0.06

9、6%。试计算熔渣中FeO的活度。一、简答题（共5题，每题4分，共20分）3.何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度?分解压：化合物分解反应达平衡时，气体的平衡分压；（2分）开始分解温度：当化合物的分解压等于环境中相应气体的分压时的温度;（1分）沸腾分解温度：当化合物的分解压等于环境中气体的总压时的温度。（1分）4.何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。标准溶解吉布斯自由能：某纯组分溶解于熔剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值；（2分）形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式:G0 = RTln(y0-L)。 (2 分)i

10、 100M.i何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何?氧化物的氧势：在一定温度下氧化物分解反应达平衡时，反应的叩八平）；（2分）氧化物的氧势与其稳定性关系：氧化物的氧势值越大，其稳定性越差。（2分）四、计算题（共3题，每题12分，共36分）在1873K时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为w（CaO）=36.4%，w（MgO）=3.2%，w（MnO）=3.6% 熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。 数。解：（FeO）=Fe + O，w（SiO2）=36.6%，w（FeO）=20.2%的 试计算熔渣中FeO的活度与活度系（1分）T %O 0.211 八L

11、o =a = 1 =0211（2分）FeO%O 0.052%O= L。= 0.21广 0246（1分）a0.246FeO XX（2分）FeOFeO36.4 八 *ncao= 56 =0-65（0.5 分）3.2nMgO 400.08（0.5 分）36.6nSiO2 60（0.5 分）20.2叽=72 =.28（0.5 分）3.6nMnO 710.05（0.5 分） n = 1.67（0.5 分）n0.28 八，exFeO =产=商= 0.168（1分）y FeO0.2460.168y FeO0.2460.168= 1.46（2分）用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为1.5 x1。4Pa的真空度，钢液中 格的活度a& = 10.85及碳的活度系数fC = 0.74，试求吹炼温度为2023K时钢液的 碳含量wC。已知：反应4C + (Cr3O4) = 3Cr + 4CO 的G。= 934706 - 617.22T(J mol -1)。解：4C + （Cr3O4） = 3Cr + 4CO（3分）K = . P（3分）a4ClgK = 3lgaCr + 4lgpCO -4lgaCI”AG0934706 - 617.22 x 2023 八19.147 x 2023lgK =-可=-。 =8.10 （19.147 x 2023Pco = 0.15at