武汉科技大学814冶金原理2011-2017(都有答案)考研真题+答案

PAGEPAGE28姓名：报考学科、专业：准考证号码：密封线内不要写题二O一一年招收硕士研究生入学考试试题考试科目及代码：冶金原理808适用专业：冶金物理化学、钢铁冶金、有色金属冶金可使用的常用工具：直尺，计算器，铅笔，橡皮答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。考试时间3小时，总分值150分。可能用到的基本数据：元素原子量MSi=28，MMn=55，MFe=56，MO=16。CaO（s）+CO2=CaCO3（s）G0=-170577+144.19TJ/mol。简答题（44+66=52分）氧化物MO的溶解反应MO（s）→（MO），其中（MO）的活度标准态分别选纯固态MO（s）与纯液态MO（l），（MO）的活度值是否相等？在什么条件下能相等？如何定义铁液中活度的相互作用系数eBK？若eBK<0,表示第3组元K对组元B在铁液中的溶解度有何影响？已知基元反应AB的速率微分式为，问该反应为几级反应？设反应物的初始浓度为C0，请写出该反应速率积分式的表达式。熔渣中氧化物CaO、SiO2、Fe2O3、FeO酸碱性高低顺序是什么？利用下述结构的固体电解质电池测定钢液溶解氧含量：Mo丝|[O]Fe|ZrO2（MgO）|Mo（s）＋MoO2（s）|Mo丝请写出电极反应、电池反应。请用公式表出化学反应的速率常数k与温度T的关系，并注明公式中其他量的物理意义。简述熔渣的完全离子溶液模型。请评价该模型在熔渣理论中的地位。在氧势图（Ellingham图）中，2C+O2=2CO的氧势线倾斜向上，还是倾斜向下？为什么？其在冶金中的意义如何？请在你所学知识中，列举至少3个衡量氧化物稳定性大小的方法。铁水预处理脱硫与转炉炼钢炉内脱硫，哪一种情况下硫更易脱除，为什么？（26分）研究CaCO3（s）分解反应：将CaCO3（s）放置于体积分数（CO2）=16%的气氛中，总压p’=1.25105Pa，试求CaCO3（s）分解的开始温度和沸腾温度。上述CaCO3（s）分解反应为放热反应，还是吸热反应？请描绘出分解压与温度的关系曲线示意图（注意曲线走向），并标明图中CaCO3（s）与CaO（s）的稳定区。3．一般用哪种动力学模型处理上述CaCO3（s）分解动力学过程较为合理？请依据该模型说明CaCO3（s）分解动力学过程的主要组成环节。4．若已知CaCO3（s）原始半径为ro，当分解度达到R时，请写出未分解的CaCO3（s）核心的半径的计算式。（20分）下图为具有一个二元不稳定化合物D的三元系相图，看图回答问题：请在答题册草图上标出物质A、B、D的初晶区。在草图上标出浓度三角形中Pe4，PE线的温度下降方向，分别写出液相在Pe4、PE两线上以及P点发生的相变反应式及其相变名称。在浓度三角形边上示意性补画出AB二元系相图。图中物系点N的初晶物质、最终结晶产物各是什么？液相消失于什么位置？画出图中物系点e3的冷却曲线。（12分）上图中实线为实际溶液中某组分B的蒸气压pB与其在溶液中浓度（摩尔分数浓度xB或质量百分数浓度w[B]）的关系曲线。请另在答题册草图中分别描绘出拉乌尔定律线、亨利定律线。利用草图形确定拉乌尔定律常数、亨利定律常数（含摩尔分数、质量百分数浓度表示的亨利定律），并说明各比例常数对应的物理化学含义。该实际溶液相对理想溶液与稀溶液，在图中xB=0.5时分别呈现什么偏差方向？（28分）炼钢过程中脱磷反应式：2[P]＋5(FeO)＝(P2O5)＋5[Fe]反应热效应△H0<0简述钢液脱磷热力学条件。并将上述分子反应式改写成离子反应式。如加入适当BaO，对上述脱磷反应有无促进作用？为什么？一般用哪种动力学模型处理该动力学过程较为合理？请依据该模型说明脱磷反应动力学过程的主要组成环节。当反应过程位于动力学范围内时，改变温度与搅拌强度，哪一个措施对该过程总反应速率影响更显著？试推导铁液中[P]扩散为限制性环节的速率方程积分式，并定义积分式中各量符号意义。六、（12分）钢水在1600ºC与含SiO2为50%（质量百分数）的SiO2-FeO-MnO三元系渣平衡，钢水中氧浓度为0.08%（质量百分数）。假定这个渣在FeO一定的浓度范围内为理想溶液，且在1600ºC氧在钢水中的饱和溶解度为0.25%（质量百分数）。试求渣的质量百分比组成。参考答案及评分参考简答题（44+66=52分）一般不相等。熔化焓近似等于0或在熔点温度时。；溶解度增加。由于反应物浓度随时间的变化率与反应物浓度的一次方成正比，该反应为1级反应。速率积分式：lnCA=-kt+lnC0碱性减弱方向：CaO，FeO，Fe2O3，SiO2。正极（右极）：MoO2（s）＋4e＝Mo（s）＋2O2-；负极（左极）：2O2-＝2[O]＋4e电池反应：MoO2（s）＝Mo（s）＋2[O]；：化学反应活化能，它是完成一化学反应进度，使物质变为活化分子所需的平均能量，J/mol；：指前系数或频率因子，是T0时的k；：气体常数，8.314J/(molK)。由正、负离子分别组成的两个理想溶液的混合溶液是完全离子溶液。虽在应用上受到一定限制，但它在熔渣理论上起了犹如理想溶液对实际溶液标准态的作用，可衡量某实际溶液对此的偏差；另外，导出的活度公式是其它离子溶液模型计算活度的基本公式。倾斜向下；该反应熵变大于0，而斜率为熵变的负值，因此斜率为负，倾斜向下；由于绝大多数氧化物氧势线倾斜向上，均能与2C+O2=2CO的氧势线相交，因此碳可以是万能还原剂。氧化物生成反应的标准吉布斯能、分解压、氧势。在一定温度下，生成反应的标准吉布斯能愈负，分解压小，氧势小，氧化物稳定性大。铁水预处理更容易脱硫。脱硫的热力学条件是高温、高碱度、低氧化性。铁水条件下还原性较强（低氧化性），另外铁水中Si、C浓度较高，可显著增大硫的活度系数，有利脱硫反应。而转炉炼钢过程中氧化性较强，金属液中Si、C浓度较低，脱硫效果较差。（26分）1.量纲一压力：分压，总压CaCO3（s）=CaO（s）+CO2G0=170577-144.19TJ/mol。则开始温度：pCO2=0.2，T=1083K或810ºC；沸腾温度：pCO2=1.25，T=1198K或925ºC吸热反应。如图。未反应核模型。界面化学反应，内扩散，外扩散。4．三、（20分）如图。Pe4线：包晶反应，L＋A＝D；PE线：共晶反应，L＝D＋C；P点：包晶反应，L＋A＝D+C如图。A；B+C+D；E如下图。（12分）如图。如图示。拉乌尔定律常数：纯物质的蒸汽压；亨利定律常数（摩尔分数表示）：假想纯物质的蒸汽压；亨利定律常数（质量百分数浓度表示）：符合亨利定律的质量1%溶液的蒸汽压。负偏差；正偏差。五、（28分）低温、高FeO渣、高碱度渣。有。碱性BaO提高了体系中氧离子浓度，且降低了磷酸根离子的活度系数，有利正反应方向。双膜理论：钢液中[P]钢液侧边界层内向钢渣界面扩散；渣本体中FeO在渣液侧边界层内向钢渣界面扩散；界面化学反应；界面反应产物（P2O5）向渣本体扩散；界面反应产物Fe向钢液本体中扩散。改变温度。当铁液中[P]的扩散控速时，动力学方程式中则可得w[P]0：初始[P]含量；km：容量速率常数。六、（12分）（FeO）=[O]+[Fe]又对于纯FeO渣：，则转化为质量分数：利用上式，可解出：，则姓名：报考学科、专业：准考证号码：密封线内不要写题二O一二年招收硕士研究生入学考试试题考试科目及代码：冶金原理814可使用的常用工具：计算器，直尺，铅笔，橡皮答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效，考完后试题随答题纸交回。考试时间3小时，总分值150分。注意：本试题可能用到的基本数据如下：Si（l）+O2=SiO2（s）G1=-946350+197.64TJ/mol；C（s）+1/2O2=COG2=-114400-85.77TJ/mol；Si（l）=[Si]（[Si]取质量1％溶液为标准态）G3＝-131500-17.61TJ/mol；铁液中组元活度相互作用系数＝0.11，＝0.18；气体常数R=8.314J/molK；Fe原子量56，Cu的原子量64。（16分）简答题已知某金属元素M（s）的熔化热为，正常熔点为Tm。分别写出熔化过程M（s）→M（l）在熔点Tm时的标准熔化吉布斯能和在反应A→B为0级基元反应，A的初始浓度为C0，请写出反应过程中A的浓度CA与反应时间t的微分关系式、积分关系式。氧势图中一些凝聚态氧化物的氧势线为何发生转折？C（石）＋O2＝CO2线为何近似水平？适用于转炉炼钢渣的基本三元系相图由哪3个主要氧化物组元构成？其中碱性最强的氧化物是哪一个？（14分）利用固体电解质电池测定某钢液的氧含量，电池结构为：Mo丝|Cr（s）+Cr2O3（s）|ZrO2(MgO)|[O]Fe|Mo丝在温度为TK时，测得电池的电势为EV。另外，可查到下述反应的基本热力学数据：2Cr(s)＋3/2O2＝Cr2O3(s)，J/mol；（1）O2＝[O]1%，J/mol（[O]以质量1％溶液为标准态）（2）试利用上述数据推导温度为TK时钢液中氧的质量分数w[O]的计算公式（假设固体电解质为纯氧离子导体，要求写出电极反应、电池反应、相关公式）。（15分）在1873K，Fe-Cu系内铜的蒸气压测定值如下表。纯铜蒸气压的温度关系式为lgpCu*=15919/T-6.636，pCu*的单位为Pa；且当铜的摩尔分数x[Cu]=0.015时铜的蒸气压符合亨利定律。1.计算Fe-Cu系内当摩尔分数x[Cu]=0.217时铜以纯铜、假想纯铜及质量1%溶液为标准态的活度及活度系数。2.该实际溶液在x[Cu]=0.217时相对理想溶液与稀溶液，分别呈现什么偏差方向？摩尔分数x[Cu]0.0150.0610.2170.792蒸气压pCu/Pa8.730.953.264.7（共26分）研究铁液中Mn的氧化反应：[Mn]＋（FeO）＝（MnO）＋[Fe]。该反应热效应H<0。回答下列问题：该反应为[Mn]的直接氧化反应式，还是间接氧化反应式？利用分子反应式，分析有利于[Mn]氧化的热力学条件。一般用哪种动力学模型处理该动力学过程较为合理？根据该模型，请描述该动力学过程的组成环节。当反应过程位于扩散范围内时，改变温度与搅拌强度，哪一个措施对总反应速率影响更显著？在电炉炼钢氧化期中如果[Mn]氧化反应的限制性环节是钢液中[Mn]的扩散，请推导此时锰氧化的速率方程积分式，并计算锰氧化90%所需的时间。已知：渣-钢界面积A=15m2，扩散系数DMn=10-7m2s-1，边界层厚度=310-4m,钢液密度=7000kgm-3，电炉容量m=27吨。（共42分）下左图为CO还原固态铁氧化物的平衡图，回答下列问题：Fe可形成3种氧化物：FeO、Fe3O4、Fe2O3。其中分解压最大的氧化物为哪个？氧势最大的氧化物为哪个？高温下最稳定的氧化物又为哪个？写出图中①、②、③、④线所对应的铁氧化物的还原反应式？图中②、③、④线的交点（即O点）的自由度f为多少？请说明图中曲线倾斜向上或倾斜向下的原因。在温度高于1000C时，图中哪条线对应的反应最易进行？哪条线对应的反应最难进行？图中③线所对应的反应为直接还原反应，还是间接还原反应？假设固体反应物致密，而固体产物多孔，且还原反应前后体积基本不变。若需分析该反应过程动力学，一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请依据该模型，说明该动力学过程的主要组成环节。若设图中反应③对应的固相反应物矿球原始半径为，当还原率为R时，请写出相应的未还原核的半径。推导可逆反应③的平衡常数K与正反应速率常数k+及逆反应速率常数k-的关系式。若将Fe2O3小矿块分别置于如下环境，请指出该矿块中Fe2O3相的变化历程？（1）400C，70％CO＋30％CO2；（2）900C，50％CO＋50％CO2；（3）800C，10％CO＋90％CO2；（4）1000C，且体系中存在固体碳。在任何温度下，反应Fe2O3（s）+3CO=2Fe（s）+3CO2能否达到平衡？能否通过查阅热力学数据计算得到该反应的标准吉布斯自由能？（20分）上右图为具有一个二元不稳定化合物D的三元系相图，看图，并在答题纸上回答下列问题：请分别写出物质A、B、D的初晶区域。请分别写出浓度三角形中e3E，PE线的温度下降方向，分别写出液相在Pe4、PE两线上以及P点发生的相变反应式及其相变名称。请示意性补画出浓度三角形边上AC二元系相图。图中物系点M的初晶物质、最终结晶产物各是什么？液相消失于什么位置？画出图中物系点e2的冷却曲线。（17分）高炉内熔渣中的SiO2被铁液内饱和碳还原。若高炉内CO分压力＝150kPa；炉渣中＝0.01（取纯固态SiO2为标准态）；铁水中＝0.3%，＝5.5%（设达到饱和状态）。依题意，写出该还原反应式，并改写成离子反应式。求渣中SiO2还原的开始温度。2012参考答案及评分标准（44=16分）简答题0；；（k为速率常数）相变；熵变近似为0或反应前后气体物质的化学计量系数相等CaO-SiO2-FeO；CaO（14分）电极反应：正极（右极）：[O]+2e=O2-负极（左极）：O2-＝1/2O2＋2e，2/3Cr（s）＋1/2O2＝1/3Cr2O3（s）即2/3Cr（s）＋O2-=1/3Cr2O3（s）+2e电池反应：2/3Cr（s）＋[O]=1/3Cr2O3（s）取Cr2O3（s）、Cr（s）以纯物质为标准态，而[O]以质量1％溶液为标准态，则（1分），而，则据上式可求出钢液中氧的质量分数wO。（15分）1.利用浓度转换公式：摩尔分数x[Cu]0.0150.217质量分数w[Cu]/%1.7124.05纯Cu蒸气压：由lgpCu*=15919/T-6.636，得pCu*=72.94Pa；假想纯Cu蒸气压：由亨利定律pCu=x[Cu]，得=580Pa；质量1%溶液蒸气压:由亨利定律pCu=w[Cu]，或，可得=5.09Pa。则；；；；。另外，也可求出转换。2.相对理想溶液：正偏差；相对稀溶液：负偏差（共26分）间接氧化，，[Mn]以质量1%为标准态，（MnO）、（FeO）以纯物质为标准态。条件：低温、低碱度、高氧化性。双膜理论。反应物[Mn]、（FeO）的扩散；界面化学反应；生成物（MnO）、[Fe]的扩散。搅拌强度若[Mn]氧化的限制性环节是钢液中[Mn]的扩散，则又由于很大，[Mn]很容易氧化，则0，进一步简化，积分上式：该式即为所求积分式。式中，为钢液中Mn的初始质量分数。将ms-1,m-1代入上式：，则t=1794s或30min。（共42分）Fe2O3；Fe2O3；FeO3Fe2O3（s）＋CO＝2Fe3O4（s）＋CO2；Fe3O4（s）＋CO＝3FeO（s）＋CO2；FeO（s）＋CO＝Fe（s）＋CO2；1/4Fe3O4（s）＋CO＝3/4Fe（s）＋CO2；f=0这与各线所代表的反应是吸热反应还是放热反应有关。除②是吸热反应外，其它各线均为放热反应。吸热反应倾斜向下，而放热反应倾斜向上。①；③间接还原反应；未反应核模型；外扩散，内扩散，界面化学反应。r=r0(1-R)1/3对于可逆反应净反应速率：。当反应达到平衡时，=0。故（1）Fe2O3Fe3O4Fe（2）Fe2O3Fe3O4FeO（3）Fe2O3Fe3O4（4）Fe2O3Fe3O4FeOFe不能；能（20分）Ae1Pe4A；Be3Ee2B；e4PEe3e4e3E线：e3E；PE线：PE。Pe4线：包晶反应，L＋A＝D；PE线：共晶反应，L＝D＋C；P点：包晶反应，L＋A＝D+C补画出AC二元系相图：D，B+C+D，E图中物系点e2的冷却曲线：（17分）还原反应式：（SiO2）＋2[C]＝[Si]＋2CO离子反应式：（SiO44-）＋2[C]＝[Si]＋2CO+2（O2-）（SiO2）以纯固态SiO2为标准态，[C]以纯固态C为标准态，[Si]以质量1％溶液为标准态，则SiO2（s）＝（SiO2）C（s）＝[C]而（SiO2）＋2[C]＝[Si]＋2CO＝586050－386.79TJ/mol式中，＝0.01，＝1.5，碳饱和时＝1。＝0.11×0.3＋0.18×5.5＝1.023=10.54＝10.54×0.3＝3.16则＝586050－386.79T＋8.314Tln（3.161.52/0.01）＝586050－332.19TJ/mol令0，可求SiO2被碳还原的开始还原温度586050－332.19T0T1764K姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题二O一三年招收硕士研究生入学考试试题考试科目代码及科目名称：814冶金原理可使用的常用工具：直尺，计算器，铅笔，橡皮答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效。考完后试题随答题纸交回。考试时间3小时，总分值150分。注意：本试题可能用到的基本数据如下：2C＋O2＝2CODG°＝－228800－171.54T，J/molC＋O2＝CO2DG°＝－395350－0.54T，J/molFeO（s）+CO＝Fe（s）+CO2ΔG0＝－22800＋24.26T，J/molTi（s）＋C（s）＝TiC（s）ΔG0＝－184800＋12.55T，J/molTi（s）＝[Ti]（[Ti]取质量1％溶液为标准态）ΔG0＝－25100－44.98T,J/molC（s）＝[C]（[C]取质量1％溶液为标准态）ΔG0＝22590－42.26T,J/mol活度相互作用系数,；法拉第常数F=96500C/mol，气体常数R=8.314J/(mol·K)一、（36分）简答题：某金属元素M（s）的熔化热为△fusH0m，正常熔点为Tm。写出溶解反应M（s）→[M]在温度T时的标准溶解吉布斯能△G0的表达式，其中[M]选纯液态M（l）为标准态。某反应的吉布斯能越负，是否该反应速率越快？简述理由。三元相图上某一相界线可以一段为共晶线、一段为转熔线，对否？请分别写出相图内二元共晶线、二元转熔线上的反应式。高炉炼铁渣系的3个主要氧化物组元是什么？其碱性强弱顺序？此时高炉渣碱度表述公式？某高碱度熔渣由CaO与SiO2混合组成，（1）按照熔渣的分子结构理论，熔渣中存在哪些基本质点（不考虑CaO与SiO2之间的相互作用）？（2）按照熔渣离子结构理论，熔渣中存在哪些基本质点？炉渣中CaO的光学碱度值为多少？在FeO，Fe3O4，Fe2O3,2FeO·SiO2中，1273K时还原的难易顺序？1273K分解压大小顺序？570C以下不能稳定存在的是哪一个？二、（12分）在1073K下，用下列固体电解质电池：（1）Mo，MoO2|ZrO2（CaO）|Fe，FeO（2）Mo，MoO2|ZrO2（CaO）|Ni，NiO测得的电动势分别为185mV和285mV。分别写出电池（1）、（2）的电极反应、电池反应，并计算下列反应的G：FeO（s）+Ni（s）=NiO（s）+Fe（s）三、（12分）（1）写出实际溶液中组元B的化学势的表达式，并注明式中各量含义。（2）证明一定温度下溶质B在相互接触、互不相溶的平衡共存两液相I和II中的活度和的比值为一常数。（3）在什么条件下=1？四、（20分）如图所示O-T氧势图，四条线对应的反应分别为：①2C＋O2＝2CO；②C＋O2＝CO2③2M(s)＋O2＝2MO（s）；④N(s)＋O2＝NO2（s）图中氧势O的国际单位制单位？①、②中哪个反应是碳不完全燃烧反应式？温度T1=?温度低于T1下碳燃烧的主要反应产物。温度T2时还原能力最强的物质。温度T3时氧势最小的氧化物是哪个？为何反应①倾斜向下？温度T4时CO能否还原MO？温度T5时反应④氧势线为何发生转折？温度为T4时MO、NO2中分解压小的氧化物。五、（共54分）下图为CO还原固态铁氧化物的平衡图，回答下列问题：写出图中①、②、③、④线所对应的铁氧化物的还原反应式？这些反应为直接还原反应，还是间接还原反应？请说明图中曲线②倾斜向下的原因。分析图中③线所对应该反应过程动力学，假设固体反应物致密，而固体产物多孔。（1）一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？（2）请依据该模型，说明该反应动力学过程的主要组成环节。如果③线所对应反应的正反应的速率常数在1173K时=2.97810-2s-1,在1273K时=5.62310-2s-1，试确定（1）该还原反应的级数；（2）反应的活化能，并简述活化能的物理化学含义；（3）1673K时的值；（4）1673K时该反应逆反应的速率常数。若在界面化学反应控速条件下③线所对应反应的速率方程微分式为：式中：为单位时间还原剂CO的物质的量的变化，为界面化学反应速率常数，为反应界面面积，为还原剂CO在反应界面的浓度。请把它转化为以FeO还原率R表示的速率积分式（自行设定转换过程中所需要的其它基本参数）。若将Fe3O4小矿块分别置于如下环境，请指出该矿块中Fe3O4相的变化历程？（1）550C，70％CO＋30％CO2；（2）950C，50％CO＋50％CO2；（3）800C，10％CO＋90％CO2；（4）950C，且体系中存在固体碳。六、（共16分）在高炉内冶炼钛磁铁矿，还原出来的Ti溶解于铁水中，同时伴随有TiC（s）析出，存在于熔渣-铁液界面上。如果铁水温度为1400oC，不考虑其它溶解元素的影响。求：铁水中碳为3%时与[C]呈平衡的（取质量1％溶液为标准态）；铁水中碳饱和时与[C]呈平衡的（取质量1％溶液为标准态）。姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：冶金原理（A卷）科目代码：814考试时间：3小时满分150分可使用的常用工具：计算器直尺注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、（15分）700℃时测得Cd—Sn合金的镉蒸汽压与镉浓度关系如下：%Cd150100Pcd(mmHg)5150250试分别以纯物质和重量1%溶液为标准态，确定含镉50%的Cd—Sn合金中镉的活度和活度系数。（已知MCd=112.4，MSn=118.7）二、（15分）1000℃反应器中发生还原反应Fe2O3(S)＋3CO＝2Fe(S)＋3CO2。试求反应达到平衡时反应器中气体组成。已知1000℃时：三、（15分）试计算与组成(摩尔百分数)为CaO20%，SiO220%，FeO50%，MnO10%的熔渣平衡的钢液中锰和氧的含量。已知：（1）[Mn]＋1/2O2＝（MnO）K1＝4.8×104；（2）[Fe]＋1/2O2＝（FeO）K2＝1.2×104;（3）rFeO＝0.5，rMnO＝0.8，fMn＝2，fO=1（4）与纯FeO渣平衡的钢液含氧量为0.24%。四、（15分）渣-铁界面反应[M]＋（FeO）＝（MO）＋[Fe]△H＞01、写出平衡常数K的表达式；2、基于K的表达式，写出M在渣-铁间分配比LM＝(%MO)/[%M]的表达式（设fM＝1）；3、基于LM的表达式，说明采取哪些措施有助于将M从铁液中去除（MO为酸性氧化物）。五、（15分）二元系A-B组成一简单共晶型相图。A的熔点为6000C，B的熔点为8000C；共晶点温度为4000C，共晶点液相成分为60%A和40%B。1、绘出此二元相图2、有100g含30%A和70%B的合金，自9000C冷却。问冷却到常温时合金组织内有初生B晶体，共晶A晶体和共晶B晶体各多少？六、（15分）1600℃，将含碳量为0.0625%的钢液进行真空处理。欲使真空处理后的钢液含氧量降到0.0008%，试问需用多大的真空度？已知：[O]+[C]＝COlgK＝1168/T+2.07；MO＝16，Mc＝12七、（6分×10＝60分）解答下列各题1、用△Go判断化学反应方向有无限制条件？如果有，是什么？如果无，说明理由。2、A→B为0级反应，A的初始浓度为Co。推导出反应过程中A的浓度C和反应时间t的关系式。3、渣-铁反应去硫过程的控制环节是硫在铁液中的扩散。已知渣-铁界面上硫的分配比为LＳ，硫在铁液中的传质系数为。试写出当硫在渣和铁中浓度分别为（%S）和[%S]时此去硫过程的速率式。4、一原始半径为r0的MO(S)矿球正在被CO还原成M(S)）。当还原度达到R时，未还原的MO(S)核心的半径r为何？5、写出温度为TK、压强为P′Pa的1mol理想气体的吉布斯能G的表达式，说明式中其它量的意义。6、M(S)的熔化热为△Hm，正常熔点为Tm。写出过程M(S)→M(l)在7、根据未反应核模型写出过程MnO(s)+CO=Mn(s)+CO2的组成步骤。8、定义石灰石的开始分解温度T开和沸腾温度T沸。9、A(l)+B=AB△G1°；[A]+B=AB△G2°。当A(l)以纯物质为标准态、[A]以重量1%溶液为标准态时，△G1°和△G2°的关系式为何？10、1）在高炉炼铁过程中以氧化物存在的某元素能被还原进入铁液的条件是什么？2）在炼钢过程中铁液中某元素能被氧化从铁液中去除的条件是什么？参考答案（A）简答题：（36分）（4分）△G0=△fusH0m-△fusH0mT/Tm（4分）不是。反映热力学问题，与动力学无关。与反应速率之间没有关系。（6分）是。共晶：转熔：（7分）CaO-SiO2-Al2O3；CaO-Al2O3-SiO2；w(CaO)/[w(SiO2)+w(Al2O3)]（7分）CaO分子，SiO2分子；Ca2+，O2-，SiO44-；1（8分）难易：2FeO·SiO2,FeO,Fe3O4,Fe2O3;大小：Fe2O3，Fe3O4，FeO，2FeO·SiO2;FeO二、（12分）电池（1）电池（2）正极反应2FeO+4e=2Fe+2O2-2NiO+4e=2Ni+2O2-负极反应2O2-+Mo=MoO2+4e2O2-+Mo=MoO2+4e电池反应2FeO+Mo=MoO2+2Fe2NiO+Mo=MoO2+2Ni公式＝-4E1F=＝-4E2F=则=（4E2F-4E1F）/2=2（E2-E1）F=0.2F=19300J/mol三、（12分）（1）溶液中：标准态下的化学势，；：活度；R：气体常数；T：热力学温度（2）平衡时：则：在一定温度下选定活度标准态以后，与均为定值，则也为定值。（3）当两液相中[B]均选纯物质作标准态，则，有四、（20分）（1）J/mol；（2）①；（3）974K；（4）CO2；（5）N；（6）NO2；（7）生成物气体摩尔数多或反应熵变大于0或斜率为负；（8）能；（9）反应物N相变；（10）NO2五、（共54分）1.（6分）3Fe2O3＋CO＝2Fe3O4＋CO2；Fe3O4＋CO＝3FeO＋CO2；FeO＋CO＝Fe＋CO2；1/4Fe3O4＋CO＝3/4Fe＋CO2；间接还原（4分）吸热反应倾斜向下。3.（13分）未反应核模型；外扩散，内扩散，界面化学反应。（或5个步骤）4.（17分）(1)由速率常数单位，确定为1级反应。（2）由阿累尼乌斯公式，=78908J/mol活化能：化学反应活化能，使物质质点变为活化分子进行化学反应所需的平均能量。（3）=0.334s-1（4），=0.278，，则=1.20s-15．（6分）FeO（s）+CO＝Fe（s）+CO2速率而又界面反应控速时，则有且得：6．（8分）（1）Fe3O4Fe；(2)Fe3O4FeO;(3)不变；（4）Fe3O4FeOFe六、（共16分）铁液中存在下述平衡：[Ti]＋[C]＝TiC（s）当反应达到平衡时，，即有[Ti]以质量1％溶液为标准态，而TiC（s）以纯固态为标准态。[C]以质量1％溶液为标准态：上述平衡反应的＝－182290＋99.79T，＝0.143.0=0.42=2.63=2.633.0=7.89＝－3.17，则＝0.042[C]以纯C为标准态：此时C(s)=[C]=0上述平衡反应的＝－159700＋57.53T由于[C]饱和，1＝－4.56，则＝0.01武汉科技大学2014年硕士研究生入学考试冶金原理试题（A）参考答案一、aCd(R)=150/250=0.6，rCd＝1.168；aCd(%)=150/5=30，fCd=0.6二、K=PCO23/PCO3=(%CO2/%CO/%CO)3=K1K22=64,%CO2/%CO=4%CO2:80%,%CO:20%三、[%Mn]=0.04;[%O]=0.06四、1)K=aMO/(aFeOaM)=rMO.n.(%MO)/(aFeOfM[%M]);↓2)LM=(%MO)/[%M]=K’aFeO/rMOK’=K/n3)因△H＞0，所以温度↑，K’↑，LM↑，有利于除M;因MO为酸性，所以R↑，rMO↓，LM↑，有利于除M;aFeO↑，LM↑，有利于除M。五、1）略2)初生B晶体：50g；共晶体A：30g；共晶体B：20g六、K1873K=494;[%O]始=0.0324;△[%O]=0.0316;△[%C]=0.0237;[%C]末=0.0388；真空度=PCO末=0.015大气压七、1、有限制条件，反应物和生成物都为标准状态；2、C=C0-kt;3、V=[%S]-（%S）/LＳ5、G=G0+RTln(P’/101325)G0—该理想气体的标准吉布斯能；6、△G=△Hm-T△Hm/Tm；7、9、G01=G02+RTlnr0M/(100MA)；10、1）在所处条件下，其与氧亲和力小于碳与氧亲和力的元素；2）在所处条件下，其与氧亲和力大于铁与氧亲和力的元素姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题二O一三年招收硕士研究生入学考试试题考试科目代码及科目名称：814冶金原理可使用的常用工具：直尺，计算器，铅笔，橡皮答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。考试时间3小时，总分值150分。注意：本试题可能用到的基本数据如下：CaCO3（s）=CaO（s）+CO2G=170577－144.19TJ/molSi（l）+O2=SiO2（s）G=－946350＋197.64TJ/molC（s）+1/2O2=COG=－114400－85.77TJ/mol[Si]＋2[O]＝SiO2（s）G＝－581870＋221.75TJ/mol[Mn]＋[O]＝MnO（s）G＝－295100＋129.83TJ/mol[Ca]＋[O]＝CaO（s）G＝－747250＋141.84TJ/mol2[Al]＋3[O]＝Al2O3（s）G＝－1226830＋390.37TJ/molC（s）=[C]（[C]取质量1％溶液为标准态）G＝22590－42.26TJ/molSi（l）=[Si]（[Si]取质量1％溶液为标准态）G＝－131500－17.61TJ/mol一、（36分）简答题：如何定义铁液中活度的相互作用系数？若>0,第3组元K对组元B在铁液中的溶解度有何影响？转炉炼钢渣系的3个主要氧化物组元是什么？其碱性强弱顺序？炉渣碱度表述公式？钛的氧化物TiO2（s）、TiO（s）、Ti2O3（s）氧势大小顺序？高温下哪一个更稳定？酸碱性强弱顺序？有效边界层内是否是完全静止的分子扩散？请写出扩散系数D与传质系数之间的关系式以及式中各量的国际单位制中的单位。已知基元反应AB的速率微分式为(为反应速率常数)，问在国际单位制中的单位？该反应为几级反应？设反应物的初始浓度为C0，请写出该反应速率积分式的表达式。溶质B在一定温度下互不相溶的平衡共存两液相I和II中的活度比值为一常数，但浓度比不是常数。对否？二、（12分）利用固体电解质电池测定某钢液的氧含量，电池结构为：Mo|Mo（s）+MoO2（s）|ZrO2(MgO)|[O]Fe|Mo在温度为TK时，测得电池的电势为EV。另外，可查到下述反应的基本热力学数据：Mo(s)＋O2＝MoO2(s)，J/mol；（1）O2＝2[O]1%，J/mol（[O]以质量1％溶液为标准态）（2）试利用上述数据推导温度为TK时钢液中氧的质量分数w[O]的计算公式（假设固体电解质为纯氧离子导体，要求推导过程中写出各电极反应、电池反应、相关公式）。三、（18分）如图所示为具有一个稳定的二元化合物D的三元相图。e1~e5均为二元共晶点，回答下列问题：（请注意在答题纸上作答）写出A、D的初晶区。写出AB线、E1e3E2线温度下降方向。补画AC边上二元系AC的相图。体系点M、e3高温冷却时开始析出固体分别是什么？结晶终点分别在哪里？最后分别得到什么物质？画出体系点e1的冷却曲线。四、（共32分）石灰石煅烧后的石灰是冶炼的主要碱性熔剂。研究CaCO3（s）分解反应：将CaCO3（s）放置于体积分数（CO2）=12%的气氛中，总压p’=100kPa，试求CaCO3（s）分解的开始温度和沸腾温度。实际上为使其顺利分解，应加热到什么温度？上述CaCO3（s）分解反应为放热反应，还是吸热反应？简述有利石灰石分解的热力学条件。请描绘出CaCO3（s）分解压与温度的关系曲线示意图（注意曲线走向），并标明图中CaCO3（s）与CaO（s）的稳定区。4．一般用哪种动力学模型处理上述CaCO3（s）分解动力学过程较为合理？请依据该模型说明CaCO3（s）分解动力学过程的主要组成环节。5．若已知CaCO3（s）原始半径为ro，当分解度达到R时，请写出未分解的CaCO3（s）核心的半径的计算式。五、（共24分）某电炉炼钢氧化脱磷反应式为：2[P]＋5（FeO）＋3（CaO）＝（3CaO.P2O5）＋5[Fe]<0该反应为间接氧化，还是直接氧化？添加适量BaO入渣，对氧化脱磷是否有利？简述有利钢液氧化脱磷的热力学条件。在某温度下，如果扩散环节为限速环节，则升高温度、搅拌哪个措施能显著提高反应速率？若[P]的扩散为过程的限制性环节，且界面化学反应平衡常数，分别写出该条件下脱磷反应的速率微分式和积分式。若转炉容积42吨，渣-钢界面积A=10m2，钢液密度ρ=7×103kg/m3，磷在钢中的传质系数βP=2.3×10-4m/s，求将磷去除90%所需的时间。将上述分子反应式改写成离子反应式。六、（16分）SiO2（s）为铁水中饱和碳还原，生成的Si溶解于铁液中，其质量分数为12%，硅的活度系数fSi=1/3（[Si]取质量1％溶液为标准态），设CO压力为150kPa，请写出还原反应式，并求SiO2（s）还原的开始温度。七、（12分）试分析1600C时钢液中[Si]、[Mn]、[Ca]、[Al]在标准态下脱氧能力强弱顺序。参考答案（B）（36分）简答题：1.（5分）；溶解度减小。（7分）CaO-SiO2-FeO；CaO-FeO-SiO2；w(CaO)/w(SiO2)。（6分）氧势大小：TiO2（s）、Ti2O3（s）、TiO（s）；TiO（s）；酸碱性强弱：TiO2（s）、Ti2O3（s）、TiO（s）（6分）不是。；单位：－m；－ms-1;－m2s-1（8分）mol/(m3·s);0级；（4分）对。二、（12分）正极：2[O]+4e=2O2-负极：2O2-=O2+4e，O2+Mo（s）=MoO2(s),即2O2-+Mo（s）=MoO2(s)+4e电池反应：2[O]+Mo（s）=MoO2（s）-MoO2（s）、Mo（s）以纯物质为标准态，[O]以质量1％溶液为标准态，则，，而或≈1，则据上式可求出钢液中氧的质量百分数wO。三、（18分）1.A：Ae5E2e4A;D:De4E2e3E1e1D2.AB线：A→e5,B→e5;E1e3E2线：e3→E1,e3→E23.两个二元共晶相图:A+D,D+C4.M：D，e3，D+B；e3：B+D,e3,B+D5.二元共晶相图C+D四、（32分）1.（8分）量纲一压力：分压，总压CaCO3（s）=CaO（s）+CO2G0=170577-144.19TJ/mol。则开始温度：pCO2=0.12，T=1054K或781ºC；沸腾温度：pCO2=1，T=1183K或910ºC应加热到沸腾温度。（7分）吸热反应。升温、抽真空。3.（4分）如图。4.（9分）未反应核模型。界面化学反应，内扩散，外扩散。5．（4分）五、（24分）1.（3分）间接氧化；2.（3分）有利；3.（6分）低温、高碱度，强氧化性；4.（3分）搅拌；5.（6分）钢中磷的扩散为限制性环节：又,则速率微分式：速率的积分式：代入数据，得=6×103s6.（3分）六、（16分）反应：SiO2（s）＋2[C]＝[Si]＋2CO式中，[C]选纯C作标准态，[Si]选质量1%为标准态。=1，=1则可得T＝1590K七、（12分）为比较元素的脱氧能力，需将反应中[O]折算成1mol。如下：（1）1/2[Si]＋[O]＝1/2SiO2（s）＝－290935＋110.875T＝－83266J/mol（2）[Mn]＋[O]＝MnO（s）＝－295100＋129.83T＝－51928J/mol（3）[Ca]＋[O]＝CaO（s）＝－747250＋141.84T=－481584J/mol（4）2/3[Al]＋[O]＝1/3Al2O3（s）＝－408943＋130.12T＝－165228J/mol由于：<<<则各元素脱氧能力强弱顺序：[Ca]>[Al]>[Si]>[Mn]B卷参考答案及评分标准一、简述题(共8小题，每小题6分，共48分)K，，，△G1°=△G2°+RTlnγ0M/(100MA)；m/s，m2/s,mCA=C0-kt完全燃烧：C+O2=CO2；不完全燃烧：C+1/2O2=CO。高温：CO；低温：CO2。碱性减弱顺序：BaO、CaO、FeO、CaF2、SiO2；BaO证明：，取对数后：，为常数，与无关。因此，上式对求偏导后等效。[C]＋[O]＝CO平衡常数。一定温度下K为常数，真空处理减小，使碳氧平衡右移，、降低，从而增强碳脱氧能力。二、（共12分）（1）（6分）正极：Cr2O3+6e=2Cr+3O2-；负极：3O2--6e=3[O]；电池反应：Cr2O3=2Cr+3[O]（2）（6分）（J/mol）（J/mol），[O]以质量1%溶液为标准态则：Cr2O3=2Cr+3[O]=279221.73J/mol上反应逆向进行，则>0>0.00254,,高于0.00254%以后，电池的正负极将会互换。三、（共26分）相图分析题：（5分）不稳定化合物。D组成点位于其初晶区之外。（6分）Pe1：e1→P；Pe4：e4→P；De4：D→e4。（6分）P包晶反应：L+C→A+D；E共晶反应：E→A+B+D（3分）如图。（3分）D；A+B+D；E（3分）物系点e3的冷却曲线。四、（共25分）1）（2分）[S]+（O2-）=（S2-）+[O]。2）（3分）。3）（3分）。4）（6分）高温、高碱度、低氧化性。5）（8分）双膜理论。脱硫过程动力学组成环节：反应物分别从渣、铁本体穿过相应边界层达到渣铁界面；渣铁界面反应；产物由渣铁界面穿过相应边界层分别进入渣、铁本体。6）（3分）（CaS）或（S2-）的扩散。五、（共39分）1）（3分）间接还原；2）（5分），而，且；倾斜向下。3）（4分）在氧势图中FeO氧势线与H2O（g）氧势线的交点温度。4）（8分）未反应核模型。H2的外扩散；H2内扩散；界面反应；H2O的内扩散，H2O外扩散。5）（5分），则。6）（4分）对于可逆反应净反应速率：v=k+cB-k-cAB。当反应达到平衡时，v=k+cB-k-cAB=0。故K=（cAB/cB）e=k+/k-7）（4分）阿累尼乌斯公式：；：化学反应活化能，J/mol；：指前系数或频率因子，是T0时的k+；：气体常数，8.314J/(molK)。8）（6分）①矿球完全还原：R＝1，代入上式，即得完全还原时间：，即：②若界面化学反应为限制性环节，其阻力最大，而其它环节阻力可忽略。姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2015年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：冶金原理（□A卷■B卷）科目代码：814考试时间：3小时满分150分可使用的常用工具：□无√计算器√直尺□圆规（请在使用工具前打√）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。本试题可能用到的热力学数据：（J/mol）（J/mol），[O]以质量1%溶液为标准态气体常数R=8.314J/(mol·K)一、简述题(共8小题，每小题6分，共48分)设熔体中化学反应为：[A]＋(B)＝[C]＋D(g)。该反应的平衡常数K值、标准吉布斯自由能值、物质A的标准溶解吉布斯自由能、组元[A]的化学势、组元（B）的平衡浓度x(B)、产物[C]的活度、产物D气体的平衡分压以及该反应的吉布斯自由能值，哪些与组元活度标准态的选择有关？A(l)+B=AB△G1°；[A]+B=AB△G2°。当A(l)以纯液态A物质为标准态、[A]以重量1%溶液为标准态时，试说明△G1°和△G2°之间的关系。请用公式表述流体内组元传质系数与扩散系数D的关系，并注明式中各量国际制单位。反应A→B为0级反应，A的初始浓度为C0，请推导反应过程中A的浓度CA与反应时间t的关系式。分别写出碳的完全燃烧反应式、不完全燃烧反应式。并示意性画出两反应的标准吉布斯能G-T图（注意线的走向），据此说明过量碳存在时在高温与低温下碳燃烧的主要反应产物。熔渣中5个组元：CaO、BaO、SiO2、CaF2、FeO,请说明酸碱性强弱顺序。其中，光学碱度大于1的氧化物有哪些？文献中对溶液中活度的相互作用系数的定义有下述两表达式，请证明它们等效:；。式中，、分别为溶质B以纯物质、质量1%溶液为标准态时的活度系数；、分别为溶剂A、溶质B的摩尔分数浓度。请说明真空处理使钢液中碳脱氧能力增强的热力学原理。二、（共12分）在1600C下，用参比电极为Cr+Cr2O3的固体电解质定氧探头测定钢液中的氧，电池结构为：Mo|[O]Fe|ZrO2（MgO）|Cr+Cr2O3|Mo试求：（1）电极反应、电池反应；（6分）（2）氧含量在什么浓度条件下，电池的正负极将会互换？（6分）三、（共26分）相图分析题：右图为假设的具有一个二元化合物D的三元系相图，看图回答问题：D为稳定化合物还是不稳定化合物？为什么？（5分）分别写出浓度三角形中Pe1、Pe4、De4线温度下降方向。（6分）分别写出P点、E点发生的相变化名称和相变化反应式。（6分）在浓度三角形AB边上示意性补画出A－B二元系相图。（3分）图中物系点M的初晶物质、最终结晶产物各是什么？液相消失于什么位置？（3分）画出物系点e3的冷却曲线。（3分）四、（共25分）分析某高炉利用炉渣去硫，已知渣铁间脱硫反应式为：[S]＋（CaO）＝（CaS）＋[O]=124kJ/mol式中，[S]、[O]以质量1%溶液为标准态，(CaO)、（CaS）以纯物质为标准态。将上述反应式改写成离子反应式。（2分）写出该反应包含有组元浓度的平衡常数的表达式。（3分）基于的表达式，写出硫在渣－铁间质量分配比=w（s）/w[S]的表达式。（3分）基于的表达式，简述促进炉渣脱硫的热力学条件。（6分）若需分析脱硫反应过程动力学，一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请描述该过程的组成环节。（8分）若熔渣碱度一定时，该反应速率在某一温度范围内受温度的影响不大，而增加熔渣的搅拌强度可使反应速率显著增加，但增加铁水的搅拌强度，反应速率无明显增加。则在该温度范围内哪一环节为控速环节？（3分）五、（共39分）分析H2气体还原FeO矿球，其反应式为：FeO（s）＋H2（g）＝Fe（s）＋H2O（g）G=23430-16.16T,J/mol假设反应物致密，而产物多孔，还原反应前后体积基本不变。该反应为直接还原反应，还是间接还原反应？（3分）如何得到针对该反应的优势区示意图（气相组成与温度的关系）？图中该反应的平衡曲线是倾斜向上还是倾斜向下？（5分）说明利用氧势图求上述还原反应开始温度的方法。（4分）若需分析该反应过程动力学，一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请说明该动力学过程的主要组成环节。（8分）该反应物矿球原始半径为，当铁矿石还原率为时，请写出相应的未还原矿球的半径的计算式。（5分）若化学反应为一级可逆反应，且设其平衡常数为K，正反应速率常数为k+，逆反应速率常数为k-。请推导K与k+及k-的关系式。（4分）用一公式（方程）描述反应速率常数k+与温度的关系，注明该公式（方程）名称及式中其他各量的含义。（4分）如果利用上述动力学模型得到的还原过程的总速率积分式为：式中，、分别为反应气体的初始浓度与平衡浓度，为矿球的氧摩尔密度，为矿球还原时间，为气体在气相边界层的扩散系数，为产物层内气体的有效扩散系数。请利用上式回答：（6分）①求矿球完全还原所需时间。②若界面化学反应为限制性环节，速率式的形式如何？姓名：报考专业：准考证号码：密封线内不要写题2016年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：冶金原理（■A卷□B卷）科目代码：814考试时间：3小时满分150分可使用的常用工具：□无□计算器直尺□圆规（请在使用工具前打√）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、简述题(共8小题，每小题6分，共48分)某反应的吉布斯能越负，是否该反应速率越快？简述理由。已知：（1）A（l）+2B（g）=AB2（s），△G1°；（2）[A]+2B（g）=（AB2），△G2°。问：什么条件下，△G1°=△G2°。高炉铁水中溶解碳[C]达到饱和，其摩尔分数为x[C]，如以纯固态碳作为其标准态，[C]的活度为多少？活度系数为多少？熔渣中5个组元：CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、FeO,请说明酸碱性强弱顺序。其中，光学碱度大于1的氧化物有哪些？铁水预处理脱硫与转炉炼钢脱硫，哪一种情况下硫更易脱除，为什么？氧势图中一些氧化物的氧势线为何转折？2C＋O2＝2CO线为何倾斜向下？简述熔渣分子理论要点。对于“铁液中溶解碳与溶解氧生成CO气体的反应”，热力学计算表明该反应可以发生，但为什么在单一的铁液中很难发生？二、（共12分）利用下述结构的固体电解质电池测定钢液溶解氧含量：Mo丝|[O]Fe|ZrO2（CaO）|Mo，MoO2|Mo丝在温度为TK时，测得电池的电动势为EV。另外，可查到下述反应的基本热力学数据：Mo(s)＋O2＝MoO2(s)，J/mol；（1）O2＝2[O]1%，J/mol（[O]以质量1％溶液为标准态）（2）试利用上述数据推导温度为TK时钢液中氧的质量分数w[O]的计算公式（假设固体电解质为纯氧离子导体，要求推导过程中写出各电极反应、电池反应、相关公式，所需其他量请自行定义）。三、（共26分）相图分析题：下图为具有一个二元不稳定化合物的三元系相图，看图答问：（4分）在图上标出组元A、B、C及化合物D的初晶区。（3分）图中表明D为不稳定化合物的特征？（7分）标出浓度三角形中Pe4，PE，e3e4线温度下降方向，写出Pe4，PE线上的相变反应式（不含P、E点）并注明相变反应名称。（3分）在浓度三角形BC边上示意性补画出B－C二元系相图。（6分）图中物系点M、N的初晶物、最终结晶物各是什么？液相各消失于什么位置？（3分）图中物系点e1的冷却曲线。四、（共25分）分析反应动力学过程：A（s）+B（g）=AB（g）。设气体B、AB的相内本体浓度分别为cB、cAB；B、AB的传质系数分别为B、AB；界面反应为一级可逆，且其平衡常数为K，正反应速率常数为k+，逆反应速率常数为k-。（6分）一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请依据该模型，说明动力学过程的主要组成环节。（4分）如果某一环节单独成为限速环节，该环节所受到的阻力是最大，还是最小？（4分）请推导K与k+及k-的关系式。（8分）按准稳态原理，推导反应的总速率方程v的表达式（由题中已知的参数表示，要求不含k-。推导过程中允许新引入其它参数符号，但必须标明其含义）。（3分）利用得到的总速率方程式，讨论各环节分别单独成为限制性环节的条件。五、（共39分）研究铁液中Mn的氧化反应：[Mn]＋（FeO）＝（MnO）＋[Fe]。该反应热效应H<0。回答下列问题：（6分）该反应为[Mn]的直接氧化反应式，还是间接氧化反应式？请将上式改写成离子反应式。（5分）在分子反应式中，[Mn]与（MnO）的活度标准态一般如何选取？据此活度标准态写出该反应包含组元[Mn]与（MnO）浓度的平衡常数K的表达式。（3分）基于K的表达式，写出Mn在渣－铁间平衡分配比L’Mn=x(MnO)/w[Mn]的表达式。（9分）基于L’Mn的表达式，说明采取哪些措施可有利于Mn的氧化。（8分）一般用哪种动力学模型处理该动力学过程较为合理？根据该模型，请描述该过程动力学的组成环节。（3分）当反应过程位于扩散范围内时，改变温度与搅拌强度，哪一个措施对总反应速率影响更显著？（5分）利用上述动力学模型得到锰氧化过程的速率微分式为：式中，w[Mn]、w(MnO)分别为铁液与熔渣中任意时刻Mn、MnO的质量分数，t为时间，kMn、kMnO分别为铁液中Mn、熔渣中MnO的容量常数，LMn为Mn的平衡分配常数。假设铁液中锰的扩散为限制环节，且w[Mn]>>w(MnO)/LMn，请在上式的基础上推导出锰氧化速率的积分式。A卷参考答案及评分标准一、简述题(共8小题，每小题6分，共48分)不是。反映热力学问题，与动力学无关。[A]以纯液态A为标准态，（AB2）以纯固态AB2为标准态。1；1/x[C]碱性减弱顺序：CaO、MgO、FeO、Fe2O3、SiO2；没有铁水预处理脱硫，强还原性气氛反应物或生成物发生相变，可导致氧势线转折。氧势线斜率等于氧化物形成反应熵变的负值。熵变与形成氧化物时反应前后气体物质的化学计量数变化B同号。对于气态氧化物，B>0，故斜率<0，氧势线倾斜向下。熔渣是由不带电的简单氧化物分子和复杂氧化物分子构成的理想溶液；简单氧化物分子与复杂氧化物分子之间存在化学反应平衡，简单氧化物摩尔分数浓度等于该氧化物活度。均相形核中新相CO核受到气液表面张力产生的附加压力，远大于碳氧反应产生的CO压力。二、（共12分）电极反应：正极（右极）：MoO2（s）＋4e＝Mo（s）＋2O2-（2分）负极（左极）：2O2-＝2[O]＋4e（2分）电池反应：MoO2（s）＝Mo（s）＋2[O]（2分）MoO2（s）、Mo（s）以纯物质为标准态，而[O]以质量1％溶液为标准态，则（2分）又（2分）（1分），而或≈1（1分）则据上式可求出钢液中氧的质量百分数wO。三、（共26分）相图分析题：如图（4分）D组成点在其初晶区以外（3分）Pe4：e4P;PE:PE;e3e4:e4e3Pe4:包晶反应L+CD;PE共晶反应:LD+A（7分）。如图。（3分）M:C,A+C+D,P;N:C,A+B+D,E（6分）如图。（3分）四、（共25分）1.（6分）未反应核模型。反应物气体A在气相边界层内的外扩散；界面化学反应；生成物气体AB在气相边界层内的外扩散。2.（4分）最大3.（4分）对于可逆反应净反应速率：v=k+cB-k-cAB。当反应达到平衡时，v=k+cB-k-cAB=0。故K=（cAB/cB）e=k+/k-4.（8分）B外扩散：vB=B（cB-cB*）；界面反应vC=k+（cB*-cAB*/K）；AB外扩散：vAB=AB（cAB-cAB*）式中c*为界面浓度。在准稳态下，上面三式相等，消去界面浓度，可得5.（3分）当时，B气体外扩散控速；当时，界面化学反应控速；当时，AB气体外扩散控速。五、（共39分）1（6分）.间接氧化；[Mn]+（Fe2+）=（Mn2+）+[Fe]。2.（5分），[Mn]以质量1%为标准态，（MnO）以纯MnO为标准态。3.（3分）4.（9分）低温、低碱度、高氧化性。5.（8分）双膜理论。[Mn]、（FeO）的扩散；界面化学反应；（MnO）、[Fe]的扩散。6.（3分）搅拌强度。7.（5分）若钢液中锰的扩散为限制环节，则其阻力1/kMn很大，或kMn很小，即，简化上式，可有又很大，则>>，进一步简化积分上式：即为所求。式中，为钢液中Mn的初始质量分数。姓名：报考专业：准考证号码：