冶金物理化学习题

1、冶金原理（第二版）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的温度关系式。 表1-19 反应平衡常数的测定值温度，10381092117712241303 K0.3770.3570.3310.3150.297解： 分析作图结果：2. 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，(2)假想纯物质，（3）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，% ，Pa Cd，% ，Pa 1 60 20 80 40 100 解：（1）以

2、纯物质为标准态： 1204060801000.01060.20880.41320.61300.80861.0000.0240.4410.7200.9210.9791.0002.2642.1121.7421.5021.2111.000（2）以假想纯物质为标准态： 1204060801000.01050.20880.41320.61300.80861.0000.01060.1950.3180.4070.4330.4421.0000.9330.7700.6640.5350.442（3）以1%重量浓度为标准态： 1204060801001.00018.3830.0438.4040.8141.701.0

3、000.9170.7510.6400.5700.4174. A-B系合金在1000K时组分A的蒸气压如表1-21。试求（1）组分A服从亨利定律的浓度上限；（2）1000K的亨利常数；（3）如的温度关系式为，组分A在服从亨利定律的浓度范围内的。表1-21 组分A的蒸气压10.90.80.70.60.50.40.30.254.43.752.91.81.10.80.60.4解：（1）作图得服从亨利定律上限浓度 （2） （3）由 所以 又 所以 即 5. 在1913K与纯氧化铁渣平衡的铁液的含氧量为0.268%，与组分为CaO18.98%，SiO28.93%，FeO54.71%，Fe2O36.35%，

4、MgO7.23%，P2O50.85%，MnO2.95%的熔渣平衡的铁液中氧含量为0.176%。试求熔渣中FeO的活度及活度系数。解： 即 所以 所以 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。表1-22 反应H2 + S =H2S的比7.155.564.153.092.342.131.931.721.180.798.507.125.514.403.302.912.822.521.731.18解：时，令，由H2 + S =H2S 求得：对其它组分： 7.155.564.153.092.342.131.931.721.180.795.700.790

5、.7981.007. 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（s）+ 1/2O2 = 1/3 Cr2O3（s）： （J）；1/2O2 = O ：（J）。试求钢液中氧的浓度。解：2/3Cr（s）+ 1/2O2 = 1/3 Cr2O3（s） 1/2O2 = O - ：1/3 Cr2O3（s）= 2/3Cr（s）+ O 8. 证明略。10. 在1873K测得Fe-Cu系内铜的活度（纯物质标准态）如表1-24，试求铜以重量1%浓度溶液为标准态的活度，。表1-24 Fe-Cu系内铜的活度1.0000.7920.6260.4

6、670.2170.0610.0230.0151.0000.8880.8700.8200.7300.4240.1880.119解：以重量1%浓度为标准态：= 13.51，12.0，11.76，11.08，9.86，5.73，2.47，1.61。（接近即可）11. 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斯能变化。已知=1，=8.6。解：T 13. 在不同温度下测得铁液中碳量不同时，反应CO2 + C = 2CO的比值如表1-25。试求碳溶解的标准吉布斯自由能变化及。已知C石 + CO2 = 2CO ：。 表1-25 Fe-C系内CO2 + C = 2CO的比0.20.40.60.

7、81.01560107.4241.2396.6566.47261660170.2373.2600876.812021760267.6565.2929.4解：C石 + CO2 = 2CO （1） CO2 + C = 2CO （2） （1）-（2） C = C石 （3）作图求出： 近似 14. 溶解于铁中的铝的氧化反应为2Al + 3/2O2 = Al2O3（s），。试计算Al利用（1）纯铝（液态），（2）假想纯铝，（3）重量1%溶液为标准态时，Al2O3（s）在1600的标准生成吉布斯能。已知：2Al（l）+ 3/2O2 = Al2O3（s），。解： 2Al + 3/2O2 = Al2O3（s）

8、 2Al（l）+ 3/2O2 = Al2O3（s） （1） 以纯Al（液态）为标准态：2Al（l）+ 3/2O2 = Al2O3（s） Al（l）= Al 2Al + 3/2O2 = Al2O3（s） （2） 以假想纯Al为标准态：（3） 以重量1%为标准态：16. 计算下列反应的标准吉布斯能的变化1）Ti + N = Ti N（s）2）Mn +（FeO）=（MnO）+ FeMnO的熔点为2056K，熔化焓为44769J/mol。解：（1）Ti（s）+ 1/2N2 = Ti N（s） Ti（s） = Ti 1/2N2 = N -：Ti + N = Ti N（s） （2）Mn（l）+ 1/2O2

9、 = MnO（s） Fe（l）+ 1/2O2 = FeO（s） MnO（s）= MnO（l） MnO（l）=（MnO） FeO（l）=（FeO） Mn（l）= Mn Fe（l）= Fe -+：Mn + 1/2O2 =（MnO） -+：Fe + 1/2O2 =（FeO） -：Mn +（FeO）=（MnO）+ Fe P704. 在1540下、与含有2.10%C的铁液平衡的气相的。如在此铁液中加入2%的硅，而碳的浓度仍保持在前值时，。试求。解：CO2 + O = 2CO 对Fe-C系： 对Fe-C-Si系： ，所以 即：又 所以 5. 在1600，测得与含磷量为0.65%，含氧量为0.0116%的铁

10、液平衡的气相的。试求及。已知，反应H2 + O = H2O（g）的平衡常数K=3.855。解：H2 + O = H2O 又 所以 所以 7. 氮在铁液中的溶解度计算式为。1550时Fe-N-C系内氮的溶解度为0.0368%，而%C=0.54%。试求。解： （纯铁液中） （Fe-C-N）由相等得： 所以 所以 P1395. 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：体系位于中，最终相成分为，其共晶点在图3-25中的点4。根据重心规则： 6. 从CaO-S

11、iO2-FeO系相图回答下列问题：（1）组成为20%FeO、40%CaO、40% SiO2的炉渣在1600是否熔化？（2）碱度为2.3、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：（1）从图中的熔点为1330，所以在1600时可以熔化。 （2）， 所以 ， 该体系熔点为1700， 若，则， 该体系熔点为1900，析出。 7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：21.63%CaO, 5.12%MgO, 7.88%SiO2, 46.56%FeO, 11.88%Fe2O3, 6.92%Cr2O3.在1893

12、K、与纯氧化铁渣平衡的铁液氧浓度为0.24%。假定溶渣中有FeO，化合物分子存在，与同等看待。解：计算各氧化物的摩尔数：，所以 所以 又 1893K，纯FeO： ，即所以 8. 略。9试用完全离子溶液模型及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45%CaO， 15%SiO2， 18%FeO， 16.8%MgO， 1.2%P2O5， 4.0%MnO。解：熔渣成分：1600，完全离子溶液模型。计算公式：先计算：， ， ， 所以： ， 所以： 即： 查图： 所以：11把组成为20%FeO， 10%MnO， 10%MgO，40%CaO，20%SiO2的熔渣与含氧0.

13、1%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：根据渣成分求渣中的活度 又根据钢液含,计算出的的活度为： 此渣不能是钢液中氧含量再增高。或 此渣不能使钢液中增氧。12利用熔渣的等粘度曲线图估计表3-8中所列高炉渣的粘度：组成%SiO2Al2O3CaOMgO温度1号液38391611380028315002号液32941723405325514003号液5500200025001400解： ， ， ， 调查为100%: ，。： ， ， ，。，。：， （）13组成为28%CaO，12%Al2O3，40%SiO2，20%MgO的熔渣的粘度如表3-9。用回归分析法计算粘度的温度关系

14、式（）温度130013501400145015001550粘度，PaS121083063059045032解：回归分析法6.3576.1615.9715.8045.645.485n=60.083-0.081-0.201-0.229-0.347-0.495P1881试计算高炉中炉气的为16%的区域内。总压为.25Pa时，石灰石的分解温度和沸腾温度。 开始分解 沸腾时： 2根据氧势图， 求分解在大气中分解的开始温度和沸腾温度，并与分解压的热力学计算值进行比较。 连接“O”与点，T=1380沸腾 T=1460计算： 开始分解：=1338沸腾：=14513把的碳酸钙放在体积为真空容器内，加热到800，

15、问有多少kg的碳酸钙未能分解而残留下来。 T=800（1073K）按理想气体处理，分解的量则分解的摩尔数为5 用空气水汽3(体以比)的混合气体去燃烧固体碳。试计算总压为Pa, 温度为1127时煤气的组成。(提示：初始态中)设碳过剩下，平衡气相中气体为独立反应： 927（1200K）： 又空气与水汽的体积比为3，T=927 分压总和方程： 平衡常数方程： 元素的原子摩尔量比恒定方程：又令： 解得： 所以： （三）P337 7将0.1mol和0.5mol的固体碳垃入体积为的真空反应器内， 抽去空气后气，加热到700，进行还原反应： 。 试求1)反应器内的压力； 2)气相组成： 3)反应器中未反应残

16、留的碳量。 由 由此可推出： 所以 8铝真空下还原氧化钙，其反应为（1）如使反应能在1200进行，需要多大的真空度？（2）如采用1.33Pa真空度，求CaO为Al还原的开始温度，（3）如在同样的真空度（1.33Pa）下，将CaO的用量减少一半，试估计复杂化合物的形成对还原的作用，此时的反应为：，解：（1）又代入得： （2）（3） 10向装有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1105K，总压为Pa，试求反应管放出的气体的成分。解： T=1105K （1） （2）又结合式（1）得 又可得到结合式（2）得 11 SiO2为碳还原，生成的

17、硅溶解于金属铁液中，其浓度为20%，。试求SiO2开始还原的温度。 选纯为标准态，选1%Si溶液为标准态，C选石墨为标准态 =012在高炉内冶炼钒钛磁铁矿石时，生铁的成分为0.189%Ti, 0.165%Si, 0.4205%V, 0.30%Mn, 0.155%P, 0.0569%S, 4.24%C.熔渣成分为25.53%TiO2, 24.89SiO2, 25.98%CaO,7.60%MgO,15.00%Al2O3,0.27%V2O5,试计算熔渣中TiO2为碳还原的开始温度。=0.6,炉缸压力。 令 取100g渣： 13试求高炉内1350时，与及碳平衡的铁水中钛的溶解度。已知： 。铁水中的含碳

18、量为4.3%，其余组分的浓度小于1%，可以不考虑他们对的影响。15向温度为1500，含碳量5.1%的铁水中加入作炉外脱硫处理。试求脱硫后铁水的最低含硫量，已知： ，。第五章P2352在真空中向Cr18%，Ni9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到0.02%，而钢液的温度不高于1630，问需用多大的真空度。解：3. 在电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0.03%，而铬保持在10%，问吹炼应达到多高的温度。解：（同题2）4.试计算钢液中C为0.2%，总压为Pa，温度为1600时钢液的平衡氧量。若与之平衡的溶渣含有FeO12%，=3，试求与熔渣平衡的钢液层的氧量。5将组成为4.0%C、0。4%V、0.25%Si、0.03%P、0.08%S的生铁进行氧化提钒处理。为使生铁中钒大量氧化，而碳不大量氧化，以获得含氧化钒高的钒渣和半钢液。试求提钒的温度条件。钒渣的成分为25%V2O5（20.60%V2O3）,38%FeO, %16SiO2, 14%TiO2, 0.5%CaO, 0.5%MgO, 3%MnO, 2.9%Al2O3, =。钒的氧化方程式： 。解：8在1600用锰托氧，钢液中Mn的平衡浓度为0.5%。试计算脱氧产物的组成。解：Mn+(FeO)=(MnO)+FeT=1873K9为使温度为1600、含碳为0.0625%的钢液氧含量下降到痕迹量（0.0