冶金原理课后题答案

冶金原理课后题答案第一章冶金热力学基础基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。2nH、冬和《之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？.化合物生成反应的AG°-T关系有何用途？试根据PbO、NiO、SiO2、CO的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种因素对平衡的影响？试谈谈你对活度标准态的认识。活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7.试根据Kelvin公式推导不同尺寸金属液滴(半径分别为r1、r2)的蒸汽压之间的关系。8.已知AlF3和NaF的标准生成焓变为AH°298K,AlF3(S)=-1489.50kJ-mol-1,AH°298K,NaF(S)=-573.60kJ-mol-1，又知反应AlF3(S)+3NaF(S)=Na3AlF6(S)的标准焓变为AH°298K=-95.06kJ-mol-1，求Na3AlF6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36kJ-mol-1)9.已知炼钢温度下：(1)Ti(S)+O2=TiO2(S)AH1=-943.5kJ-mol-1(2)[Ti]+O2=TiO2(S)AH2=-922.1kJ-mol-1(3)Ti(S)=Ti(l)AH3=-18.8kJ-mol-1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。(-40.2kJ-mol-1)10.ZrN是很好的高温材料，通氮气于灼热的ZrI2可得到ZrN,反应式为:ZrI2(S)+1/2N2(g)=ZrN(S)+I2(g)已知：CF；I2=37.40+0.569x10-3T,JK-1•g-1CFJN2=27.87+4.27x10-3T,JK-1・g-1CFJZrI2=91.97+7.774x10-3T,JK-1・g-1CFJZrN=58.58+7.029x10-3T,JK-1・g-1试用基尔霍夫公式计算该反应的AH°-T关系式。11.251，以空气助燃，查找相关数据，求CO燃烧后火焰的理论温度(物质的CP=f(T)可取二项式)(2626K).1kg的铁水在101325Pa和熔点15361下凝结成固态铁，试求此过程的W、Q、AH、AG、AS。已知铁水的凝固热为274J・g-1。(0kJ,-274kJ,-274kJ・kg-1,-151.46kJ・kg-1).Si、Ti、V、Cr等金属被合金化到不锈钢中，试问下不锈钢中有哪些碳化物存在？为什么(设过程处于标准状态下)？已知：3Cr+2C=Cr3C2AG1°=-87030-16.74T,J・mol-1Si+C=SiCAG2°=-54430+6.95T,J・mol-1V+C=VCAG3°=-83680+6.69T,J・mol-1Ti+C=TiCAG4°=-188280+11.72T,J・mol-1.求反应[Si]+2[O]+2CaO(S)=Ca2SiO4(S)的AG°-T关系。.试查找相关热力学数据，判断CuO、Cu2O、FeO和CuS的相对稳定性。第二章相图基础基本概念：相，组元，独立组元，自由度，物系点，液相线，液相面，固相线，共晶线，共晶点，包晶点，开始凝固和凝固终了温度，固熔点，同分熔熔点化合物，异分熔融化合物，等温线，等温截面。试述等含量规则、等比例规则和背向规则。在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。TOC\o"1-5"\h\zX : A10% , B 70% , C20% ;Y : A10% , B 20% , C70% ;Z : A70% , B 20% , C10% ;若将3kgX熔体与2kgY熔体和5kgZ熔体混合，试依据杠杆规则用作图法和计算法求出混合后熔体的组成点。.利用CaO—SiO2系相图(图3-7)，叙述SiO2为10%,30%的体系，在冷却过程中相成分的变化。.说明图中1、2、3点的冷却过程。.冶炼温度为1550^,要求炉渣的熔点要低于1400^,如果选择的炉渣体系为CaO-SiO2-Al2O3，试画出可选的炉渣成分范围。.炉渣碱度为％CaO/%SiO2=2，在16001下，当渣中含58%FeO时，炉渣是否全部处于液态？如果炉渣碱度不变，因脱碳反应使渣中FeO含量降至20%时，在此温度下炉渣是否有固相析出？固相组成和含量是多少？.下图为Zn-Pb相图，试回答：如何处理含Pb2%的粗锌，以除去其中的杂质铅？理论上温度最低可降低到多少度？除Pb最低可达到什么限度？将熔体缓慢冷却，使其中杂质析出的方法叫熔析精炼，含2%Pb的粗锌1000kg在4301经熔析精炼后，能得到多少锌？其中含有多少Pb？析出的粗Pb中还有多少Zn？(989.6kg,9.896kg,0.312kg).分析Bi-Sb相图：20%Sb的合金在何温度开始融化？在合温度完全熔化？60%Sb的合金在300g冷却到何温度开始凝固？刚刚凝固出的固相温度是多少？冷至500OC时，共存的相的量各是多少？各相中的Bi和Sb各是多少？第三章冶金过程动力学基础冶金过程的动力学一般有哪些基本环节，不同环节的影响因素又有哪些？试述化学反应等温式，并说明为何在冶金中广泛使用表观化学反应级数、表观反应速度常数和表观化学反应活化能的概念。试述确定反应限制性环节对动力学研究的意义。“冶金反应动力学问题主要是传质问题”，这个说法对吗？你怎样理解？铁精矿球团在1123K用CO还原。通过减重法测得还原深度R与还原时间t的关系如下表：t/min10203040506070R/%12233240465259试判断还原反应的速率限制步骤。在某一温度下，实验一水溶液中沉淀过程的沉淀率r与沉淀时间t的关系如下：t/min10203040506070r/%0.46.527.063.292.399.0100试求此沉淀过程的动力学方程，并初步判断其成核机理。使用7.11mol/L的硫酸浸出钛铁矿。铁的浸出率R与浸出时间t的关系如下表所示。试判断浸出反应的速率限制步骤，并计算浸出反应的活化能。T/°Ct/min20304050607080959.4013.3117.8021.9125.5530.0133.7810010.7916.7723.4328.1331.0036.2940.5410512.5019.8526.2531.8738.1441.6845.7411015.4123.1429.7735.8642.0647.7152.6011819.8431.0840.2447.1755.5560.5765.11试绘出完整的气/固反应模型示意图（固相有一个产物层和一个未反应核），说明反应包括哪几个环节，写出各环节分别为速率限制步骤时的速率方程。液相A、B之间发生反应，在A相强烈搅拌的条件下，A的传质速度足够快而不成为速率限制步骤。试利用双膜理论模型推导反应的动力学方程。（提示：反应受界面化学反应及B相的扩散步骤控制，可设各相中的物质浓度，用符号表示）某片状矿物呈现强烈的各向异性，在浸出时浸出反应只在如图的环面上进行，而上下两平面呈惰性。假定浸出反应受化学反应步骤控制，试导出浸出反应的动力学方程。液/固反应的动力学环节有哪些？如何改善反应的动力学条件？第四章冶金熔体什么是冶金熔体？它分为几种类型？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。试说明熔盐在冶金中的主要应用。熔铳的主要成分是什么？如何判断离子熔体中阳离子与阴离子间作用力的大小？为什么对于同一种金属，其低价氧化物呈碱性而高价氧化物呈酸性？金属的熔化熵和熔化热远小于其蒸发熵和蒸发热，这说明液态金属在什么方面更接近于固态金属？为什么？试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。简述熔渣结构的聚合物理论。其核心内容是什么？熔盐熔化时体积增大，但离子间的距离反而减小，为什么？试利用熔渣的等粘度曲线图估计组成为38.00%CaO、38.39%SiO2、16.00%A12O3、2.83%MgO的高炉渣在1400°C时的粘度，如果将温度提高到1500°C,熔渣的粘度降低到多大？试利用加和性规则计算组成为35%CaO、50%SiO2、15%A12O3的高炉渣的表面张力。利用CaO-SiO2-FeO系熔渣的等密度曲线图说明CaO含量一定时FeO含量对熔渣密度的影响。实验测得组成为42.5%CaO，42.5%SiO2，9.5%MgO，5.5%A12O3的熔渣在不同温度下的粘度如下：t/°C15001450140013501300粘度/0.1Pa•s7.59.110.913.416.3试求出粘度与温度的指数方程及粘流活化能。高炉低钛渣的成分为：2%TiO2,46.11%CaO,35.73%SiO2,3.99%MgO,9.99%A12O3。用毛细管法测得渣中硫的扩散系数如下表，试求扩散系数与温度的关系式。t/°C13501400145015001550D/10-9m2•s-11.692.423.404.696.35试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。17.什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？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。设熔渣组成为35.0%CaO、20.0%SiO2、20.0%FeO、4%Fe2O3、5%MgO、8%MnO、8%P2O5。试利用等活度曲线图求1600°C时渣中FeO的活度及活度系数。利用等活度曲线图求FeO含量15%(mol)及碱度为2.5的熔渣中FeO的活度。21.什么是熔渣的碱度和酸度？熔渣的氧化性是怎样表示的？熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？第五章还原反应求碳的气化反应在9001，总压为3个大气压时气相中CO的平衡浓度。已知：C+CO2=2CO‘△G0=170707-174.47T,J试推导碳在空气中不完全燃烧达平衡时，气相中CO、CO2及N2所占比例。试述高温条件下，有固体C存在时的还原反应和低温条件下有何异同？为什么？%CO/%CO2标尺和%H2/%H2O标尺有何作用？试分析熔体中（FeO）被C和CO还原的各种情况。根据氧化物标准生成自由能图及相关标尺，估算Cu2O、Fe2O3、NiO、MnO、SiO2和TiO2在1273K用CO+CO2混合气体还原时，还原气中%CO和%CO2各为多大？铁锰矿石中含Fe3O4和MnO，现用CO+CO2混合气体在1173K时还原，要求Fe3O4还原为Fe，而MnO不还原，问还原气体中CO含量应如何控制？试说明铁氧化物用C还原平衡图的绘制方法。指出不同温度区氧化物的稳定存在状态。利用氧势图计算12001,CO和H2分别还原Fe2O3、Fe3O4及FeO的气相平衡成分。试求真空度为13.3Pa，固体碳还原MgO的开始温度。为使金属锰在p’=100kPa及900OC无氧化加热，试问CO-CO2混合气体中pCO/pCO2比应是多少？用计算法和氧势图法。试计算在100kPa及700C时，用水蒸气和固体碳反应制取混合煤气的成分。第六章氧化反应名词解释：直接氧化和间接氧化反应，熔池中过剩氧，碳氧浓度积，硫、磷分配比。分析氧气转炉炼钢过程中脱碳的规律。试述脱磷和脱硫的热力学条件。试分析真空处理使钢液中碳脱氧能力增强的热力学原理。在1650OC单独用铝脱氧，试求钢液中氧气量从0.004%下降到0.0008%,需要加入多少铝？在氮和氢混合气氛下熔化纯铁时，其总压为101325Pa，氢气和氮气分压相等，求1600C铁水中平衡的［%H］和［%卬各为多少？含钒铁水成分为：4.0%C,0.4%V,0.08%Si,0.6%P，现欲吹氧使［V］氧化成（V2O3）生产钒渣而尽量保住［C］,试求吹炼时的温度？冶炼［%Cr］=18,［%Ni］=9的不锈钢，要求最终脱碳［%C］=0.02，而钢液温度又不要求高于1650C，当钢液在真空条件下吹氧精炼时，其真空度应达多少？在电弥炉内用返回吹氧法冶炼不锈钢时，熔池中［%Ni］=9，若吹炼到终点［%C］=0.05时，且要求［%Cr］=10，求吹炼到终点时钢液温度为多少？假定炉内PCO=101325Pa,aCr2O3=1。试分析吹炼铜锍必须分为两个周期的热力学原理（即第一周期吹炼除铁，第二周期吹炼成铜）。试比较铜锍吹炼与镣锍吹炼条件的异同。第七章硫化矿的火法精炼硫化物冶金中有哪些基本反应？试写出反应式。根据Me-S-O系平衡图，升高温度或改变气体成分时，硫酸盐的稳定区如何变化？将含94%MoS2的钼精矿在900K的温度下焙烧。试作出Mo-S-O系的凝聚相稳定存在区平衡图，并说明在此条件下最稳定的凝聚相是什么？已知反应（提示：Mo的氧化物有MoO2,MoO3，而硫化物为MoS2）硫化镣于总压105Pa，温度1000K时，气相组成范围为3%~10%O2,3%~10%SO2进行焙烧，问焙烧所得产物是什么？试比较锍和冶金炉渣在特性上有何异同。锍吹炼的基本反应是什么？第八章卤化冶金什么是氯化冶金？有何特点？利用氯化物标准生成自由能和温度的关系图，可获取哪些氯化冶金所需数据？加碳氯化反应与一般氯化反应相比有何特点？能否用C，H2作还原剂还原其他金属氯化物？为什么？某铁厂原料中除Fe2O3外，还含有Cu,Ag,Co等金属的氯化物，现想用CaCl2作氯化剂氯化焙烧分离，问工艺是否可行？在1000K用氯气氯化分离FeO和CoO混合物中的Fe、Co,问pCl2/pO21/2应如何控制？已知1000K时第九章粗金属的火法精炼说明熔析精炼和区域（带熔）精炼有何不同。简要说明氧化精炼和硫化精炼的基本原理。蒸馏精炼的原理是什么？镣的氧化式为：2Ni（l）+O2=2NiO（S），昭0二-5