冶金原理試卷與答案-(1)

1、精品文檔冶金原理試題一 解釋下列名詞氧勢(shì)：體系中氧氣的相對(duì)化學(xué)位，RT ln PO 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) (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？爐渣熔點(diǎn)定義：加熱時(shí)固態(tài)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛞合嗟臏囟?，也就是爐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)。 (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

2、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)。 (6 分 )寫出化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系式，說明其中每個(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?；瘜W(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系式為：Ekz e RT式中： k 化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；R 理想氣體常數(shù)；T 溫度E 活化能；z 頻率因子。在頻率因子一定的條件下，活化能E 越大，則 k 越小。反之，活化能E 越小，則k 越大。隨意編輯精品文檔因?yàn)椋簂n kEln

3、 zRT所以：d ln kEdTRT 2E 越大， d ln k 值越大，當(dāng)溫度升高時(shí)，k 隨溫度升高而增大得多；E 越小， d ln k 值越小，當(dāng)溫度升高dTdT時(shí)， k 隨溫度升高而增大得少。 (8 分 )對(duì)于 H 2 還原 FeO 的過程，采用一界面未反應(yīng)核描述時(shí)，其速率的積分式為：0 r 0Rr 0232R31R3c0 c平36 D eK11 1 R3當(dāng)過程處k 1 K于動(dòng)力學(xué)范圍時(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；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)過程處于動(dòng)力學(xué)范圍時(shí)，kDe, k，速率方程為 :0 r0K111R 3c 0c 平k

4、1K當(dāng)R1為反應(yīng)完全所需的時(shí)間。時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間0 r 0Kc 0c平 k 1K當(dāng)內(nèi)擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)時(shí)，Dek , De，速率方程為：2120 r 032 R3 1R 3c0c 平6 D e當(dāng)R1為反應(yīng)完全所需的時(shí)間。時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間0 r026 D e ( c0c平 ) (5 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。2MeS3O22MeO2SO2MeSO2MeSO2MeSMe OMeOMe SMeS2MeO3MeSO2MeSMeMe SMe三 作圖題隨意編輯精品文檔 (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)在溫度降低過程中液相及固相的變

5、化，并在圖中標(biāo)出結(jié)晶路線。 (共 10 分 )圖 2 為 CO 還原鐵的各級(jí)氧化物平衡曲線圖。回答下列問題：(1)(4 分 )寫出各曲線的反應(yīng)方程式；(2)(2 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 ： 3 Fe 2 O 3+CO=2Fe 3O4+CO 2 ；曲線 2 ： Fe3 O 4 +CO=3FeO+CO 2；曲線 3 ：FeO+CO=CO 2+Fe；曲線 4 ：1/4Fe 3 O 4+CO=3/4Fe+CO2。(2)見圖。隨意

6、編輯精品文檔(3) 過 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+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發(fā)生反應(yīng) (3) 的逆反應(yīng)： Fe+CO 2= FeO+CO， Fe 被氧化為 FeO 。對(duì)于曲線 (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反應(yīng) (2) 的逆反應(yīng)不可能發(fā)生，F(xiàn)eO 不會(huì)被進(jìn)一步氧化為 Fe3 O 4 。體系最終穩(wěn)定存在的固相物質(zhì)是FeO 。隨意編輯精品文檔四 計(jì)算題（共 42分）1（共 20 分）在下述條件：溫度T 1873K ；熔渣成分為： (% FeO)12.02 ， (% MnO ) 8.84 ， (%CaO )42.68 ，(% MgO ) 14.97，

8、 (%SiO2 )19.34， (% P2 O5 ) 2.15 。測(cè)得與此熔渣平衡的鋼液中的氧濃度為% O0.058 ，氧在鋼液中的溶解屬于稀溶液。已知：(FeO)=O+Fe (l)lg K63202.734T(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）利用完全離子溶液模型計(jì)算FeO 的活度及活度系數(shù)，引入離子活度系數(shù)：lg Fe2 O2 1.53 x SiO4 0.174(a) 以 100g熔渣作為計(jì)算基礎(chǔ)，各組分摩爾量的計(jì)算結(jié)果見表1。表

9、1熔渣中各組分的摩爾量組分FeOMnOCaOMgOSiO 2P2O 5nnB0.1670.1250.7620.3740.3220.0151.7650.1670.0946xFeO1.765在 T 1873K條件下，鋼液中的氧濃度% O0.058 。(FeO)=O+Fe (l)lg K63202.734TT63202.7340.640% O0.231873K lg KK1873aFeOw O0.058aFeO0.2522.664aFeO0.252FeOxFeO0.0946K0.23(b) 根據(jù)完全離子溶液模型，熔渣中的離子有：Fe 2+ 、 Mn 2+ 、 Ca2+ 、 Mg 2+ 、 O 2-

10、、SiO 4- 、 PO 4 3- 。1mol二價(jià)堿性氧化物電離形成1mol陽離子和 1mol O2- ：隨意編輯精品文檔CaO=Ca 2+ + O 2-FeO=Fe 2+ + O 2-MnO=Mn2+O 2-MgO=Mg2+ O 2-所以：n2nCaOn 2nFeOn2nMnOn2nMgOCaFeMnMgnBnCaOnFeOnMnOnMgO1.428絡(luò)和離子按下列反應(yīng)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陽離子及陰離子的摩爾分?jǐn)?shù)為：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) 引入離子活度系數(shù)，計(jì)算公式為：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隨意編輯精品文檔2 （共 10 分）為了凈化氬氣，將氬氣通入600 的盛有銅屑的不銹鋼管中除去殘存的氧氣。計(jì)算經(jīng)過上述處理后，氬氣中氧的分壓。已知：Cu (s)1O2 CuO( s)G 015252285.25T J2解：計(jì)算 600 溫度條件下體系的氧氣分壓值。K1G1 / 21/ 2RT ln K RT ln PO 2PO2當(dāng) T600273873K時(shí)G15252285.25 8738.314 8731/ 2ln PO2PO24.5110 10 atm4.5710 5 P