冶金原理复习题总结0-3(2014)

绪论_回顾并介绍课程内容及应用1、如何判断反应进行的方向？∆G＝G(产物)-G(反应物)∆G0：反应正向进行∆G0：反应逆向进行∆G＝0：反应达到平衡2、如何控制反应？改变反应体系温度改变反应体系压力改变产物活度改变反应物活度3、如何计算反应的产率？∆rG＝0时反应达到平衡，此时的J即为反应的Kθ不考虑活度影响，Kθ可近似理解为产物浓度比反应物浓度4、冶金熔体：金属熔体（铁液、钢液），冶金熔渣（还原渣、氧化渣、富集渣、合成渣）冶金熔体都是混合物5、铁精粉进行烧结的目的：提高烧结矿强度，需要提高粘结相含量6、炉顶煤气成分N250％、CO（20~25％）、CO2（22~17％），少量H2、CH4；CO+CO2（42~44％）CO为还原剂，也是重要的热源，另一方面CO属于有毒气体，希望能够在炉内100%消耗。无法实现的原因：存在化学平衡。7、铁水中含C、Si、Mn、P、S1）P2O5、FeO、CuO等全部被还原；2）SiO2、TiO2等难还原，50%被还原；3）Al2O3、MgO、CaO等不能被还原氧化物的氧势线越低，氧化物越稳定，越不容易被还原。8、高炉炼铁工艺更适于脱硫1）高温——脱硫吸热；2）高碱度——渣中O2-含量高；3）低w(FeO)——还原渣；4）金属液中fS(C、Si、P含量高)高——[S]活度高。9、炼钢前期，P、Si、Mn氧化，C不被氧化，为什么？1）低温，[P]、[Si]、[Mn]氧势线低；2）高温，[C]氧势线低。10、出钢温度高，钢液w[O]高11、冶炼高碳钢，铸坯出现气孔的可能性大？→随钢液和铸坯的冷却，温度降低，Kθ升高，m降低，CO析出。12、高炉煤气：CO、CO2、N2等铁液：Fe、C、Si、Mn、P、S等钢液：Fe，Mn、Ti、Nb等合金元素高炉渣：CaO、SiO2、Al2O3等转炉渣：CaO、SiO2、FeO等13、“去碳保铬”需要高温、真空和加镍。高温利于脱碳，但不利于脱磷第一章冶金热力学基础本章基于物理化学基本原理，首先阐述化学反应的标准吉布斯自由能及其与温度的关系、平衡常数及计算，进而介绍溶液中组元活度、测定与计算方法。是冶金反应动力学的分析基础。要求重点掌握标准吉布斯自由能及其与温度的关系、溶液的热力学关系式，组元活度的测定与计算、标准溶解吉布斯自由能变化的计算。其中组元活度的计算是难点，应多练习理解。1、p’B为理想气体B的分压，量纲为Pa；Pθ=105PaθθppRTGGBBmBm'ln,,+=2、θθppRTGGBBmBmln,,+=该式使用范围：适用于理想气体现实的理想气体：常压（p10×105Pa），温度低（T→0K）3、JRTGGmrmrln+∆=∆θ利用∆rGmθ也可以判断反应进行的方向，但有应用范围，∆rGmθ≥40~50kJ/mol。一般来说，高温不能利用∆rGmθ来判断。∆rGmθ0时反应正向进行；∆rGmθ0时反应逆向进行；∆rGmθ＝0时反应达到平衡。4、范特霍夫方程式（等压方程），温度对平衡移动的影响（推导及应用）2lnRTHTKmrθθ∆=∂∂∆rHmθ0(吸热反应）时，әlnKθ/әT0，说明Kθ随温度的上升而增加，即平衡向正向移动；∆rHmθ0(放热反应）时，әlnKθ/әT0，说明Kθ随温度的上升而降低，即平衡向逆向移动；∆rHmθ＝0(体系无热交换）时，әlnKθ/әT=0，说明Kθ与温度无关，或称温度不能改变平衡状态；提高温度，平衡都向吸热方向移动。5、∆rGmθ＝∆rHmθ－T∆rSmθ，A＝∆rHmθ，B＝－∆rSmθA值正负的判断：吸热反应：∆rHmθ0，A0，放热反应：∆rHmθ0，A0B值正负的判断：反应发生后，气体物质的量增加，体系混乱度增加，∆rSmθ0，B0，反应发生后，气体物质的量减少，体系混乱度降低，∆rSmθ0，B0∆rGθ~T关系及求解：二项式关系、多项式关系（不定积分解、定积分解的关键点）∆rGθ的求解方法：生成自由能法、平衡常数法、电动势法、组合法6、活度：“有效浓度”质量分数的量纲为1或1%钢液中氧的质量百分比浓度为0.0050%（50ppm），质量分数为0.005。7、摩尔分数的量纲为1。也可以用摩尔百分数表示（摩尔分数×100%)。钢液中氢的摩尔分数为0.0010（常用），摩尔百分数为0.10%8、拉乌尔定律：当溶液中组分B的浓度xB→1时，组分B的蒸气压pB与其浓度xB成线性关系BBBxpp∗=式中：pB为组分B浓度为xB时饱和蒸汽压；pB*为纯组分B在同温度下的饱和蒸气压；xB为组分B在溶液中的摩尔分数浓度。注：在全部浓度范围内，符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。9、亨利定律：当溶液中组分B的浓度xB→0时，组分B的蒸气压pB与其浓度xB成线性关系：BxHBxKp)(=式中：pB为组分B浓度为下xB时饱和蒸汽压；KH(x)为浓度为摩尔分数时亨利定律常数，又称为假想纯物质B的蒸气压，而且随着组分B浓度表达形式不同而不同；xB为组分B在溶液中的摩尔分数浓度。10、亨利定律的三种表达形式：当溶液中组分B的浓度为xB时，亨利定律表达形式：BxHBxKp)(=当溶液中组分B的浓度为wB时，亨利定律表达形式：BHBwKp(%)=当溶液中组分B的浓度为cB时，亨利定律表达形式：BcHBcKp)(=11、=)((%)xHHKKBAMM100浓度区域I区：组分B浓度低，遵循亨利定律；III区：组分B浓度高，遵循拉乌尔定律；II区：既不遵循亨利定律，也不遵循拉乌尔定律。三个饱和蒸气压PB*为纯组分B的饱和蒸汽压，是拉乌尔定律的常数；K(H,x)为假想纯物质的饱和蒸汽压，是浓度为xB的亨利定律常数；K(H,%)为质量1%溶液的饱和蒸汽压，是浓度为wB的亨利定律常数；12、实际溶液蒸气压产生偏差的原因：异类原子间的交互作用能当uAB1/2(uAA+uBB)时，对拉乌尔定律形成正偏差当uAB1/2(uAA+uBB)时，对拉乌尔定律形成负偏差13、以拉乌尔定律为基准或参考态：)()(RBBBBBBapxpp∗∗==γ修正系数γB称为活度系数；aB(R)称为活度以亨利定律为基准或参考态)()()()(HBxHBBxHBaKfxKp==(%)(%)(%))(BHBBHBaKfKp==ϖ修正系数fB称为活度系数；aB(H)和aB(%)都称为活度。14、活度的定义式)(/标BBBppa=pB——实际溶液浓度为xB或wB时组分B的蒸气压；pB(标)——pB*、KH(x)和KH(%)分别为纯物质B、假想纯物质B及wB=1%溶液时的饱和蒸气压，也是拉乌尔和亨利定律的比例常数15、吉杜方程及应用16、典型溶液定义及特征第二章冶金动力学基础本章重点介绍化学反应动力学方程的建立、冶金反应动力学模型、双模理论及未反应核心模型等。要掌握化学反应动力学模型的建立过程，以及主要冶金反应类型的动力学模型的建立方法，要对未反应核心模型的建立过程进行认真分析和理解。1（1）零级反应：0AACktC+−=常数k的量纲为mol·m-3·s-1kCt202/1=（2）一级反应：0lnlnAACktC+−=k的量纲为s-1kt2ln2/1=（3）二级反应：011AACktC+=k的量纲为m3·mol-1·s-102/11kCt=基元反应概念、质量作用定律与反应速率表达2、传质的两种形式：（1）分子传质：受化学势（或浓度差）驱动的传质现象（2）对流传质：分子扩散和分子集团运动（对流运动）之和产生的传质现象3、（1）扩散的驱动力：体系内存在的浓度梯度或化学势梯度，促使组分从高浓度区向低浓度区内迁移。活度为1时，扩散驱动力就是浓度差，即浓度梯度；实际溶液中活度不为1，化学势差就是驱动力。（2）扩散物质和扩散介质：扩散介质就是扩散物质经过的场所或空间。4、菲克定律xcDdtdnAJ∂∂−=⋅=1式中：J为扩散通量，mol·m-3·s-1；әc/әx为在轴方向的浓度梯度，D扩散系数，m2·s-1；A为扩散流通过的截面积，m2；x为距离，m；负号为扩散通量方向与梯度的方向相反，即әc/әx在扩散方向是负值。5、菲克定律分为第一和第二定律:稳定态和非稳定态的判断6、（1）当单位时间内进入某扩散层的物质通量等于其流出的通量时，收入等于支出，扩散层内没有物质的积累，这就形成了稳定态的扩散，菲克第一定律（2）当进入某扩散层的物质通量不等于其流出的通量时，扩散层内物质的量有变化，浓度随时间和距离而变化，形成特定的浓度场，从而浓度梯度也会发生变化，这就是非稳定态扩散，服从菲克第二定律22xcDtc∂∂⋅=∂∂7、扩散系数包括自扩散系数和互扩散系数8、对流传质系数求解方法9、吸附化学反应的速率、朗格谬尔吸附等温式10、稳定态原理与反应过程动力学方程的建立，液-液、气-固反应动力学模型11、反应限制环节的确定方法12、新相形成的动力学，形核方式与条件第三章金属熔体本章在讲述金属熔体结构知识的基础上论述金属熔体的物理性质和热力学性质，为进一步开展冶金反应热力学分析具有重要作用。要求理解金属熔体的物理性质，元素在金属熔体中溶解行为及其特征，重点要掌握金属熔体中元素的相互作用及热力学计算。1、过渡族元素Mn、Ni、Co、Cr、Mo，在铁液中无限溶解，溶解焓0≈∆BH可以看作是理想溶液碳碳溶于铁液形成饱和溶液，并吸收123−⋅molkJ的热量2、氧进入铁水的主要形式：][][OFeFeO+=3、硫在铁液中溶解，硫在铁液中可以无限互溶，形成相当于FeS的群聚团；硫在固体铁中的溶解度非常小。S含量高时形成“热脆现象”。磷在铁液中的溶解度很大，在固体铁中的溶解度很小。低温时，易出现“冷脆”现象。碱土金属Ca、Ba、Mg、Sr等，在铁液中溶解度很低，对钢的性能影响较小。4、铁液中元素的溶解及存在形式(过渡族元素、C、O、S、P、Si……)5、熔体的熔点、粘度、表面张力、扩散系数及其影响因素6、第三组分在体系中对质点间作用力影响所引起的溶解度和蒸汽压变化7、相互作用系数及其推导，一级、二级相互作用系数定义，相互作用系数的特征及其转换关系，不同标准态间的转换（同类、异类）8、相互作用系数测定与计算、相互作用系数的温度关系(正规、准正规溶液)