冶金原理试卷与答案-(1)

1《冶金原理》试题一解释下列名词①氧势：体系中氧气的相对化学位，2lnOPRT。②选择性氧化：对于金属熔体，用控制温度及体系压力的方法，控制熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，称为选择性氧化。二简答题(共30分)①(6分)炉渣的熔点是如何定义的？炉渣的半球点温度是如何定义的？二者是否一致？为什么？炉渣熔点定义：加热时固态完全转变为均匀液相的温度，也就是炉渣相图的液相线或液相面的温度。半球点温度：渣柱试样在加热过程中高度降低一半时所对应的温度，实际上此时炉渣未完全熔化，因此不等于理论上定义的炉渣熔点。②(5分)在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用哪种标准态？对于熔渣中的组元，一般采用哪种标准态？在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用服从亨利定律，重量1%浓度溶液为标准态；对于熔渣中的组元，一般采用纯物质为标准态。③(6分)写出化学反应速率常数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对反应速率常数随温度变化的影响关系。化学反应速率常数与温度的关系式为：RTEezk式中：k—化学反应速率常数；R—理想气体常数；T－温度E—活化能；z—频率因子。在频率因子一定的条件下，活化能E越大，则k越小。反之，活化能E越小，则k越大。因为：RTEzklnln所以：2lnRTEdTkdE越大，dTkdln值越大，当温度升高时，k随温度升高而增大得多；E越小，dTkdln值越小，当温度升高时，k随温度升高而增大得少。④(8分)对于H2还原FeO的过程，采用一界面未反应核描述时，其速率的积分式为：31320000111132363RKkKRRDrRccre平当过程处于动力学范围时，写出相应的速率积分式，计算反应完全所需的时间；内扩散是限制环节时，写出相应的速率积分式，计算反应完全所需的时间。当过程处于动力学范围时，kDek,，速率方程为:31000111RKkKccr平2当1R时所对应的时间为反应完全所需的时间。KkKccr1000平当内扩散是限制环节时，DekDe,，速率方程为：320200132361RRDccre平当1R时所对应的时间为反应完全所需的时间。)(60200平ccDre⑤(5分)硫化物在高温下的化学反应主要有哪几种类型？写出反应通式。222232SOMeOOMeS22SOMeOMeSSeMMeOOeMMeS232SOMeMeOMeSMeSeMeMMeS三作图题①(共10分)图1是具有一个不稳定二元化合物的三元系相图，分析其中m点在温度降低过程中液相及固相的变化，并在图中标出结晶路线。②(共10分)图2为CO还原铁的各级氧化物平衡曲线图。回答下列问题：(1)(4分)写出各曲线的反应方程式；(2)(2分)在图上各区域内标出稳定存在的固相；(3)(4分)在图中a点体系中放入Fe，保持a点体系的温度及气相组成不变，分析体系中将有哪些反应发生？最终存在的固相物质是什么？(1)曲线1：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2；曲线2：Fe3O4+CO=3FeO+CO2；曲线3：FeO+CO=CO2+Fe；曲线4：1/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO2。(2)见图。3(3)过a点作等温线，交曲线(3)于点a’，交曲线(2)于点a’’，利用等温方程分析。对于曲线(3)：FeO+CO=Fe+CO2aaCOCORTCOCORTG%%ln%%ln2'2aaaaCOCOCOCO2'2'%%%%；'22%%%%aaCOCOCOCO0%%ln%%ln2'2aaCOCORTCOCORTG发生反应(3)的逆反应：Fe+CO2=FeO+CO，Fe被氧化为FeO。对于曲线(2)：Fe3O4+CO=3FeO+CO2aaCOCORTCOCORTG%%ln%%ln2''2aaaaCOCOCOCO2''2''%%%%；''22%%%%aaCOCOCOCO0%%ln%%ln2''2aaCOCORTCOCORTG反应(2)的逆反应不可能发生，FeO不会被进一步氧化为Fe3O4。体系最终稳定存在的固相物质是FeO。四计算题（共42分）1（共20分）在下述条件：温度KT1873；熔渣成分为：02.12)(%FeO，84.8)(%MnO，68.42)(%CaO，497.14)(%MgO，34.19)(%2SiO，15.2)(%52OP。测得与此熔渣平衡的钢液中的氧浓度为058.0][%O，氧在钢液中的溶解属于稀溶液。已知：(FeO)=[O]+Fe(l)734.26320lgTK(a)（5分）根据实际测定的钢液中的氧浓度，计算熔渣中FeO的活度及活度系数。(b)（10分）利用完全离子溶液模型计算FeO的活度及活度系数，不引入离子活度系数。(c)（5分）利用完全离子溶液模型计算FeO的活度及活度系数，引入离子活度系数：17.053.1lg4422SiOOFex(a)以100g熔渣作为计算基础，各组分摩尔量的计算结果见表1。表1熔渣中各组分的摩尔量组分FeOMnOCaOMgOSiO2P2O5∑nBn0.1670.1250.7620.3740.3220.0151.7650946.0765.1167.0FeOx在KT1873条件下，钢液中的氧浓度058.0][%O。(FeO)=[O]+Fe(l)734.26320lgTKKT1873640.0734.218736320lgK23.0][%FeOaOK252.023.0058.0KwaOFeO664.20946.0252.0FeOFeOFeOxa(b)根据完全离子溶液模型，熔渣中的离子有：Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、O2-、SiO4-、PO43-。1mol二价碱性氧化物电离形成1mol阳离子和1molO2-：CaO=Ca2++O2-FeO=Fe2++O2-MnO=Mn2++O2-MgO=Mg2++O2-所以：CaOCann2FeOFenn2MnOMnnn2MgOMgnn2428.1MgOMnOFeOCaOBnnnnn络和离子按下列反应形成：44222SiOOSiO322.0244SiOSiOnn消耗644.0222SiOOnn3425223POOOP015.025234OPPOnn消耗045.03522OPOnn所以：739.0325222OPSiOBOnnnn091.134442POSiOOBnnnn阳离子及阴离子的摩尔分数为：5534.0428.1762.022BCaCannx117.0428.1167.022BFeFennx088.0428.1125.022BMnMnnnx262.0428.1347.022BMgMgnnx677.0091.1736.022BOOnnx079.0677.0117.022OFeFeOxxa0946.0765.1167.0nnxFeOFeO835.00946.0079.0FeOFeOFeOxa(c)引入离子活度系数，计算公式为：2222OFeOFeFeOxxa17.053.117.053.1lg34444422BPOSiOSiOOFennnx324.017.0091.1030.0322.053.1166.0677.0117.010.22222OFeOFeFeOxxa755.10946.0166.0FeOFeOFeOxa2（共10分）为了净化氩气，将氩气通入600℃的盛有铜屑的不锈钢管中除去残存的氧气。计算经过上述处理后，氩气中氧的分压。已知：)(2)(21ssCuOOCuTG25.851525220J解：计算600℃温度条件下体系的氧气分压值。2/121OPK2/12lnlnOPRTKRTG当KT873273600时2/12ln873314.887325.85152522OPGPaatmPO5101057.41051.423（10分）在均相形核过程中，假设形成的晶核是边长为a的立方体，形成单位体积晶核的吉布斯自由能为VG，单位表面吉布斯自由能为。计算：①临界边长a；②形成临界晶核所需能量VG6解：形成边长为a的立方体晶核时，吉布斯能变化为：236aGaGV令：0daGd即：01232aGaV得到临界边长：VGa4形成临界种核时所需的能量起伏为：232332464VVVVGGGGG