炼钢原理课件

一、組織教學二、教學內容1.1轉爐煉鋼介紹1.2冶金原理學科內容1.3煉鋼原理的學科內容

小結與作業

煉鋼原理概述1.1轉爐煉鋼介紹

返回1.1.1煉鋼原料金屬料：鐵水、廢鋼；造渣材料：石灰、螢石、白雲石；冷卻劑：廢鋼、鐵礦石、氧化鐵皮；氧氣；鐵合金1.1.2煉鋼的基本任務1.鋼和鐵的區別：鋼和鐵都是鐵碳合金，通常以含碳量多少來劃分。一般含碳量0.02%～2%為鋼，含碳量2%～4.5%為生鐵，含碳量小於0.02%則稱為純鐵。2.煉鋼的基本任務：脫碳、去氣、去夾雜、造渣去硫、磷，去氧合金化和升溫等。

1.1.3講述一爐鋼的冶煉過程1.2冶金原理學科內容1.2.1物理化學1.2.2冶金過程物理化學（physicalchemistryofprocessmetallurgy）或冶金原理返回1.2.1物理化學

返回物理化學：是運用物理原理和實驗方法，從物理變化和化學變化的相互聯繫中，研究整個化學領域內各種現象間內在聯繫和本質的共同規律的學科。1.冶金原理：在冶金中，應用物理化學的原理和方法來研究冶金過程原理的科學。2.冶金過程物理化學的學科內容包括冶金過程熱力學、冶金過程動力學及冶金熔體三部分。(1)冶金過程熱力學是利用化學熱力學的原理研究冶金反應過程的可能性（方向）及反應達到平衡的條件，以及在該條件下反應物能達到的最大產出率，確定控制反應過程的參數（溫度、壓力、濃度及添加劑的選擇）。1.2.2冶金原理下頁1.2.2冶金原理返回(2)冶金過程動力學是利用化學動力學的原理及物質、熱能、動量傳輸的原理來研究冶金過程的速率和機理，確定反應過程速率的限制環節，從而得出控制或提高反應的速率、縮短冶煉週期、增加生產率的途徑。(3)冶金熔體是火法冶金反應過程參加的具體物質，包括金屬互溶的金屬熔體，氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔鋶等。它研究熔體的相平衡、結構及其物理和化學性質，而熔體的組分是反應的直接參加者，熔體的結構及性質則直接控制著反應的進行。1.3煉鋼原理的學科內容研究煉鋼中所有的反應，在給定條件下，反應進行的可能性、限度；怎樣選擇條件使反應沿著希望的方向進行，達到預期的限度。也就是研究煉鋼主要反應的熱力學規律；研究煉鋼主要反應的機理、速度，以及怎樣選擇條件來控制反應速度。也就是說要研究煉鋼主要反應的動力學規律；研究參與反應的物質結構和性質。在兩者中涉及到的物質，最主要的是金屬熔體和熔融爐渣。所以本書要討論金屬熔體、熔渣的結構及主要的物理化學性質。返回小結與作業小結：本此課重點瞭解煉鋼原理的主要內容以及煉鋼的主要任務。作業：1.煉鋼的基本任務是什麼？

2.煉鋼原理的學科內容有哪些？返回一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容2.1.1物質的形態2.1.2物質的性質

小結與作業

2物理化學基本知識（第一講）復習提問返回1.煉鋼的基本任務是什麼？2.煉鋼的主要原料有哪些？3.煉鋼原理的學科內容有哪些？2.1.1物質的形態返回煉鋼過程中遇到的物質有三種聚集狀態，常見的氣態有：氧氣、氬氣、氮氣；液態有：水、鐵水、鋼液、爐渣；固態有：各種渣料、廢鋼、合金料。2.1.2物質的性質1溫度2密度3熱容4表面張力返回1溫度返回

溫度是表徵物體冷熱程度的物理量。從分子運動論的觀點來講，溫度是大量分子熱運動平均動能的量度；物體的溫度越高，組成物體的分子平均動能也越大。溫度單位可採用國際溫標或熱力學溫標。日常生活中用的是國際溫標，也叫攝氏溫標，單位標為℃，用符號t表示。熱力學溫標也稱絕對溫標或開爾文溫標，單位標為K，用符號T表示，它與攝氏溫標之間有如下關係：

T=t+273.15(2-1)式中：

T―開爾文溫度，K，冶煉中考慮有效數字可以簡化為T=t+273；

t―攝氏溫度，℃

（1）密度的定義單位體積內物質的品質叫密度。用ρ表示，單位是kg·m-3。密度的倒數即單位品質物質所占的體積稱為比容m3·kg-1。（2）密度的影響因素密度的影響因素有溫度與成分。（特指液態、固態）大部分物質都有熱脹冷縮性質，隨著溫度升高，密度降低，比容增大。輕合金元素C、Si、Mn、P、S、Al降低合金密度，重金屬元素Ni、Cr、Cu、W增加合金密度。2密度返回3熱容返回熱容:一定量物質，溫度升高1K所吸收的熱量比熱:1克物質溫度升高1K所吸收的熱量。單位:J·g-1·K-1。摩爾熱容：1摩爾物質溫度升高1K所吸收的熱量。摩爾熱容。單位：J·mol-1·K-1，通常熱容多指摩爾熱容而言，一般用符號C表示。同一物質在不同溫度下熱容值不同，一摩爾物質由溫度T1升溫到T2，吸熱為Q時，其平均熱容為：C=Q/(T2-T1)=Q/ΔT(2-2)煉鋼所用的熱容都是平均熱容。4表面張力（1）表面張力的定義（2）表面張力的影響因素返回（1）表面張力的定義返回a作用在液體表面單位長度上順沿著液體表面（與液體表面相切），並且促使液體表面縮小的力叫表面張力，用表示。其單位是N·m-1。b生成單位面積新表面所做的功為表面能，單位是J·m-2。從降低能量角度看，表明液體表面積總有自動縮小的趨勢，在生活中的露珠，煉鋼噴濺出的鐵粒都呈球形。（2）表面張力的影響因素返回表面張力的大小與物質的本性、溫度、成分有關。表面活性物質：能顯著降低溶液的表面張力的物質。熔渣的表面活性物質有MnO、酸性物質、和鐵的氧化物FeO、Fe2O3

等，鋼液的表面活性物質是C、S、P等所有非鐵元素。煉鋼熔渣中SiO2、FeO含量高時，會使熔渣表面張力下降，形成泡沫渣；正常泡沫渣能增大反應表面積，使反應速度加快。非表面活性物質：對於不能降低液體表面張力的物質叫，如熔渣中的CaO、MgO、等。小結與作業小結：本次課的重點內容為物質的性質及其影響因素。作業：1.解釋名詞：熱容、比熱、摩爾熱容、表面張力、表面活性物質、表面能。

2.表面張力的影響因素有哪些？煉鋼熔渣的表面活性物質有哪些？形成泡沫渣有何好處？返回一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容2.1.2物質的性質2.1.3理想氣體狀態方程小結與作業

2物理化學基本知識（第二講）復習提問返回1.解釋名詞：表面張力、表面活性物質、表面能。2.表面張力的影響因素有哪些？煉鋼熔渣的表面活性物質有哪些？形成泡沫渣有何好處？2.1.2物質的性質1溫度2密度3熱容4表面張力5介面張力6粘度返回5介面張力下頁

液體表面與其它物質接觸面上產生的張力叫做介面張力。介面張力隨接觸物質的不同而改變，其大小取決於介面層分子受兩相分子引力的差異，差異越大，介面張力也越大。表面張力的實質是液體與空氣間的介面張力。5介面張力圖2-2介面張力受力分析a—θ<90°;b—90°<θ<180°當液體與固體接觸時，在固體表面形成液滴附著層，其分子受力情況見圖2-2。就是液體與固體之間的介面張力；下頁5介面張力是液體的表面張力；

是固體與氣體的介面張力。水準方向的合力為零，可以得出：

θ為接觸角，可在0～180º之間變化。固體或液體表面對其他液體介質吸著現象叫吸附作用，吸附作用又叫潤濕。

下頁

固體與液體之間介面張力越小，接觸角越小，潤濕也越好，越不易分離。在冶煉過程為了加速熔渣和鋼液的化學反應，應減小介面張力。鹼性氧化渣中的表面活性物質FeO，鹼性還原渣中的CaC2，增大介面張力。對於鋼包渣改質劑，應選擇介面張力小以利化學反應，隨反應進行介面張力迅速增大的渣系。

5介面張力返回6粘度（1）粘度的定義（2）粘度的影響因素返回（1）粘度的定義返回粘度是液體內部各液體層相對運動所產生內摩擦力大小的體現。靜力學粘度用η表示，其單位是Pa·s。運動粘度，用υ表示，單位是二者的關係為：流動性：與粘度互為倒數，流動性用Φ表示，有：（2）粘度的影響因素返回

液體粘度的影響因素有：成分、溫度和均勻性。鋼液中的Si、Mn、P、S、Al等元素降低粘度，而O、N等元素增加粘度，對於C來說，在0.15%以上對鋼液粘度沒有明顯影響，在0.15%以下，隨C含量增加，鋼液中O濃度降低，粘度降低；Ni、Co、Cr等元素基本不影響粘度。在其他條件相同的情況下，隨著溫度升高，粘度下降；當鋼液中存在高熔點固態夾雜物，粘度會增高。酸性熔渣粘度較小，且隨溫度升高變化不大，在1450℃以下，酸性渣粘度較小，所以連鑄保護渣基本採用酸性渣或中性渣；鹼性熔渣粘度較大，且隨溫度升高降低很快。此外，高熔點顆粒如、MgO、C顆粒等會顯著增加鹼性熔渣的粘度。2.1.3理想氣體狀態方程現實中沒有理想氣體，理想氣體是一種科學的抽象，只是在低溫或高壓下真實氣體比較接近理想氣體，可當作理想氣體來處理。常見的氧氣、氮氣、氬氣都接近理想氣體。把混合氣體當作一種氣體看待時也可以應用氣體狀態方程。返回理想氣體是一種假想狀態，即假設：氣體分子間作用力為零，氣體分子本身所占的體積忽略不計。小結與作業小結：本次課的重點內容為介面張力、表面張力對煉鋼的影響及它們的影響因素。作業：1.為什麼出鋼前減少渣中FeO含量？

2.分析影響鋼液粘性的因素。返回一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容2.2物理化學的基本概念2.3煉鋼熱效應小結與作業

2物理化學基本知識（第三講）復習提問返回1.為什麼出鋼前減少渣中FeO含量？2.分析影響鋼液粘性的因素。2.2物理化學的基本概念返回2.2.1系統和環境2.2.2相2.2.3能量2.2.1系統和環境返回1系統把所研究的對象稱為系統。2環境在系統以外，和系統密切相關的物質稱為環境。例如鋼水為系統，則爐渣、爐襯、爐氣為環境；如鋼水、爐渣為系統，則爐襯、爐氣為環境。注意：系統與環境之間不一定有真實介面。2.2.2相返回系統中物理性質和化學性質完全均勻的部分稱為相。相與相之間有明顯的分界面，用機械方法可以分開。例如：一杯水，杯中各部分的物理和化學性質都相同，因此無論水量是多少，它為一相；當水中加入幾塊冰，雖然它們的化學性質相同但物理性質不同，所以該系統為水和冰兩相。2.2.3能量下頁1內能熱現象中分子動能、勢能、分子內部的各種能量的總和統稱為內能。一般它隨系統的溫度升高而增大。內能的單位用焦耳(J)或千焦(kJ)表示。2熱量熱量是指熱傳遞中系統吸收或放出的能量。當系統不發生狀態變化時，可以說有多少內能，而不能說有多少熱量。熱量的單位也用焦耳(J)或千焦(kJ)表示。2.2.3能量下頁（1）生成熱在一定條件下，由穩定單質生成1摩爾化合物的反應熱效應，就稱為該化合物的生成熱。用表示，單位為J/mol或kJ/mol注意：規定穩定單質的生成熱為0。在標準狀態下測定的生成熱叫做標準生成熱。用符號表示，右下標i指i物質，而外壓對熱效應的影響也很小，使用時往往不加右上標Θ。2.2.3能量返回（2）相變熱：在一定溫度下，物質相變所吸收或放出的熱叫相變熱，又稱潛熱。它的單位為(千)焦/摩爾(J/mol或kJ/mol)。（3）溶解熱：在標準狀態下，一定量的物質溶於一定量的溶劑中所產生的熱效應叫做溶解熱。溶解熱大小與溶劑的數量、溶質的數量、溫度、外壓等因素有關。煉鋼中常用的溶解熱是指1摩爾的其他元素溶於純鐵液中所吸收或放出的熱量。由於溶解熱的存在，煉鋼過程中加入的各種造渣劑及合金元素等都能影響爐溫，因而在煉鋼中必須考慮。2.3煉鋼熱效應返回2.3.1煉鋼化學反應的熱效應2.3.2熱化學方程式2.3.3蓋斯定律2.3.1煉鋼化學反應的熱效應返回一個化學反應的生成物與反應物溫度相同時，反應過程中放出和吸收的熱量稱為化學反應熱效應，也稱為反應熱。溫度用熱力學溫度衡量，煉鋼中常用1873K(1600℃

)熱效應數值。化學反應熱效應單位為焦耳(J)或千焦(kJ)。規定吸熱為正值，放熱為負值。等容熱效應、等壓熱效應。煉鋼中常用等壓熱效應數值。2.3.2熱化學方程式返回1熱化學方程式的定義：2熱化學方程式的書寫規定：(1)在參加反應的各物質後面注明其聚集狀態，並用括弧括上；其中s、l、g分別表示固體、液體、氣體。煉鋼中用[]表示金屬溶解相，()表示渣中溶解相，{}代表氣相。(2)規定吸熱為正值，放熱為負值。(3)參加反應的物質的量要注明，即反應式要配平；(4)注明反應進行時的溫度與外壓，反應溫度在ΔH右下角，反應外壓在ΔH右上角，將反應熱效應數值注在對應的化學方程式後。2.3.3蓋斯定律1蓋斯定律的定義化學恒壓熱效應只取決於反應的始末態，與過程無關。蓋斯定律是能量守恆定律在物理化學中的應用。例如：石墨碳完全燃燒成｛｝，可以通過兩條不同途徑實現：途徑1：一步完成，石墨碳完全燃燒生成｛｝，熱效應為途徑2：兩步完成，石墨碳不完全燃燒生成｛CO｝，然後CO繼續燃燒生成｛｝，根據蓋斯定律有：=+

下頁2.3.3蓋斯定律返回2蓋斯定律的應用將熱化學反應方程式當代數式處理，進行加減、係數乘除、移項和合併同類項，求出指定的化學反應方程式後，反應熱也按同樣的方法求出。這樣通過已知的反應計算得到未知或無法測出的熱效應數值。小結與作業小結：本次課的重點為溶解熱、相變熱、反應熱及熱化學方程式的書寫、蓋斯定律。作業：1.已知25℃時下列反應的熱效應：C+=2COC+=求反應C+1/2=CO在25℃時的熱效應。2.解釋名詞：系統、環境。3.書寫熱化學方程式的注意事項有哪些？返回一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容2.4化學反應速度2.5化學平衡小結與作業

2物理化學基本知識（第四講）復習提問返回1.解釋名詞：系統、環境。2.書寫熱化學方程式的注意事項有哪些？2.4化學反應速度返回2.4.1化學反應速度的定義2.4.2

化學反應速度變化的特點2.4.3影響反應速度的因素2.4.1化學反應速度的定義返回以單位時間內反應物濃度的減少量，或生成物濃度的增加量來表述化學反應速度。即或。式中：ΔC―濃度變化值(mol/l)Δt―變化所需的時間(sec)。2.4.2化學反應速度變化的特點返回(1)規定反應速度總是正值。(2)整個反應過程反應速度並不是恒定的，開始時反應速度最快，隨反應物的消耗逐漸減小。計算時用平均反應速度表示。(3)同一反應按不同物質濃度計算，反應速度值不同，但反應速度值之間有一定比例。2.4.3影響反應速度的因素下頁影響化學反應速度的因素有反應物濃度、溫度、外壓和催化劑。1.反應物濃度：化學反應速度與各反應物濃度之間的關係符合品質作用定律,即化學反應速度與各反應物濃度的冪次方的乘積成正比。如有一基元反應，其反應式：aA+bB＝cC+dD反應速率方程式為只與溫度有關；對於基元反應各濃度的冪指數等於反應方程式中各反應物前的係數，但多步反應冪指數不一定是反應物前係數。2.4.3影響反應速度的因素返回2.溫度溫度升高，使反應物分子的運動速度增加，碰撞的機會更多，有利於加快反應速度。3.外壓對氣體而言，其濃度可用體積摩爾分數表示為，代入式得，所以有氣態反應物的化學反應，外壓升高，相當於增加反應物濃度，反應速度加快；4.催化劑：通常指能極大地加快反應速度的物質。2.5化學平衡返回2.5.1可逆反應與化學平衡2.5.2化學平衡常數

2.5.3化學平衡的移動2.5.4分解壓2.5.1可逆反應與化學平衡返回某可逆反應時，此時生成物與反應物濃度保持不變，反應處於化學動平衡狀態。2.5.2化學平衡常數返回1平衡常數運算式在一定溫度T下，反應aA+bB=cC+dD達到平衡時，由品質作用定律有：

K=K稱為該反應在溫度T時的平衡常數。在數值上等於一定溫度下，可逆反應達到平衡時，生成物濃度的冪次方乘積與反應物濃度的冪次方乘積的比值。2.5.2化學平衡常數2平衡常數的特點化學反應平衡常數有以下特點：(1)對某一化學反應平衡常數只與溫度有關，溫度相同，則平衡常數恒定；(2)不同化學反應，平衡常數不同。(3)化學反應未達到平衡，只有濃度商，沒有平衡常數。(4)平衡常數越大，說明生成物濃度越高，正向反應進行的越徹底；反之，正向反應進行越困難。(5)反應式反向，同一溫度下平衡常數取倒數。(6)反應式中固態物質及液態溶劑的濃度取為1，平衡常數運算式中可以不表示其濃度。(7)有氣態物質參加的化學反應，平衡常數也可用氣體分壓表示，平衡常數符號用，濃度平衡常數符號用。返回2.5.3化學平衡的移動返回1化學平衡移動的定義2影響化學平衡移動的因素（1）濃度：若反應物濃度增加，生成物濃度減少，平衡向正反應方向移動；若反應物濃度減少，生成物濃度增加，平衡向逆反應方向移動。（2）溫度：溫度升高時，平衡向著吸熱反應方向移動；溫度降低，平衡向著放熱反應方向移動。例如煉鋼中磷的氧化反應是放熱反應，因此溫度降低有利於脫磷反應，而冶煉後期溫度升高，若操作不當，容易發生回磷現象；而脫硫是吸熱反應，溫度升高利於脫硫反應，所以冶煉前期硫的去除率很低。（3）外壓：對氣態物質的反應，增大外壓，向氣體總體積減小方向移動。減小外壓，化學平衡向氣體總體積增大方向移動。2.5.4分解壓1分解壓的定義：在一定溫度下，純固體(液體)化合物分解時，分解出純固體(液體)和一種氣體，達到平衡時氣體產生的分壓，叫做該化合物的分解壓。2分解壓的特點（1）分解壓越大，化合物的穩定性差愈，而單質的穩定性愈好；（2），氧化物不分解，而鐵元素與氧反應；相反，，氧化物分解。（3）溫度升高，分解壓增大。

下頁2.5.4分解壓返回在煉鋼溫度下，常見氧化物的分解壓大小排列順序如下：這說明鈣、鋁、矽等元素容易氧化，其氧化物也越穩定，而鐵的氧化物更容易分解，分解出的“氧”可氧化錳、矽等元素。小結與作業小結：本次課的重點是影響化學反應速度、化學平衡的因素及分解壓的概念。作業：1.分析影響化學反應速度的因素。2.分析影響化學平衡的因素。3.平衡常數有何特點？4.解釋名詞分解壓並寫出分解壓的特點。返回一、組織教學二、教學內容3.1.1熱力學函數的相互關係3.1.2標準態和熱力學函數規定值小結與作業

§3.1熱力學函數3.1.1熱力學函數的相互關係

1物質狀態2能量狀態3各熱力學函數之間的關係4狀態發生變化的兩類過程5化學反應的吉布斯自由能返回1物質狀態返回

物質的特定狀態是由一些規定物質狀態的參變數所決定的。參變數可分為廣延參量和內含參量兩類：廣延參量和物質的量有關，如體積、組元的摩爾數……等，內含參量又稱強度參量，它和物質的量無關，如溫度、壓力、摩爾分數等。物質的狀態由這些參變數決定，並隨這些參變數的變化而變化，用數學形式表示為：式中X代表物質的狀態。2能量狀態

返回物質狀態變化時，其能量狀態也發生變化。在熱力學中用內能、焓、熵、亥姆霍茲茨自由能F和吉布斯自由能G五個函數來表示物質的能量特徵。狀態一定，表示能量狀態的各熱力學函數的值也一定。因此，這些熱力學函數都是狀態函數。H=U+PVG=F+PVH=G+TSF=U+TS可見，焓與內能之間，吉布斯自由能和亥姆霍茲茨自由能之間，相差為PV，焓與亥姆霍茲茨自由能之間，焓與吉布斯自由能之間，相差為TS。等壓過程，dP=0，

dH=dU+PdV；dG=dF+PdV等容過程，dV=0,dH=dU+VdP；dG=dF+VdPdH和dG常應用於等壓條件，dU和dF則應用於等容條件。在相應條件下，過程吸收或放出的熱，可用來量度狀態變化時內能或焓的變化。

3各熱力學函數之間的關係返回4狀態發生變化的兩類過程返回可逆過程與不可逆過程。

根據熱力學第二定律，（3-1）式（3-1）中等號與不等號的並列恰好反映了熱力學方法的特點。等號關係屬於可逆過程，不等號關係屬於不可逆過程。這也就是說，熵增量的確定值只能用可逆過程來計算。而對不可逆過程，無法求得確定的熵增量，而是僅僅和可逆過程作比較。眾所周知，熱力學中的可逆過程是一種理想化的、無限緩慢的變化過程，而實際過程都不是可逆的，它們的熵增量無法準確計算，只能和可逆過程作比較，不等號就標明比較的含義。由於不可逆過程的熵增量無法計算，所以只有絕熱過程才直接用熵變化判斷過程的方向（）。對於等壓過程，則要應用吉布斯自由能的變化來判斷（），即可逆過程，自發進行的過程。5化學反應的吉布斯自由能化學反應的吉布斯自由能變化（）是判斷反應在恒溫、恒壓下能否自發進行的依據。

對於任意煉鋼反應，其吉布斯自由能變化可表示為：即它等於反應產物與反應物的吉布斯自由能的差值。

<0，反應能自發正向進行；>0，反應逆向進行。=0，反應達平衡。因此，的負值是反應正向進行的驅動力。此負值越大，則該反應正向進行的趨勢也越大。化學反應的熱力學性質，如溫度、壓力及活度等條件能改變吉布斯自由能變化的特徵，從而使反應向需求的方向進行。

返回3.1.2標準態和熱力學函數規定值1規定值2標準態3焓的規定值4熵的規定值5熱力學第三定律6吉布斯自由能規定值返回1規定值將熱力學應用於化學過程時，人們選擇一種物質狀態作為參考態，人為地規定在這一參考態下熱力學函數H、S、G等的數值；這樣就能求出相對於所選參考態的所有研究狀態的熱力學函數的數值。這樣計算所得數值是相對值，而不是絕對值。因為參考態的數值是人為地規定的，所以這些相對值稱為規定值。返回2標準態純物質的標準態規定為：壓力為一大氣壓（101325Pa）、任意指定溫度並具有理想氣體性質的純氣體，或者壓力在一大氣壓（101325Pa）下、任意指定溫度的純液體或純固體。返回3焓的規定值返回在化學中，規定穩定的純單質在298.16K的標準摩爾焓為零：由單質生成的化合物在298.16K的標準摩爾焓就是該化合物生成反應在該溫度下的熱效應。由於焓具有可加和性，更複雜的化學反應的熱效應可以由反應前後各物質的的代數和求得。其他溫度下的反應熱效應可按下式計算：

式中，為反應前後各物質恒壓熱容的代數和。如果在298K和T之間有的物質發生相變，在計算時必須把相變熱包括在內，而且不同溫度區間要選用不同的熱容表達公式。4熵的規定值選擇凝聚態（液或固態）純單質在一大氣壓、T趨近於零的標準態為參考態，並規定該熵值為零：返回5熱力學第三定律溫度趨近絕對零度時，凝聚態物質化學反應的值為零。由此可以推廣到，一切物質，無論單質還是化合物，趨近絕對零度時呈完整晶體狀態，其熵值為零。其他溫度下的熵值：返回6吉布斯自由能規定值規定吉布斯自由能值等於吉布斯自由能是狀態函數，故可以用類似於求的方法來計算化學反應的。但應指出，在恒溫下才有物理意義，這樣算出的，只是某一溫度下的吉布斯自由能的變化。由於的積分式過於複雜，冶金反應的可以相當精確地用線性關係式來表達：式中A和B是回歸產生的兩個係數。有人把它們近似看作和在較小的溫度範圍內的平均值。煉鋼常用反應的＝A+BT的數據主要用實驗求得。返回小結與作業小結：本此課重點熟悉標準態和熱力學函數規定值。作業：1.什麼是標準態？

2.焓與熵的值是怎樣規定的？返回一理想氣體的吉布斯自由能變化二化學反應的吉布斯自由能變化三標準生成吉布斯自由能的溫度關係式

§3.2化學反應的吉布斯自由能變化及平衡常數一理想氣體的吉布斯自由能變化恒溫下，對於1摩爾理想氣體，其吉布斯自由能的變化式為

dG=VdP(3-2)一摩爾氣體在恒溫T及外壓下的吉布斯自由能為（3-4）理想混合氣體中任一組成氣體B的吉布斯自由能則可表示為：式中—混合氣體組分B的量綱一的分壓，；

—組分B的分壓，Pa。二化學反應的吉布斯自由能變化1吉布斯自由能變化2壓力商3活度商4反應的平衡常數1吉布斯自由能變化對於分壓分別為、、、的氣體物質的化學反應吉布斯自由能變化為（3-5）式中a、b、c、d—參加反應的物質的量，mol；、、、—各物質的吉布斯能，J·mol-1。當上面的反應各物質處於標準態時，反應的標準吉布斯能變化為（3-6）式中為各物質的標準吉布斯能。2壓力商位於任意態的生成物分壓的方次乘積對反應物分壓的方次乘積之比，其比值稱為壓力商，用Jp表示。用壓力商表示，吉布斯自由能變化可寫成：3活度商如果參加反應的物質位於溶液中，則經過積分變換取對數後的運算式應該為活度商即：

(3-8)式中：aC、aD、aA、aB—分別為各物質的活度；Ja—為活度商；

—為各物質活度為1時的反應的標準吉布斯自由能；如反應處於平衡狀態，則△G=0，於是

=-4反應的平衡常數用K表示，即K=從而=-（3-9）將式（3-9）代入式（3-8）可得，（3-10）式（3-8）和式（3-10）均稱為化學反應的等溫方程。它表明化學反應按化學計量反應式從左到右發生了一單位反應的吉布斯能的變化。但需注意，雖然，這僅表示兩者數值相同，它們卻是一個化學反應的兩種不同狀態，前者為標準態，而後者為平衡狀態。三標準生成吉布斯自由能的溫度關係式1範特霍夫方程式2與T的二項式1範特霍夫方程式

（3-11）

（3-12）上式稱為範特霍夫方程式或等壓方程。它可確定溫度對平衡移動的影響：（吸熱反應）時，,隨溫度的上升而增大，即平衡向吸熱方向移動；（放熱反應）時，，隨溫度的上升而減小，即平衡向相反方向，亦即向放熱方向移動；（無熱交換的反應體系）時，，與溫度無關即溫度不能改變平衡狀態。因此，通過反應的的特性，可確定溫度對反應限度（）的影響——提高溫度，平衡向吸熱方向移動。2與T的二項式

的溫度函數的二項式：。式中常數A、B是用二元回歸法處理得到的。它們分別相當於在此二項式適用的範圍內標準焓變及熵變的平均值。一溶液組分濃度的單位及其相互轉換關係二溶液的基本物理化學定律

§3.3溶液的熱力學性質——活度及活度係數（1）一溶液組分濃度的單位及其相互轉換關係1濃度2各種濃度表示方法3各種濃度之間的轉換關係1濃度濃度是單位品質或單位體積的溶液所含某組分的量。組分的濃度是溶液熱力學的基本參數。2各種濃度表示方法（1）品質分數(百分比濃度)（ωB）（2）物質的量濃度(cB)①B的物質的量（nB

）②物質的量(摩爾)濃度(cB)（3）摩爾分數（xB

）（4）氣體B體積分數（5）氣體B的量綱一的分壓（1）品質分數(百分比濃度)（ωB）組分B的品質占溶液品質的比叫品質分數濃度，最常見的是用100g溶液中含組分B的品質，也就是百分比濃度，用ωB表示，品質分數用百分數給出，在圖表中，用符號ωB/%表示。（2）物質的量濃度(cB)①B的物質的量（nB

）組分B的物質的量(用nB

表示)是組分B的品質(用mB

表示)除以摩爾品質，用mol表示。

(3-13)式中：

nB—B的物質的量，mol；

mB—B的品質，g；

MB—B的摩爾品質，g·mol-1②物質的量(摩爾)濃度(cB)單位體積的溶液中含某種組分B的摩爾數量叫物質的量濃度，也叫摩爾濃度，單位是mol·L-1(或mol·m-3)。

cB

＝(3-14)（3）摩爾分數（xB

）組分B的物質的量與溶液中所有組分物質量總和之比叫摩爾分數，用xB

表示，沒有單位。（4）氣體B體積分數以百分數給出（5）氣體B的量綱一的分壓3各種濃度之間的轉換關係（1）

(二元系)（3-15）式中MA、MB—容積及溶質的摩爾品質。（2）（二元稀溶液（3-16）由於稀溶液中，遠遠小於100MB，故可對上式進行簡化。（3）（3-17）式中ρ—溶液的密度，kg·m-3。（4）（3-18）式中，當p=1(量綱一的量)時，二溶液的基本物理化學定律1分配定律2能斯特定律3拉烏爾定律4亨利定律1分配定律分配定律表示在一定溫度下，不相混合的兩相達到平衡時，組分B在兩相中的濃度比是常數，可用下式表示：式中—分別為組分I在Ⅰ相和Ⅱ相中的濃度；

—分配常數。它是溶液的基本定律2能斯特定律接觸的兩相均是凝聚相，溫度一定時，組分在此兩平衡相中的濃度比是常數。3拉烏爾定律（1）溶液的蒸氣壓（2）拉烏爾定律（1）溶液的蒸氣壓①飽和蒸氣壓蒸發：液體表面個別能量高的分子可能掙脫周圍分子的引力而逸至空間成為蒸氣，稱為蒸發。凝結：在空間蒸氣中某些能量較低的分子也會回到液體中，稱為凝結。飽和蒸氣壓：一定溫度下，密閉容器中，開始分子從液體中逸出速度快，隨著氣體分子數的增多，氣體分子返回液體的速度上升，逸出速度與返回速度相等，處於動態平衡時，蒸氣所具有的壓強叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。與液體相似，固體也有蒸氣壓。②蒸氣壓的影響因素：A．溫度：元素的飽和蒸氣壓隨溫度升高而增大，蒸氣壓與溫度之間有以下關係：

(3-19)式中：lgP——蒸氣壓的對數，P單位MPa；

T——絕對溫度，K；

A,B——常數，見表3-1。（P21）B．溶質成分：溶液的蒸氣壓隨溶質成分增加而降低，具體見拉烏爾定律。（2）拉烏爾定律在溶液中當組分B的xB→1時，它的蒸氣壓與其濃度呈線性關係，即在一定溫度下，稀溶液中溶劑的蒸氣壓等於純溶劑的飽和蒸氣壓和溶液中溶劑摩爾分數濃度的乘積。---拉烏爾定律其數學運算式為：

(3-20)—組分B在的平衡蒸氣分壓；

—純組分B在同溫度下的飽和蒸氣壓；

—組分B的摩爾分數。在整個濃度範圍內，服從拉烏爾定律的溶液稱為理想溶液。4亨利定律在溶液中當組分B的xB→0時，它的蒸氣壓與其濃度呈線性關係，即在一定溫度下，稀溶液中溶質的蒸氣壓與溶質濃度成正比。---亨利定律其運算式為：

(3-21)式中：—比例常數。在xB=1，即實際的純物質B的蒸氣壓為，所以可視為假設的純組分B的蒸氣壓，又稱為假想純物質B的蒸氣壓。純物質和假想純物質在一定溫度的蒸氣壓可作為計算實際溶液組分活度的基本數據，因而稱之為活度的標準。亨利定律中的濃度可用各種濃度。如摩爾濃度、摩爾分數濃度、品質分數濃度等，但各濃度的K值不同。鐵水預處理和真空處理時金屬液中各元素的蒸發規律服從亨利定律。一活度及活度係數二活度標準態的選擇及轉換

§3.3溶液的熱力學性質——活度及活度係數（2）一活度及活度係數(1)1.以拉烏爾定律為基準或參考態，對組分B濃度進行修正：活度：修正後的濃度值稱為活度（亦稱為有效濃度），用表示。活度係數：修正係數稱為活度係數。下標R表示按拉烏爾定律為基準的活度。則：

—組分B在時，溶液若為理想溶液的蒸氣壓；

—以拉烏爾定律為基準，組分B在的活度。理想溶液就是完全符合拉烏爾定律和亨利定律的溶液。即活度係數等於1的溶液。一活度及活度係數(2)2.以亨利定律為基準活參考態，對濃度進行修正：則：

—組分B在時，溶液若為稀溶液的蒸氣壓；

—以亨利定律為基準，組分B在的活度。一活度及活度係數(3)3.當用品質分數ωB代替摩爾分數時，同樣可得修正式：則：因此，由上面的討論，可以得出溶液組分B活度的定義式：

（3-22）式中PB—實際溶液在xB

或ωB時，組分B的蒸氣壓；

PB(標）—代表、、，分別為純物質B，假想純物質B及ωB=1%溶液的蒸氣壓。它們也是兩定律的比例常數。因此，把具有這種蒸氣壓或兩定律的比例常數的狀態稱為活度的標準態。根據活度的定義式，標準態的活度應為1。活度係數γ

Ｂ或則是濃度的修正係數，它表示實際溶液對選作標準溶液偏差的方向（正或負偏差）及程度。活度是量綱一的量，是個相對值，但對不同的標準態，由同一組分的蒸氣壓計算的活度有不同的數值。：是稀溶液內組分B以純物質為標準態的活度係數（），其值為常數。表示稀溶液對理想溶液的偏差。可由當→1時的極限求得。（見書P23圖3-2）二活度標準態的選擇及轉換1活度標準態的選擇2活度標準態之間的轉換1活度標準態的選擇（1）選純物質作標準態：一般作為溶劑或濃度較高的組分可選純物質作標準態，當其進入濃度較大的範圍內時，其活度值接近於其濃度值。（2）選用假想純物質或品質1%溶液作標準態：組分的濃度比較低時，可選用假想純物質或品質1%溶液作標準態，而進入濃度較小的範圍內，其活度值也接近其濃度值。（3）應用：在冶金過程中，作為溶劑的鐵，其中元素的溶解量一般不高，則可視ω[Fe]≈100%，x[Fe]≈1,以純物質為標準態時，a[Fe]=1，γ[Fe]=1。2活度標準態之間的轉換（1）純物質標準態活度與假想純物質標準態活度之間的轉換：故---（3-23）（2）純物質標準態活度與品質1%溶液標準態活度之間的轉換：

---（3-24）（3）假想純物質標準態活度與品質1%溶液標準態活度之間的轉換：

----（3-25）一氧化物的氧勢及氧化物的穩定性二氧勢圖

§3.4氧化物的標準生成吉布斯自由能—溫度圖一氧化物的氧勢及氧化物的穩定性1氧化物的穩定性2氧化物的氧勢1氧化物的穩定性化合物的相對穩定性可以用化合物的標準生成吉布斯自由能的大小來判斷。由於各種氧化物中元素的價數不同，為了互相比較各氧化物的穩定性，故將氧化物的標準生成吉布斯自由能按一摩爾氧，而不是按一摩爾氧化物或一摩爾單質來計算。2氧化物的氧勢若所有參加反應的物質均在標準態，則：

J•mol-1（3-26）

—反應的標準平衡氧分壓。稱為氧化物的氧勢，它表示氧化物中氧逸出的趨勢。例如，當氣相的氧分壓小於氧化物的平衡氧分壓時，此氧化物不穩定，將發生分解；反之，氧化物將穩定存在或單質M將繼續被氧化成氧化物。二氧勢圖1氧勢圖定義2氧勢圖的說明3氧勢圖的應用4例題1氧勢圖定義

式中，*號表示平衡態，也稱為氧化物的分解壓力。在平衡狀態下，測量氣相的氧分壓，就可求出。把各種氧化反應的關係式用圖形表示，稱為氧勢圖，如圖3-3（P33）。氧化反應的，稱為該氧化物在某一溫度下的氧勢。2氧勢圖的說明(1)2氧勢圖的說明(2)圖3-3中縱坐標為元素和一摩爾氧化合時標準吉布斯自由能的變化，橫坐標為溫度。每一條線代表一種氧化反應的關係。1.反應直線的斜率為負值時，表明氧化物的穩定性隨溫度的升高而減小；2.反應直線的斜率為正值時，表明氧化物的穩定性隨溫度的升高而增大；3.反應直線的斜率接近於零時，表明氧化物的穩定性不隨溫度而改變。4.圖中直線的斜率發生了改變，表明氧化物的穩定性有突變。物質在加熱過程中發生相變（熔化、昇華、氣化）時，要吸收熱能（），因而直線在相變溫度出現了轉折。3氧勢圖的應用(1)利用氧勢圖可確定氧化物的基本熱力學性質。(1)氧化物的穩定性如前所述，氧化物在一定溫度的穩定性可用表示，它在不同溫度的值可直接從圖中讀出。溫度對氧化物的影響可由直線斜率的特性確定。直線與=0水平線交點的溫度是該氧化物在標準態的分解溫度。氧化物在此溫度的平衡氧分壓為101.325kPa。(2)在已知溫度T和氣相氧分壓po2

時，確定元素或氧化物的穩定性：①的負值越大或氧勢越小的氧化物，其穩定性就越大，它在圖中的直線的位置就越低。3氧勢圖的應用(2)②任一單質與氧化物反應時，反應總是向著小的氧化物生成的方向進行，因為這時反應的<0，所以對於任意的兩個氧化物，直線位置低的氧化物中的非氧元素或低價氧化物（如CO）能從直線位置高的氧化物中奪取氧，而將後一氧化物中的非氧元素還原出來。例如，MnO的直線位於FeO的直線之下，故元素Mn能還原FeO，即：

Mn(s)+FeO(s)=Fe(s)+MnO(s)3氧勢圖的應用(3)(3)求氧化物的平衡氧分壓由於，故能由求出氧化物的平衡分壓。如圖3-4所示，取溫度為Tˊ

，氧化物生成反應的線與線交於E。連接OE並延長到軸，所得交點即為此氧化物在溫度為Tˊ時的平衡氧分壓。當改變溫度為時，線交線於F，連接OF，交座標於G，則氧化物在時的分解壓=G，這樣可求得各種氧化物在指定溫度下的分解壓。分解壓表示氧化物分解趨勢的大小，分解壓越大，該氧化物越容易分解。3氧勢圖的應用(4)（4）求各種元素選擇氧化的轉變溫度在兩線相交處，其值相等。例如碳和錳氧化線在1400℃相交，說明在此溫度下生成CO和生成MnO的趨勢相同，即兩種氧化物有相同的穩定性。當溫度低於1400℃時，Mn優先被氧化，溫度高於1400℃時，C優先被氧化。由此可知，線的交點正是元素優先氧化順序的轉變點，該點所對應的溫度稱為“選擇性氧化轉變溫度”。4例題（1）例題1：分析1500℃時，Al還原MnO的可能性。解：由圖3-1查出（1）（2）（2）-（1），得

<0，說明在壓力l01325Pa、溫度1500℃的條件下，鋁可將錳還原出來。4例題（2）例題2：用熱力學數據計算Mn、C被O2優先氧化的轉變溫度。解：由熱力學函數表查得

[J·mol-1][J·mol-1]令兩反應的相等，以J為單位時算出T=1688.7K。由計算結果可知，當Mn、C同時和O2相遇，若T＜1688K（1415℃），則Mn優先於C氧化；若T＞1415℃，則C優先氧化。一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容4.1.1動力學方法和熱力學方法的比較4.1.2化學反應級數及化學反應速率式4.1.3反應級數的確定及反應速率常數式4.1.4可逆反應的速率式4煉鋼動力學基礎（第一講）

復習提問返回1.影響化學反應速度的因素。2.影響化學平衡的因素。3.平衡常數有何特點？4.解釋名詞分解壓並說出分解壓的特點。4.1.1動力學方法和熱力學方法的比較下頁研究反應過程的速率和機理的重要意義。動力學是討論過程速率現象的學科，其基本關係式為：速率=驅動力／阻力。化學反應中，過程的驅動力是遠離平衡的程度，也就是實際狀態與平衡狀態的差值。阻力的倒數稱為動力學常數或速率常數。對於碳氧反應速率式為：（4-2）式中，k稱為速率常數，其倒數是反應的阻力。微分前的負號表示在降低，有了這個負號可使速率保持正值。4.1.1動力學方法和熱力學方法的比較返回微觀動力學範疇與宏觀動力學。煉鋼過程動力學即屬於宏觀動力學。煉鋼反應過程是由物質的擴散和介面化學反應等環節組成的串聯過程，其中速率最慢的環節限制著整個反應過程的速率。這個最慢的環節就稱之為反應過程速率的限制性環節。為此可以把煉鋼反應區別為化學控制或是傳質控制。如果兩種步驟快慢相近，則為複合控制。為了把握好過程的控制環節，先要對化學反應和傳質這兩個環節本身的規律有必要的瞭解。研究煉鋼反應動力學的目的就在於通過研究反應在各種條件下的組成環節，導出反應速率的方程，找出反應的限制性環節，討論各種因素對速率的影響，以便用來控制和改進實際操作，提高冶煉的強度及生產率。4.1.2化學反應級數及化學反應速率式1.基元反應。2.品質作用定律。3反應級數。4化學反應速率式返回1.基元反應。返回一般來說，一個化學反應方程式僅僅表示反應的初、末態，至於反應的歷程，即反應機理怎樣，由原始物變成產物的過程中，要經歷什麼步驟，這是看不出來的。事實上，化學反應一般多是由若干個簡單步驟所組成。每一個簡單步驟稱為一個基元反應。2.品質作用定律。返回品質作用定律是：化學反應速度與各反應物濃度的冪次方的乘積成正比。對於基元反應各濃度的冪指數等於反應方程式中各反應物前的係數，但多步反應冪指數不一定是反應物前係數。例如，反應式為：aA+bB＝cC+dD反應速度方程式式中k是比例常數，不隨濃度而變，稱為反應速率常數或反應比速。它的物理意義是反應物濃度都是1濃度單位時的反應速率。K值大小取決於參加反應物質的本性、溶劑性質和溫度等。另外，k值與濃度和時間所採用的單位以及按哪一個反應物來表示反應速率都有關系。3反應級數返回由於反應機理在許多情況下還不知道，因而不能按品質作用定律直接寫出其速率方程。速率方程中的濃度方次只能由實驗確定，其結果式（4—4）類似：

式中、β由實驗確定。n=α+β+······n稱為反應級數。反應級數就是反應速率方程中各物質濃度方次之和。反應級數只是一個實驗值，不一定是整數。

4化學反應速率式返回

通過積分，可得表4-1。見書30頁。4.1.3反應級數的確定及反應速率常數式1反應級數的確定2阿累尼烏斯公式返回1反應級數的確定返回（1）積分法（嘗試法）將實驗測定的各時間反應物的濃度代入速率的各積分式中，試探其中哪個積分式求出的k不隨時間而變化，則該式求出的級數就是所求反應的級數。如果不論哪一公式計算所得的k值都不是常數，那麼這個反應一定是不能用整數級數表示的複雜反應。（2）作圖法用實驗數據按c對t作圖，如為直線，則反應為0級。如按lnc對t作圖呈直線，則反應為一級，餘此類推。此法和前法都不能確定分數級反應的級數。其次，還有半衰期法、微分法等。2阿累尼烏斯公式返回化學反應速率常數k與絕對溫度之間有如下的阿累尼烏斯關係式：式中E—化學反應的活化能，它是完成化學反應，是物質變為活化分子所需要的平均能量，J/mol;

—指數前係數，又稱為頻率因數，也是時的k。阿累尼烏斯公式表明反應速率隨著溫度的升高而加快，對於有相近值的不同反應，活化能越小，則在一定溫度時的k就越大，即反應趨向於沿著活化能較小的途徑進行。

2阿累尼烏斯公式化學反應的活化能是反應分子具有的高出一般分子平均能量的能量，用以克服反應物轉變為生成物歷程中的能礙。在一定溫度範圍內，E可看作一個與溫度關係不大的常數，但它能反映溫度對反應速率的影響。E值很大的反應在低溫下的速率很小，提高溫度時，k值增加很快；E值小的反應在低溫下就有較高的速率，但溫度提高後，k值增加較慢，亦即溫度對加速這種反應速率的作用不及前一種反應的大。表觀活化能返回4.1.4可逆反應的速率式返回對於一級可逆反應，由式（2-8）知，可逆反應速率的微分式為：式中稱為一級可逆反應的速率常數。它是由正反應的速率常數和反應的平衡常數組成，體現了動力學因素和熱力學因素的結合。由以上微分式可進一步導出其積分式。式中—積分常數，能由t=0得初始濃度求得因而上式變為或一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容4.2.1傳質的兩種方式4.2.2分子擴散及擴散係數4.2.3對流擴散及傳質係數

4煉鋼動力學基礎（第二講）復習提問返回1.解釋：品質作用定律、反應級數。2.寫出一級可逆反應速率的微分式。3.寫出阿累尼烏斯公式並說明其化學意義。4.2.1傳質的兩種方式返回1.分子擴散：是在靜止體系中發生，物質遷移的驅動力是各部分之間存在的濃度梯度。2.對流擴散：是在流動體系中發生的。擴散分子的運動和流體的對流運動同時發生，使物質從一個地區遷移到另一個地區的共同作用，稱為對流擴散。3.擴散通量：物質單位時間內，垂直於擴散方向上通過單位截面積擴散的物質的量稱為該物質的擴散通量或傳質速率，單位是mol•m-2•s-1

。煉鋼反應是高溫下的化學反應，活化分子較多，所以除少數反應外，大多數冶金反應是傳質控制的。擴散的基本規律是兩個菲克擴散定律。4.2.2分子擴散及擴散係數返回1.分子擴散的基本定律——菲克定律2.擴散係數1.分子擴散的基本定律——菲克定律下頁（1）適用範圍：在靜止的混合體系中物質的擴散服從菲克定律。（2）文字表述：物質在單位時間、垂直於擴散方向上，通過單位截面積的量，即擴散通量與擴散方向的濃度梯度成正比。式中J—擴散通量，mol•m-2•s-1

；

—濃度梯度；

D—擴散係數，m2•s-1

；

A—擴散通過的截面積，。

負號表示擴散通量的方向與濃度梯度的方向相反。

上式適用於穩定態和非穩定態的擴散。

1.分子擴散的基本定律——菲克定律返回（3）菲克第一定律、菲克第二定律穩定態的擴散：單位時間內進入某擴散層的物質等於流出的通量時收入等於支出，擴散層內沒有物質積累。擴散層內各處物質的濃度不隨時間而改變，所以濃度梯度是常量（常數）。此種狀態下稱為菲克第一定律。非穩定態的擴散：當單位時間進入某擴散層的物質的通量不等於流出的通量時，擴散層內就有物質的積累，濃度隨時間而改變，它的濃度梯度不是常量，此種狀態下稱為菲克第二定律。菲克第一定律可表示為：式中、c—擴散層兩端的濃度(＞c）。2.擴散係數返回擴散係數D是濃度梯度=1的擴散通量。它是體系局部狀態的函數，所以和T、p及體系的局部成分有關。擴散係數與溫度的關係式為：在凝聚相中，原子是沿鄰近的空位擴散的，所以這擴散活化能就是產生鄰近空位所需的能量。當空位形成後，原子沿空位移動的能量很小。4.2.3對流擴散及傳質係數1.對流擴散方程2.傳質係數的確定返回1.對流擴散方程返回式中J—擴散通量，mol•m-2•s-1

；

—濃度梯度；D—分子擴散係數，m2•s-1

；

C—濃度，mol•m-3

。，如果氣（流）體在固體物的表面流動，氣流中的某組分向此固體表面擴散（或固體表面的物質向氣流中擴散），氣相反應物組分的濃度是c，而在固體物介面上的濃度是,則擴散的速率（摩爾通量）與此濃度差成正比，從而可表示為：

2.傳質係數的確定返回傳質係數可由模型法，量綱分析法兩種方法確定。（1）模型法有兩種理論：邊界層理論、表面更新理論。速度邊界層：有速度差存在的區域。傳質邊界層：在相介面附近的流體中出現了物質的濃度和流體內部的濃度有較大差別的所謂擴散邊界層。溫度邊界層：流體內部的溫度不同於相介面的溫度，於是在固體表面附近形成了溫度邊界層。(2)量綱分析法所謂量綱分析法就是把某一物理量的有關參數組成幾個無量綱准數，而這些准數之間的關係可表示成指數的函數式，通過模型實驗再證實這種關係的存在，並確定式中各准數的指數和常數，就能建立物理量的數學方程。一、組織教學、復習舊課，引入新課二、教學內容4.3.1准穩態原理4.3.2速率式的導出4.3.3反應過程的速率範圍4.3.4反應過程速率的影響因素4.3.5速率限制性環節的確定

4煉鋼動力學基礎（第三講）復習提問返回1.解釋：分子擴散、對流擴散、擴散通量、穩定態擴散、非穩態擴散。2.寫出對流擴散的擴散通量運算式。3.寫出分子擴散的擴散通量運算式。4.3.1准穩態原理返回所謂准穩定態原理就是一個串聯反應進行了一段時間之後，各環節的速率經過互相調整，從而達到相等。這時反應物由相內向相介面供給的速率等於其在相介面上反應生成產物而消耗的速率或等於產物從相介面移走而進入相應相中的速率，即在這一過程中，不出現物質的積累，因而整個過程將處於准穩定態中。因此，當建立了各環節的速率方程時，利用准穩定態原理，使各環節的速率相等，聯立解這些方程，消去難於測定的未知介面濃度，就可求出反應過程速率的方程。4.3.2速率式的導出下頁為簡便計，僅講述參加反應中的一個組分在相介面上轉變為一個生成物的一級可逆反應。如圖4-4，Ⅰ、Ⅱ兩相是不相混合的兩液相，Ⅰ相內反應物的濃度為,當此反應物達到相介面時，濃度下降為；在此，通過化學反應轉變成介面濃度為的生成物，然後再向Ⅱ相內擴散，其濃度下降為Ⅱ相的濃度。整個過程由首尾相連的三個環節所組成，分別表示兩相內擴散邊界層的厚度。4.3.2速率式的導出下頁三個環節的速率式如下：反應物向相介面擴散：（Ⅰ）介面化學反應：（Ⅱ）產物離開向介面擴散：（Ⅲ）式中：、—分別為Ⅰ、Ⅱ兩相內組分的傳質係數；—化學反應速率常數；

—反應平衡常數，反應為一級可逆反應；

—反應的相介面面積。

4.3.2速率式的導出返回當反應過程處於准穩定態時，==，可從此得出總反應的速率。式中：是反應的驅動力，而分母中各環節速率常數的倒數則表示反應進行中的阻力。這三個阻力之和是總反應的阻力。這表明反應過程的速率正比例於其驅動力，而反比例於其阻力，和電化學中的歐姆定律相似。這種兩相間反應介面兩側都存在著表徵擴散阻力的濃度邊界層的模型稱為雙膜理論，多用於處理液-液相或氣-液相反應過程的動力學。4.3.3反應過程的速率範圍返回1.當式（4-22）中>>時，反應過程的限制性環節是介面化學反應。在這種情況下，相介面上的組分濃度與相內相同，這稱為化學反應限制或過程位於動力學範圍內。2.當<<時，過程的限制性環節是組分的擴散。雖然在高溫下介面化學反應的速率很快，但受到擴散的限制，所以反應只能集中在一定的相介面上進行，而相介面上組分的濃度接近於反應的平衡濃度，這稱為擴散限制環節或過程位於擴散範圍內。3.當≈時，介面反應和擴