冶金原理试卷与答案-(1)

1、精品文档冶金原理试题一 解释下列名词氧势：体系中氧气的相对化学位，RT ln PO 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) (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。 (5 分 )在进行冶金中的相关反应计算时，对于金

2、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。 (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：Ekz e RT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。随意编辑精品文档因为：ln kEln

3、 zRT所以：d ln kEdTRT 2E 越大， d ln k 值越大，当温度升高时，k 随温度升高而增大得多；E 越小， d ln k 值越小，当温度升高dTdT时， k 随温度升高而增大得少。 (8 分 )对于 H 2 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：0 r 0Rr 0232R31R3c0 c平36 D eK11 1 R3当过程处k 1 K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，kDe, k，速率方程为 :0 r0K111R 3c 0c 平k

4、1K当R1为反应完全所需的时间。时所对应的时间0 r 0Kc 0c平 k 1K当内扩散是限制环节时，Dek , De，速率方程为：2120 r 032 R3 1R 3c0c 平6 D e当R1为反应完全所需的时间。时所对应的时间0 r026 D e ( c0c平 ) (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。2MeS3O22MeO2SO2MeSO2MeSO2MeSMe OMeOMe SMeS2MeO3MeSO2MeSMeMe SMe三 作图题随意编辑精品文档 (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

5、化，并在图中标出结晶路线。 (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 ： 3 Fe 2 O 3+CO=2Fe 3O4+CO 2 ；曲线 2 ： Fe3 O 4 +CO=3FeO+CO 2；曲线 3 ：FeO+CO=CO 2+Fe；曲线 4 ：1/4Fe 3 O 4+CO=3/4Fe+CO2。(2)见图。随意

6、编辑精品文档(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+CO2GRT ln %CO2RT ln %CO2%COa '%COa%CO a '%CO a ；%CO2 a '%CO 2a%CO2%CO2%COa%COa'G%CO2RT ln%CO20RT ln%CO%COa 'a发生反应 (3) 的逆反应： Fe+CO 2= FeO+CO， Fe 被氧化为 FeO 。对于曲线 (2) ： Fe3 O 4+CO=3FeO+CO2G%CO2RT ln%CO2RT ln

7、%CO%COa ''a%CO a''%CO a；%CO2 a''%CO2a%CO2%CO2%COa%COa ''GRT ln%CO2%CO20%CORT lna ''%CO a反应 (2) 的逆反应不可能发生，FeO 不会被进一步氧化为 Fe3 O 4 。体系最终稳定存在的固相物质是FeO 。随意编辑精品文档四 计算题（共 42分）1（共 20 分）在下述条件：温度T 1873K ；熔渣成分为： (% FeO)12.02 ， (% MnO ) 8.84 ， (%CaO )42.68 ，(% MgO ) 14.97，

8、 (%SiO2 )19.34， (% P2 O5 ) 2.15 。测得与此熔渣平衡的钢液中的氧浓度为% O0.058 ，氧在钢液中的溶解属于稀溶液。已知：(FeO)=O+Fe (l)lg K63202.734T(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：lg Fe2 O2 1.53 x SiO4 0.174(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

9、1熔渣中各组分的摩尔量组分FeOMnOCaOMgOSiO 2P2O 5nnB0.1670.1250.7620.3740.3220.0151.7650.1670.0946xFeO1.765在 T 1873K条件下，钢液中的氧浓度% O0.058 。(FeO)=O+Fe (l)lg K63202.734TT63202.7340.640% O0.231873K lg KK1873aFeOw O0.058aFeO0.2522.664aFeO0.252FeOxFeO0.0946K0.23(b) 根据完全离子溶液模型，熔渣中的离子有：Fe 2+ 、 Mn 2+ 、 Ca2+ 、 Mg 2+ 、 O 2-

10、、SiO 4- 、 PO 4 3- 。1mol二价碱性氧化物电离形成1mol阳离子和 1mol O2- ：随意编辑精品文档CaO=Ca 2+ + O 2-FeO=Fe 2+ + O 2-MnO=Mn2+O 2-MgO=Mg2+ O 2-所以：n2nCaOn 2nFeOn2nMnOn2nMgOCaFeMnMgnBnCaOnFeOnMnOnMgO1.428络和离子按下列反应形成：SiO22O 2SiO44n4nSiO0.322消耗nO22nSiO20.644SiO 42P2 O53O 22PO43n32nP O50.015消耗n23nP2O50.045PO42O所以：nO 2nB2nSiO23nP

11、2O50.739nBnO2nSiO44nPO431.091阳离子及阴离子的摩尔分数为：xCa 2nCa 20.762xFenFe20.167nB0.53420.1171.428nB1.428xMn 2nMn 20.125nMg 20.347nB0.088xMg 2nB0.2621.4281.428xO 2nO 20.736nB0.6771.091aFeOxFe 2xO 2 0.117 0.6770.079xFeOnFeO0.167aFeO0.079n0.0946FeOxFeO0.8351.7650.0946(c) 引入离子活度系数，计算公式为：aFeOFe 2O 2 xFe 2 xO 2nSi

12、O4nPO3lg Fe 21.53 x SiO440.17 1.53440.17O 2nB1.53 0.3220.0300.170.3241.091aFeOFe 2O 2 xFe 2 xO22.10 0.117 0.677 0.166FeOa FeO0.1661.755xFeO0.0946随意编辑精品文档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：Cu (s)1O2 CuO( s)G 015252285.25T J2解：计算 600 温度条件下体系的氧气分压值。K1G1 / 21/ 2RT ln K RT ln PO 2PO2当 T600273873K时G15252285.25 8738.314 8731/ 2ln PO2PO24.5110 10 atm4.5710 5 P