《冶金原理》試題A卷答案

一解釋下列名詞（共10分，每題5分）

①氧勢(shì)：體系中氧氣的相對(duì)化學(xué)位，。

②選擇性氧化：對(duì)于金屬熔體，用控制溫度及體系壓力的方法，控制熔體中元素的氧化，達(dá)到保留某些元

素或者氧化富集某些元素的目的，稱為選擇性氧化。

二簡(jiǎn)答題（共30分）

①（6分）爐渣的熔點(diǎn)是如何定義的？爐渣的半球點(diǎn)溫度是如何定義的？二者是否一致？為什么？

爐喳熔點(diǎn)定義：加熱時(shí)固態(tài)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛞合嗟臏囟龋簿褪菭t渣相圖的液相線或液相面的溫度.半球

點(diǎn)溫度：渣柱試樣在加熱過(guò)程中高度降低一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，實(shí)際上此時(shí)爐渣未完全熔化，因此不等于

理論上定義的爐渣熔點(diǎn)。

②（5分）在進(jìn)行冶金中的相關(guān)反應(yīng)計(jì)算時(shí)，對(duì)于金屬熔體中的組元，一般采用哪種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)？對(duì)于熔渣中

的組元，一般采用哪種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)？

在進(jìn)行冶金中的相關(guān)反應(yīng)計(jì)算時(shí)，對(duì)于金屬熔體中的組元，一般采用服從亨利定律，重量1%濃度溶液為標(biāo)

準(zhǔn)態(tài)；對(duì)于熔渣中的組元，一般采用純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。

③（6分）寫出化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系式，說(shuō)明其中每個(gè)符號(hào)的意義，討論活化能的大小對(duì)反應(yīng)速

率常數(shù)隨溫度變化的影響關(guān)系。

化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系式為：

式中：一化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；一理想氣體常數(shù)；一溫度

E—活化能；z—頻率因子。

在煩率因子一定的條件下，活化能越大，則越小。反之，活化能越小，則越大。

因?yàn)椋?/p>

所以：

越大，值越大，當(dāng)溫度升高時(shí)，隨溫度升高而增大得多；越小，值越小，當(dāng)溫度升高時(shí)，隨溫度升高

而增大得少。

④（8分）對(duì)于H2還原FeO的過(guò)程，采用一界面未反應(yīng)核描述時(shí)，其速率的積分式為：

當(dāng)過(guò)程處于動(dòng)力學(xué)范圍時(shí)，寫出相應(yīng)的速率枳分式，計(jì)算反應(yīng)完全所需的時(shí)間；內(nèi)擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)時(shí)，寫

出相應(yīng)的速率積分式，計(jì)算反應(yīng)完全所需的時(shí)間。

當(dāng)過(guò)程處于動(dòng)力學(xué)范圍時(shí)，，速率方程為：

了二K

c0—c.5p4(1+K)

當(dāng)R=1時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間工'為反應(yīng)完全所需的時(shí)間。

,二夕?！㎏

c0—c平k（l+K）

當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)時(shí)，，速率方程為:

1

Qo堵3-2/？-3(1

年6DeL

當(dāng)R=1時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，為反應(yīng)完全所需的時(shí)間。

,7

夕。汗

60,（%—。平）

⑤15分）硫化物在高溫下的化學(xué)反應(yīng)主要有哪幾種類型？寫出反應(yīng)通式。

2MeS+301=2MeO+2SO2MeS+Q=Me+SO2MeS+MeO=MeO+MdS

f

MeS+2MeO=3Me+SO2MeS+Me=Me'S+Me

三作圖題（共20分）

①（共10分）圖1是具有一個(gè)不穩(wěn)定二元化合物的三元系相圖，分析其中m點(diǎn)在

溫麥降低過(guò)程中液相及固相的變化，并在圖中標(biāo)出結(jié)晶路線。

液相變化:

固相變化:

②（共10分）圖2為C0還原鐵的各級(jí)氧化物平衡曲線圖?；卮鸲袉?wèn)題：

（1X4分）寫出各曲線的反應(yīng)方程式；

（2X2分）在圖上各區(qū)域內(nèi)標(biāo)出穩(wěn)定存在的固相；

（3）（4分）在圖中a點(diǎn)體系中放入Fe,保持a點(diǎn)體系的溫度及氣相組成不變，分析體系中將有哪些反應(yīng)發(fā)生？

最終存在的固相物質(zhì)是什么？

（1）曲線1:3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2；曲線2:Fe304+C0=3Fe0+C02；

曲線3:FeO+CO=CO2+Fe；曲線4:l/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO20

（2）見(jiàn)圖。

%co

(3)過(guò)a點(diǎn)作等溫線，交曲線(3)于點(diǎn)a',交曲線(2)于點(diǎn)a'',利用等溫方程分析。

對(duì)于曲線(3):FeO+CO=Fe+CO2

AG=-RT\n

I%C0)(/

(%c。)，>(%co)“；(％coJ,<(%coj

諭J。

發(fā)生反應(yīng)⑶的逆反應(yīng):Fe+CO2=FeO+CO,Fe被氧化為FeO。

對(duì)于曲線(2):Fe3O4+CO=3FeO+CO2

r%co]

+/?Tln2

I%COa"<%CO)a

(%co)a?<(%co)fl；(%co2)a?>(%co2)fl

%co2\%co2

AG=一RTln%COL+RTln<0

I%CO)a

反應(yīng)(2)的逆反應(yīng)不可能發(fā)生,FeO不會(huì)被進(jìn)一步氧化為Fc3O4o

體系最終穩(wěn)定存在的固相物質(zhì)是FeOo

四計(jì)算題(共42分)

1(共20分)

在下述條件：溫度；熔渣成分為:。測(cè)得與此熔渣平衡的鋼液中的氧濃度為，氧在鋼液

中的溶解屬于稀溶液。

已知：(FeO)=[O]+Fe(l)

(a)(5分)根據(jù)實(shí)際測(cè)定的鋼液中的氧濃度，計(jì)算熔渣中FeO的活度及活度系數(shù)。

(b)(10分)利用完全離子溶液模型計(jì)算FeO的活度及活度系數(shù)，不引入離子活度系數(shù)。

(c)(5分)利用完全離了?溶液模型計(jì)算FeO的活度及活度系數(shù)，引入離子活度系數(shù)：

1g%.%=1.532為才廣017

(a)以100g熔渣作為計(jì)算基礎(chǔ)，各組分摩爾展的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表L

表1熔渣中各組分的摩爾量

P2O5

組分FeOMnOCaOMgOSiO2Ln

nH0.1670.1250.7620.3740.3220.0151.765

xFo=0」67=0.0946

Fe01.765

在條件下，鋼液中的氧濃度

?空2+2.734

(FeO)=[O]+Fen)1gK=-

T

犬=皿0.23

T=1873KlgAT=-+2.734=-0.640

1873aFeO

…酗=辱=。.252箴=2.664

/FeO=—

K0.23XFeO

(b)根據(jù)完全離子溶液模型，熔渣中的離子有：Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、02-、SiO4-、PO43-。

1irol二價(jià)堿性氧化物電離形成Imol陽(yáng)離子和1molO2-:

CaO=Ca2++O2FeO=Fe2++O2MnO=Mn2++O2MgO=Mg2++O2

所以：

Z%，=nCaO+nFeO++=1-428

絡(luò)和離子按下列反應(yīng)形成:

2

SiO2+2O-==",=0,322消耗%”=2/0=0.644

PO+3。"=2PO，

25%方=”“a=0.015消耗=3%&=0.045

所以:

Zv=%-1=1.091

陽(yáng)離子及陰離子的摩爾分?jǐn)?shù)為:

升7"靄二834=0J,7

3T^

3以空=0.088”62

"2,%

Mu"A"，1.428

0.736

=0.677

?VAh-1.091

aFeO=xFe^xol_=0.117x0.677=0.079

〃正eO_（）167二”二0.079

X=0.0946=0.835

FeO春-1.765-5~0.0946

(c)引入離子活度系數(shù)，計(jì)算公式為:

aXX

FeO=YF^YO^Fe^O^

nsiot+npol-

1g公％=L53Zvr）"0.17=1.53-0.17

0.322+0.030

=1.53-0.17=0.324

1.091

aFeO=/戶產(chǎn)yQl.x廿xot.=2.10x0.117x0.677=0.166

0.166

=1.755

/FeO=—%。-0.0946

2［共10分)為了凈化氧氣，將氮?dú)馔ㄈ?00℃的盛有銅屑的不銹鋼管中除去殘存的氧氣。

計(jì)算經(jīng)過(guò)上述處理后，筑氣中氧的分壓。

已知：J

解：計(jì)算600C溫度條件下體系