2023年冶金物理化学考研试题

北京科技大学

2023年硕士学位研究生入学考试试题

试题编号：809试题名称冶金物理化学〔共1页]

适用专业：__________冶金工程、冶金工程〔专业学位〕_________________

说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。

考试用具：无存储功能计算器。

此试卷包含两局部：其中第一局部适用于冶金工程（不含生态学）考

生，第二局部仅适用于生态学考生。

第一局部（适用于冶金工程（不含生态学〉考生）

1、简要答复以下问题（第『8小题每题7分，第9小题14分，共70分）

1）当铁液中组元i的浓度趋于零时，试推导以纯物质标准态的活度及活度系数

与以1%标准态的活度及活度系数的关系。

2）对如下反响

（SiCh）+2[C]=[Si]+2CO（1）△Gi°=ai-biT

SiCh.⑸+2[C]=[Si]+2CO（2）△G20=a2-b2T

在TW1873K时，讨论aGj与aGz。的关系。

3）用热力学原理分析氧势图（Ellingham图）上，为什么标准状态下低位置的

金属元素可以复原高位置的氧化物？

4）描述二元系规那么溶液的活度系数的计算方法，并与Wagner模型计算进行

比照。

5）用分子理论模型简要描述如何解决CaO-FeO-SiO?三元系高碱性炉渣溶液各

组元活度的计算，并写出各组元活度的表达式？

6）试用热力学原理证明，为什么化学反响AG。与温度T的关系为线性？其意

义如何？

7）试推导多相反响动力学根本方程/=储9-分），并解释每项的物理意义。

8）当用溶质渗透理论处理钢液中的脱碳反响时，假设气泡的半径为r,气泡在

钢液中上浮速率为U,写出传质系数3的表达式。

9）在钢液深度为1米的耐火材料与钢液接触的位置有一个半径为0.001mm的

气隙，试问这个气隙能否成为活性气隙？钢液中，气液外表张力。值约为1.5

1-33

N-m-,照约为150,钢液密度为7200kgm,气隙内气体的密度为1000kgm-o

如果上述气隙是活性气隙的话，初始形成的气泡的直径为多少？

2、（25分）对如下相图，F点表示A-B-C三元系的熔体成分，其质量为mF。试

分别答复以下的三个问题。

（1）能获得多少一次结晶的A?在获得该一次结晶的A过程中体系的自由度是

多少？

（2）在二次结晶过程，液相组成由H-L变化时，到达L时，体系的组成如何?

自由度是多少？获得多少固相，分别是什么？

（3）三元共晶开始前，尚余多少液相？

3、〔25分）炼钢炉渣组成及理论光学碱度如下：

组元CaOSi02MnOMgOFeOP203

w(i)42.68%19.34%8.84%14.97%12.03%2.15%

Ai10.480.590.780.510.4

1）试计算该炉渣的光学碱度;

2）试用完全离子溶液模型计算1600C时炉渣中（CaO）、（MnO）、（FeO）的活度及

其活度系数。

3）在1600C下，假设此时钢液中w[0]=0.058除试确定此渣的氧化复原性。

4、（30分）装有30t钢液的电炉，钢水深度50cm,1600°C在电炉的氧化期用

含有高浓度的FeO的氧化性炉渣脱除钢液中的Mn,假设炉渣的厚度远小于钢液

的深度。Mn在钢水中的扩散系数为1.1X10Tm7s）钢渣界面上金属镒含量为

0.03%（质量分数），钢液原始[Mn]为0.3%（质量分数），经过30分钟后，钢液中

锌含量降至0.06%（质量分数）。

1）分析此过程脱除Mn反响的机理及对可能的限制环节确实定？

2）求Mn在钢液边界层中的传质系数及钢液边界层的厚度。

第二局部（仅适用于生态学考生，其他考生不答此局部）

一、填空题〔每空1分，共35分）

1热力学第一定律的数学表达式为:；假设规定系统吸热为正，放热为负，系统

得功为正，对环境作功

为负，如右图所示，一绝热、无质量、无摩擦

的活塞将与外界绝热的容器分为体积相等的左

右两室，室中均充有〃、0、5的理想气体。

假设右室中装有一电热丝，并缓慢通电加热右室

气体，于是活塞逐渐向左移动，此时，如以右

室气体为系统时，此过程的。（右）0,W（右）0；

么此过程的W（左）0,Q（左）0o

2对理想气体的单纯pVT变化过程，式=适用于过程；而对于真实

气体的单纯pVT变化过程，式dH=适用于过程。

3用一绝热隔板将绝热箱分成两局部，分别装有压力、温度均不相同的两种气体。

当将隔板抽走后，气体便进行混合，假设以整个气体为系统，那么此混合过程的

Q0,△U0。

4某一系统经历一过程之后，该系统在过程前后△乐△。的条件是=0。

5对于系统两个非常接近的平衡态，燧的微分定义式可写为；

克劳修斯不等式为；端增原理是指。

6假设一封闭系统系统经历了一不可逆过程后，那么该系统的AS,假设隔离系

统内发生了一不可逆过程过程，那么该隔离系统的aS。

7吉布斯自由能G的定义式为，对于内部平衡的，只有体积功的封闭系统dG=。

某一系统经一不作体积功的过程后，其AGR,那么此过程在条件下进行。

8有2moi理想气体的导热良好的带活塞气缸放在温度为400K的大热源中，当

气体从状态1恒温不可逆膨胀到状态2时，从热源中吸收热量1000J,并对环境

作了为同一温度下不可逆膨胀到相同终态的可逆功的一半，那么系统在过程前后

的（系）=,AS［环）=,AS（隔）=（要求填入具体数值）。

9稀溶液中的两个重要的经验定律拉乌尔定律和亨利定律的表示公式分别

和，它们的适用条件分别为,。

10Gibbs-Helmholz公式微分形式为，两不同温度下的积分式为。

11在一定的T,P下，一切相变必然是朝着化学势的方向进行。

12基元反响：A（g）2定＞B（g）,A（g）的初始浓度为CA,O,当其反响掉1/3时

所需的时间为2s,A（g）所余下的2/3再反响掉1/3所需的时间为Us;k=。

13阿仑尼乌斯的定义式为：，不同温度下的定积分式为：。

14狭义的外表自由能的定义为当保持体系温度、压力、组成时，增加单位外表

积，体系吉布斯自由能的变化，定义表达式为一

15弯曲液面的附加压力AP指向，在一定条件下，液体分子间的作用力越大，

其外表张力越。

二、选择题（每空1分，共25分）

1一定量的理想气体从同一始态出发，分别经绝热可逆膨胀到（p2V2）和对抗恒外

压P2绝热膨胀到相同体积W，那么72（可）72（不），在数值上W（可）W（不）。

选择填入：1a）大于；（b）小于；（c）等于；（d）可能大于也可能小于。

2一定量的理想气体U从同一始发态出发，经过绝热可逆压缩与恒温可逆压缩到体

积皆为丫2的终态，那么P2（恒温）P2（绝热），%（恒温）Wr（绝热），△U（恒温）

△U（绝热）。

选择填入：（a）大于；（b）小于；（c）等于；［d）不能确定

3一定量的理想气体在恒温下从0自由膨胀到上，那么该气体经历此过程后，其

△U（恒温），系），系），AGo

选择填入：（a）大于零；（b）小于零；1c）等于零；（d）不能确定。

4在一带活塞的汽缸中，放有温度为300K、压力为101.325kPa的Imol理想气体。

假设在绝热的条件下，于活塞上突然施加2O2.65kPa的外压进行压缩，直到系统的终

压为2O2.65kPa,此过程的端差△S；假设在300K的大热源中的带活塞汽缸内有同一

始态理想气体，同样于活塞上施加202.65kPa的外压进行压缩直到平衡为止，那么此

压缩过程中系统的〔系），A51热源），AS1隔）。

选择填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）可能大于也可能小

于零。

5封闭系统经一恒压过程后，其与环境所交换的热。

选择填入：（a）应等于此过程的4U-,（b）应等于该系统的培；（c）应等于该

过程的△“；（d）因条件缺乏无法判断。

6在一定的7；尸下，由纯A⑴与纯B（1）混合成理想态混合物，那么此过程的，

△mEm'A,"irS”，mixGm,mixUo

选择填入：（a）大于零；（b）小于零；1c）等于零；（d）不能确定。

7温度、压力及组成一定的某真实溶液的化学势可表示为〃A=〃：+RTlnaA，式中

公为活度。假设采用不同的标准状态，上式中4，以。

选择填入：（a）的值大小会变；（b）的值大小不变；（c）的值会等于零；（d）

条件不够，无法确定。

8在一定的外压下，易挥发的纯溶剂A中参加不挥发的溶质8形成稀溶液，可

生成固溶体，那么此稀溶液的凝固点「将随着bB的增加而，此稀溶液的沸点将随着

6的增加而。

选择填入：（a）升高；（b）降低；1c）不变；（d）无一定规律变化。

9ZV恒定下的气相反响Af8+。，反响前A的初始浓度为ci。，速率常数为3，

A完全反响掉所需的时间为一i有限值晨，而且％=0,（）/心，那么此反响必为。

选择填入：（a）•—级反响；［b）二级反响；［c）0.5级反响；（d）零级反

响。

三、计算题（前两题每题15分，共90分）

IImol理想气体依次经过以下过程：（a）恒温下从25c升温至100C；（b）绝热

自由膨胀至二倍体积；（c）恒温下冷却至25c.试计算整个过程的。、卬、△［7及

△H

2lmol、300K、101.325kPa的理想气体，在恒定外压下恒温压缩至内外压力相等，

然后再恒容升温至1000K,此时系统的压力为1628.247kPa,求整个过程的Q、

M及△H。该气体Cv,m".molL

3Imol理想气体在25℃、101.325kPa时，被506.63kPa的环境压力压缩至200℃

的最终状态，求此过程的Q、W、△U、

4在300K的标准状态下有反响A2（g）+B2（g）-»2AB（g）,此反响的

1

△r〃：=50kJ-mo『，A^^-AO.O