(2025年)冶金基础题及答案

(2025年)冶金基础题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.以下关于金属氧化物分解压的描述，正确的是（）A.分解压越大，氧化物越稳定B.相同温度下，FeO的分解压大于Al₂O₃C.分解压等于环境中O₂分压时，氧化物既不分解也不提供D.温度升高，所有氧化物分解压均降低答案：C2.高炉炼铁过程中，焦炭的主要作用不包括（）A.提供热量B.作为还原剂C.构成料柱骨架D.脱除钢中硫元素答案：D3.转炉炼钢中，吹氧结束后需加入硅铁进行脱氧，其主要目的是（）A.提高钢液温度B.降低钢中氧活度C.增加钢中硅含量D.促进炉渣熔化答案：B4.关于炉渣碱度的计算，通常采用（）A.(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)B.CaO/SiO₂C.(CaO+Al₂O₃)/(SiO₂+MgO)D.CaO/(SiO₂+P₂O₅)答案：A5.凝固过程中，若液相中存在与固相结构相似的外来质点，形核方式主要为（）A.均匀形核B.非均匀形核C.树枝晶形核D.平面晶形核答案：B6.电解法生产金属铝时，阳极反应的主要产物是（）A.Al³+B.O₂C.CO₂D.Al答案：C7.下列关于铁水预处理“三脱”的描述，错误的是（）A.脱硅通常在高炉出铁场进行B.脱磷需在高碱度、高氧化性渣中进行C.脱硫常用CaO基或Mg基脱硫剂D.三脱顺序为脱磷→脱硅→脱硫答案：D8.钢液中氢的溶解度随温度升高而（），随分压增大而（）A.增大，增大B.增大，减小C.减小，增大D.减小，减小答案：A9.相图中，共晶反应的特点是（）A.液相在恒温下同时析出两种固相B.固相在恒温下转变为另一种固相C.液相与固相在变温下反应提供新固相D.固相在变温下分解为液相和另一固相答案：A10.冶金动力学中，若反应速率由扩散步骤控制，提高反应速率的有效措施是（）A.增加反应物浓度B.提高反应温度C.减小反应物颗粒尺寸D.降低搅拌强度答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1.冶金过程按反应类型可分为__________冶金和__________冶金，前者以还原反应为主，后者以氧化反应为主。答案：火法；湿法2.高炉炼铁的主要产品是__________，副产品包括__________和__________。答案：生铁；高炉煤气；炉渣3.转炉炼钢的基本任务可概括为“四脱二去一调整”，其中“四脱”指脱碳、__________、__________、__________。答案：脱磷；脱硫；脱氧4.金属凝固时，凝固驱动力是__________，凝固过程包括__________和__________两个基本阶段。答案：过冷度；形核；长大5.炉渣的主要作用包括__________、__________、__________和控制反应动力学。答案：保护金属；去除杂质；传热传质6.铝电解槽的阴极材料通常为__________，阳极材料为__________，电解质主要成分为__________。答案：碳块；预焙阳极（或碳阳极）；冰晶石（Na₃AlF₆）7.钢中常见的非金属夹杂物按成分可分为__________、__________和__________，其中__________类夹杂物对钢的韧性危害最大。答案：氧化物；硫化物；氮化物；脆性8.热力学中，判断反应自发进行的依据是__________，当该值__________时反应正向自发。答案：吉布斯自由能变（ΔG）；小于0三、简答题（每题8分，共40分）1.简述高炉炼铁中炉料下降的动力与阻碍因素。答案：炉料下降的动力主要包括：（1）焦炭燃烧和矿石熔化形成的空间；（2）上部炉料的重力作用；（3）煤气上升对炉料的托举力小于重力。阻碍因素包括：（1）炉墙与炉料的摩擦力；（2）煤气上升的阻力（尤其在软熔带）；（3）炉料间的机械咬合（如烧结矿破碎后堵塞）；（4）液相（初渣、铁水）的粘附作用。2.比较氧气顶吹转炉炼钢与电弧炉炼钢的主要区别。答案：（1）热源不同：转炉以铁水物理热和碳氧反应放热为主，电弧炉以电能（电弧热）为主；（2）原料不同：转炉主要用铁水（占80%-90%），电弧炉主要用废钢（占60%-100%）；（3）氧化程度不同：转炉靠吹氧强制氧化脱碳，电弧炉可控制氧化/还原期；（4）生产周期：转炉周期短（30-40分钟/炉），电弧炉长（60-120分钟/炉）；（5）产品类型：转炉主要生产普碳钢，电弧炉适合特殊钢（如不锈钢、工具钢）。3.分析炉渣碱度对脱硫和脱磷反应的影响。答案：（1）脱硫反应：CaO（渣）+[FeS]=(CaS)+[FeO]，高碱度（高CaO）提高渣中O²⁻浓度，促进S²⁻提供；同时低氧化性（低FeO）利于反应正向进行，故高碱度、低氧化性渣利于脱硫。（2）脱磷反应：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P₂O₅)+5[Fe]，高碱度（高CaO）提供Ca²⁺与P₂O₅结合成稳定磷酸盐，高氧化性（高FeO）提供O²⁻氧化P，故高碱度、高氧化性渣利于脱磷。4.说明金属凝固时“过冷度”的定义及其对凝固组织的影响。答案：过冷度（ΔT）是理论凝固温度（T₀）与实际凝固温度（T₁）的差值，即ΔT=T₀-T₁。过冷度越大：（1）形核率N增加，晶核数量多；（2）长大速率G先增后减（低温下原子扩散受阻）；（3）N/G比值增大，晶粒细化；（4）可能形成胞状晶或树枝晶（过冷度极大时甚至非晶）。实际生产中通过控制冷却速率（如金属模代替砂模）提高过冷度，改善材料性能。5.简述火法炼铜中“造锍熔炼”的目的与主要反应。答案：目的：将铜精矿（主要含CuFeS₂）中的Cu富集于低熔点的锍（冰铜，主要成分为Cu₂S·FeS），同时使Fe、Si等杂质形成炉渣（主要成分为2FeO·SiO₂）排出。主要反应：（1）硫化物氧化：2CuFeS₂+O₂=Cu₂S+2FeS+SO₂↑；（2）造渣反应：2FeS+3O₂+SiO₂=2FeO·SiO₂+2SO₂↑；（3）锍的形成：Cu₂S+FeS=Cu₂S·FeS（冰铜）。最终冰铜含Cu30%-70%，送转炉吹炼进一步除铁。四、计算题（每题10分，共20分）1.已知反应2[C]+O₂(g)=2CO(g)在1600℃时的ΔG°=-850000J/mol（R=8.314J/(mol·K)），计算该温度下：（1）反应的平衡常数K；（2）若钢液中[C]的活度a[C]=0.5，CO分压p(CO)=0.1MPa，判断反应自发方向。答案：（1）温度T=1600+273=1873K，ΔG°=-RTlnK→lnK=-ΔG°/(RT)=850000/(8.314×1873)=54.7→K=e^54.7≈2.2×10²³。（2）反应商Q=p(CO)²/(a[C]²·p(O₂))，但O₂分压未知，需通过反应式变形。原反应可视为2[C]+O₂=2CO，平衡时K=p(CO)²/(a[C]²·p(O₂))。实际条件下，假设p(O₂)为环境氧分压（如空气中p(O₂)=0.21×10⁵Pa=0.021MPa），则Q=(0.1)²/(0.5²×0.021)=(0.01)/(0.25×0.021)=0.01/0.00525≈1.9。由于K=2.2×10²³>>Q，反应正向自发（ΔG=ΔG°+RTlnQ≈-850000+8.314×1873×ln1.9≈-850000+8.314×1873×0.64≈-850000+10000≈-840000<0，正向自发）。2.某铁碳合金相图中，共晶点成分为4.3%C，共析点成分为0.77%C。现有一含3.0%C的亚共晶白口铸铁，在共晶温度（1148℃）下：（1）绘制该温度下的相区示意图；（2）计算此时组织中初生奥氏体（γ）与共晶组织（γ+Fe₃C）的质量分数；（3）说明冷却至室温后组织的变化。答案：（1）相区示意图：液相线以下为L+γ，共晶线（1148℃）上L→γ+Fe₃C（共晶反应），亚共晶成分（3.0%C）位于共晶点（4.3%C）左侧，故1148℃时组织为初生γ（从液相中析出）+共晶组织（L共晶→γ+Fe₃C）。（2）根据杠杆定律，初生γ的质量分数=（4.3-3.0）/(4.3-2.11)×100%（注：奥氏体最大溶碳量约2.11%C）。但更准确的是，1148℃时，奥氏体的溶碳量为2.11%C，液相成分为4.3%C。因此，初生γ与剩余液相（将发生共晶反