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冶金物理化学习题

冶金原理（第二版） p43

1. 在不同温度测得反应FeO (s)十CO ＝Fe 十CO 2的平衡常数值如表1—19，请用作图法及回归分析法求上反应的平衡常数及0G ?的温度关系式。表1-19 反应平衡常数的测定值温度，℃ 1038 1092 1177 1224 1303 K 0.377 0.357 0.331 0.315 0.297

解：811lg 1.041k T

分析作图结果：

811ln 19.147( 1.041)1552819.93G RT k T T T

?==--=-+

2. 略。

3. 在682℃测得Cd-Sn 合金的镉在不同浓度的蒸气压如表1—20。试以(1)纯物质，(2)假想

纯物质，（3）重量1%浓度溶液为标准态计算镉的活度及活度系数。

Cd P ，Pa Cd P ，Pa 1 27.8910? 60 43.0310? 20 31.1510? 80 43.2210? 40 32.3710?

100

43.2910?

解：（1）以纯物质为标准态：

Cd Cd a f x =

Cd P a P *

Cd Cd a r x =

%%%Cd

Cd Cd Cd

m x M M =+

%Cd

20 40 60 80 100 Cd x 0.0106 0.2088 0.4132 0.6130 0.8086 1.000 Cd a

0.024 0.441 0.720 0.921 0.979 1.000 Cd r

2.264

2.112

1.742

1.502

1.211

1.000

（2）以假想纯物质为标准态：

47.89107.443100.0106

H R Pa ?==? Cd

Cd H P a R =

Cd a f x =

%Cd

20 40 60 80 100 Cd x

0.0105 0.2088 0.4132 0.6130 0.8086 1.000

Cd a Cd f

1.000

0.933

0.770

0.664

0.535

0.442

27.89101%i i D

K Pa ==? %%Cd Cd

a f =

%Cd

20 40 60 80 100 Cd a

1.000 18.38 30.04 38.40 40.81 41.70 %f

1.000

0.917

0.751

0.640

0.570

0.417

4. A-B 系合金在1000K 时组分A 的蒸气压如表1-21。试求（1）组分A 服从亨利定律的浓

度上限；（2）1000K 的亨利常数；（3）如0

A r 的温度关系式为0109.3lg 0.289A

r T

=--，组分A 在服从亨利定律的浓度范围内的A H θ?。

表1-21 组分A 的蒸气压

A x

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.

2 1110A p Pa '?

4.4

3.75

2.9

1.8

1.1

0.8

0.6

0.4

解：（1）作图得服从亨利定律上限浓度 0.46A x =

（2）i

i i H

D a x K =

= 4

1.010

2.170.46

H i Pa p K x -?==

== （3）由00

ln()A A A A G RT r x H T S θ?==?-?

00ln ln A A A A A H G T S RT r RT x T S θθ?=?+?=++?

所以 0

ln (ln )A A

A A H S r x RT

??=

又 0

109.3lg 0.289A

r T

=-- 所以 2.303109.3A

H RT

?=-?

即 2.303109.38.3142093A H J ?=-??=-

5. 在1913K 与纯氧化铁渣平衡的铁液的含氧量为0.268%，与组分为CaO18.98%，SiO 28.93%，

FeO54.71%，Fe 2O 36.35%，MgO7.23%，P 2O 50.85%，MnO2.95%的熔渣平衡的铁液中氧含量为0.176%。试求熔渣中FeO 的活度及活度系数。解：0.760.51.52FeO x ==

[%]0.268O =纯 [%]0.17O =渣即00.268L = 所以 0

[%]0.176

0.660.268

FeO O a L ===渣

所以 0.66

1.320.5

FeO

FeO FeO

a r x =

6. 反应H 2 + [S] =H 2S 在1883K 的22()H S

H P P 平

如表1-22。试计算铁液中硫的活度及活度系数。

表1-22 反应H 2 + [S] =H 2S 的22()H S

H P P 平

比

210s x -?

7.15 5.56 4.15 3.09 2.34 2.13 1.93 1.72 1.18 0.79 22

)10H S

H P P ?

8.50

7.12

5.51

4.40

3.30

2.91

2.82

2.52

1.73

1.18

解：20.7910s x -=?时，令1r =，0.0079s a =

由H 2 + [S] =H 2S 求得：22

1.18100.1490.0079

H S H s P K P a -?=

== 对其它组分：27.1510s x -=? 22

8.5010

0.057

00.149

H S s H P a P k -?=== 20.05700.7987.1510

s s

a f x -=

==? 210s x -? 7.15 5.56 4.15 3.09 2.34 2.13 1.93 1.72 1.18 0.79 210s a -? 5.70

0.79 s f

0.798

1.00

7. 利用固体电解质电池Cr ，Cr 2O 3∣ZrO 2+CaO ∣[O]Fe 测定1600℃钢液中氧的浓度，电动势E=359mV 。已知2/3Cr （s ）+ 1/2O 2 = 1/3 Cr 2O 3（s ）：0137004782.44G T ?=-+ （J ）；1/2O 2 = [O] ：

2117110 3.39G T ?=--（J ）

。试求钢液中氧的浓度。解：2/3Cr （s ）+ 1/2O 2 = 1/3 Cr 2O 3（s ） 01370047

82.4

4G T ?=-+ ① 1/2O 2 = [O] 0

2117110 3.39G T ?=-- ②

②-① ：

1/3 Cr 2O 3（s ）= 2/3Cr （s ）+ [O] 0

025293785.83G T ?=-

0[]

225293785.8318732965000.359

ln 10.378.31418738.3141873

O G FE a RT RT ?-???=--=-=-??8. 证明略。

10. 在1873K 测得Fe-Cu 系内铜的活度Cu R a （）（纯物质标准态）如表1-24，试求铜以重量1%浓度溶液为标准态的活度，Cu a （%）

。表1-24 Fe-Cu 系内铜的活度Cu R a （）

Cu x 1.000 0.792 0.626 0.467 0.217 0.061 0.023 0.015 Cu R a （） 1.000

0.888

0.870

0.820

0.730

0.424

0.188

0.119

解：以重量1%浓度为标准态：

8.6Cu r =

0.55850.008665Cu R Cu Cu Cu Cu a r a r a =

?=（）（%）（%）

0.074

Cu R Cu a a =（）（%） Cu a （%）

= 13.51，12.0，11.76，11.08，9.86，5.73，2.47，1.61。（接近即可）

11. 试计算锰及铜溶液与铁中形成重量1%浓度溶液的标准溶解吉布斯能变化。已知0

Mn r =1，0

r =8.6。解：055.8555.85ln()8.314ln(1)38.1610010055

Mn Mn Mn G RT r T M ?==?=-?T

0055.8555.85ln()ln ln()

10010055.85

8.3141873ln 8.6ln()3350739.4210064

Cu Cu Cu Cu Cu G RT r RT r RT M M RT T

?==+=??+=-?

13. 在不同温度下测得铁液中碳量不同时，反应CO 2 + [C] = 2CO 的2

2CO CO P P 平（）比值如表1-25。

试求碳溶解的标准吉布斯自由能变化C G θ

?及0c r 。已知C

石

+ CO 2 = 2CO ：

172130177.46G T θ?=-。

表1-25 Fe-C 系内CO 2 + [C] = 2CO 的2

2CO CO P P 平（）比

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1560 107.4 241.2 396.6 566.4 726 1660 170.2 373.2 600 876.8 1202 1760 267.6 565.2 929.4

解：C 石 + CO 2 = 2CO 1172130177.46G T θ

?=- 1K （1） CO 2 + [C] = 2CO 2G θ

?= 2K （2）

（1）-（2） [C] = C 石 3G θ?= 3K （3）

32172130177.46ln G T RT K θ

?=-+

作图求出：27724ln 6.88K T

=-+ 近似

30.55853452050.71ln(

)12

c G RT r θ?=-= 1873T = 060459.815572(3.07ln )c r -=?-+

0ln 0.81c r =- 00.445

c r = 14. 溶解于铁中的铝的氧化反应为2[Al] + 3/2O 2 = Al 2O 3（s ），0

0.029Al γ=。试计算Al 利用（1）

纯铝（液态），（2）假想纯铝，（3）重量1%溶液为标准态时，Al 2O 3（s ）在1600℃的标准生成吉布斯能。已知：2Al （l ）+ 3/2O 2 = Al 2O 3（s ），01682927323.24G T ?=-+。

解： 2[Al] + 3/2O 2 = Al 2O 3（s ） 0

0.029(187

Al x K = 2Al （l ）+ 3/2O 2 = Al 2O 3（s ） 01682927323.24

G T ?=-+

（1）以纯Al （液态）为标准态：

2Al （l ）+ 3/2O 2 = Al 2O 3（s ） 011682927323.24G T ?=-+

Al （l ）= [Al] 0

20G ?=

2[Al] + 3/2O 2 = Al 2O 3（s ）

01682927

323.24

10775.5

G T KJ ?=-+=-

（2）以假想纯Al 为标准态：

2ln 8.3141873ln0.02955132Al G RT r J ?==??=- 00031221077500255132967236G G G J ?=?-?=-+?=-

（3）以重量1%为标准态：

20.5585ln(0.0297)11552627

G RT J ?=?=-

0310775002115526846448G J ?=-+?=-

16. 计算下列反应的标准吉布斯能的变化

1）[Ti] + [N] = Ti N （s ）

2）[Mn] +（FeO ）=（MnO ）+ [Fe]

MnO 的熔点为2056K ，熔化焓为44769J/mol 。

解：（1）Ti （s ）+ 1/2N 2 = Ti N （s ） 01336310

93.28G T ?=-+ ①

Ti （s ） = [Ti] 0

23113044.98G T ?=-+ ② 1/2N 2 = [N] 03360023.89G T ?=+ ③

①-②-③：

[Ti] + [N] = Ti N （s ） 0308780114.35

G T ?=+ （2）Mn （l ）+ 1/2O 2 = MnO （s ） 0140735488.37G T ?=-+ ①

Fe （l ）+ 1/2O 2 = FeO （s ） 0

225606153.68G T ?=-+ ② MnO （s ）= MnO （l ） 0344769

21.77

G T ?=- ③ MnO （l ）=（MnO ） 040G ?= ④ FeO （l ）=（FeO ） 050G ?= ⑤ Mn （l ）= [Mn] 0638016G T ?=- ⑥ Fe （l ）= [Fe] 070G ?= ⑦

①-⑥+③+④：[Mn] + 1/2O 2 =（MnO ）

00000

8134

6G G G G G ?=?+?+?-? ⑧

②-⑦+⑤：[Fe] + 1/2O 2 =（FeO ）

0000

9257G G G G ?=?+?-?

⑨ ⑧-⑨：[Mn] +（FeO ）=（MnO ）+ [Fe]

0000

0010134

56106524

51.08G G G G G G G G T ?=?+?+?+?-?-?-?=-+ ⑩

P70

4. 在1540℃下、与含有2.10%C 的铁液平衡的气相的2

2()1510CO CO P P =平。如在此铁液中加入2%的硅，而碳的浓度仍保持在前值时，2

2()2260CO CO P P =平。试求si c e 。解：CO 2 + [O] = 2CO

对Fe-C 系： 2

1[%]

CO c P k P f C =

对Fe-C-Si 系： 2

22[%]CO

CO c si

P k P f C =

1813T K =，12k k =，[%][%]si C C =

所以 2260

1510si c

= 即： 1.50si c f =

又 lg [%]si si

c c f e Si =

所以 lg 0.0876[%]

c c

f e Si =

5. 在1600℃，测得与含磷量为0.65%，含氧量为0.0116%的铁液平衡的气相的

22(

)0.0494H O

H P P =平

。试求P O f 及P O e 。已知lg 0.2[%]O

O f O =-，反应H 2 + [O] = H 2O （g ）的平衡常数

K=3.855。

解：H 2 + [O] = H 2O 3.855k =

220.094

3.855[%]

0.0116

H O H O O P k P f O f =

1.105O f ?=

又 O P O O O f f f = 0.995

O f = 所以 1.11P O

O O O

f f f ==

所以 lg lg1.11

0.07[%]

0.65

O O

f e P =

7. 氮在铁液中的溶解度计算式为lg[%]188.1/ 1.246N T --。1550℃时Fe-N-C 系内氮的溶解

度为0.0368%，而[%C]=0.54%。试求C

N e 。

解：[%]0.045N = （纯铁液中）

[%]0.0368C N = （Fe-C-N ）

由N a 相等得： [%][%]

N N C

N N N C f N f f N =

所以 [%]0.045

1.223

[%]0.0368

N C N f N =

== 所以 lg lg1.223

0.162[%]0.54

C C N N

f e C ===

P139

5. 请从CaO-SiO 2-Al 2O 3系相图中绘出或说明组成为45% CaO 、35% SiO 2、20% Al 2O 3的炉渣冷却过程中液相及固相成分的变化，并用中心规则计算熔渣凝固后的相成分。解：体系位于22CS CAS C AS ?--中，最终相成分为22,,CS CAS C AS ，

其共晶点在图3-25中的点4。

2222L C AS C AS CS C AS CS CAS →→+→++

根据重心规则：

2 1.8

100%100%43.9%4.1C AS oa W aa '=?=?=' ( 3.0%)±

2.0100%100%46.5%4.3CS ob W bb '=?=?=' (

3.0%)±

20.3

100%100%10.3%2.9

CAS oc W cc '=?=?=' ( 1.0%)±

6. 从CaO-SiO 2-FeO 系相图回答下列问题：（1）组成为20%FeO 、40%CaO 、40% SiO 2的炉渣在1600℃是否熔化？（2）碱度为2.3、FeO 为10%的炉渣需在什么温度才能溶化？若FeO 含量下降到20%，在此温度应有什么相析出？其量是多少？

解：（1）从图中220%,40%,40%FeO SiO CaO 的熔点为1330℃，所以在1600℃时可以熔化。

（2）% 2.3%CaO

R SiO

=，%%10040CaO SiO +=- 所以 %41.8CaO =，%18.2SiO = 该体系熔点为1700℃，

若%20%FeO =，则2%24.2%SiO =，%55.8%CaO = 该体系熔点为1900℃，析出2C S 。

2 1.8

100%45%4.0

C S W =

?= ( 3.0%)± 7．试用分子理论假说计算与下列组成的熔渣平衡的铁液中氧的浓度。熔渣成分：21.63%CaO, 5.12%MgO, 7.88%SiO 2, 46.56%FeO, 11.88%Fe 2O 3, 6.92%Cr 2O 3.在1893K 、与纯氧化铁渣平衡的

铁液氧浓度为0.24%。假定溶渣中有FeO ，22(2)CaO SiO ?，23CaO Fe O ?，23FeO Cr O ?化合物分子存在，CaO MgO +与CaO 同等看待。

解：计算各氧化物的摩尔数：

45.560.64772FeO n ==，21.630.38656

CaO n ==，

5.120.12840MgO n =

=，27.88

0.13160SiO n ==， 2311.880.074160Fe O n ==，23 6.92

0.046152

Cr O n ==，

222(2)1

0.0662CaO SiO SiO n n ==，23230.074CaO Fe O Fe O n n ==，

2323230.046Fe O Cr O Cr O n n ==

所以 22323()(2)0.6470.3860.128(20.1310.0740.046)0.779

FeO CaO MgO SiO Fe O Cr O RO n n n n n n n =++-++=++-?++=自）（

2233

()(0.965i

c s CF FC RO n n

n n n =+++=∑自）

所以 ((0.6470.046

0.6230.965FeO FeO FeO i

n a x n -==

==∑自）自）

又 1893K ，纯FeO ： (00

[%]0.249

1FeO O a L L =

==纯），即00.249L = 所以 0[%]0.6230.2490.155FeO O a L ==?=渣

8. 略。

9．试用完全离子溶液模型及2CaO SiO FeO --系的等活度曲线图分别计算下列组成的熔渣在1600℃时FeO 的活度。熔渣成分为45%CaO ， 15%SiO 2， 18%FeO ， 16.8%MgO ， 1.2%P 2O 5， 4.0%MnO 。

解：熔渣成分：

22545%,15%,18%,16.8%,1.2%,4.0%CaO SiO FeO MgO PO MnO 1600℃，2CaO SiO FeO --，完全离子溶液模型。计算公式：22FeO Fe O a x x +-= 先计算：22Fe Fe n x n

∑，22O O n x n

∑

2450.80456CaO Ca n n +===，218

0.25072FeO Fe n n +=== 2 4.00.05671MnO

Mn n n +===，214.80.42040

MgO Mg n n +=== 所以：2222 1.53Ca Fe Mn Mg n n n n n +++++=+++=∑ 424

150.25060SiO SiO n n -==

=，3254

1.2220.017142

P O PO n n -==?=

所以：2434

1.323O SiO PO n n n n ----=++=∑

即：22220.2500.056

0.1301.53 1.323

Fe O Feo Fe O n n a x x n n

+-+

?==

=?∑∑

查图：0.8040.2500.0560.4200.2500.0085 1.7885n =+++++=∑

0.250

0.141.7885

FeO x =

2250.2500.0085

0.141.7885

SiO P O x ++=

= 0.8040.4200.056

0.721.7885

CaO MgO MnO x ++++=

= 所以：0.30FeO a =

11．把组成为20%FeO ， 10%MnO ， 10%MgO ，40%CaO ，20%SiO 2的熔渣与含氧0.1%的钢液接触，试问此渣能否使钢液中氧含量再增高？温度1600℃。解：

根据渣成分求渣中FeO 的活度FeO a F e O F e O

F e O ()/i a

n n

==∑自 22FeO RO (C S)()i n n n n ∑=++自 222(C S)SiO 1120

0.1672260

n n =

=?= 2RO CaO MnO MgO SiO ()()2n n n n n =++-自 40101020

(

)256724060

=++-?

0.437= ∴ 20

0.4370.1670.88272

i n ∑=

++= ∴ ()FeO FeO ()/0.278/0.8820.315i a n n =∑==渣自又根据钢液含[%]0.1%O =,计算出的FeO 的活度为：

FeO [%]/0.1/0.230.435O a O L ===

()FeO 0.315a =渣＜ ()FeO 0.435a =钢

∴ 此渣不能是钢液中氧含量再增高。或 ()FeO [%]0.3150.230.07%O O a L ==?=渣渣 ∴ [%]0.07%O =渣＜ [%]0.1%O =钢 ∴ 此渣不能使钢液中增氧。

12．利用熔渣的等粘度曲线图估计表3-8中所列高炉渣的粘度：%%%CaO CaO MgO =+∑

解：

#21%38.39SiO =渣：，23%16.11Al O = ，%40.83CaO = ，95.33∑= 调查为100%:

22338.39

%100%40.27%95.3316.11

%100%16.90%95.3340.83

%100%42.83%

95.33

SiO Al O CaO =

?==?==?=

1500℃，10.65Pa S η=。

#2渣： 2%32.94SiO = ，23%17.23Al O = ，%43.08CaO =， 93.25∑= 232.94

%100%35.32%93.25

SiO =

?=，23%18.48%Al O =，%46.20%CaO =。 1400℃，1 1.25Pa S η=。

#3渣：

2%55.00%SiO =，23%20.00%Al O =，%25.00%CaO =，100∑=

∴ 320Pa S η= （1400℃）

13．组成为28%CaO ，12%Al 2O 3，40%SiO 2，20%MgO 的熔渣的粘度如表3-9。用回归分析法计算粘度的温度关系式（lg /A T B η=+）

回归分析法

log 6092/ 3.808T η=+-

P188

1．试计算高炉中炉气的2CO 为16%的区域内。总压为126656.25Pa 时，石灰石的分解温度和沸腾温度。

32CaO CaO CO =+ 0170577144.19

G T ?=- 28908

lg 7.53CO P T

+ ① 开始分解2'16%126656.20.1620265CO P P Pa

=?=?=总 2

20265

0.2101325

CO P P P θ

∴=

1082.5T K =

② 沸腾时：2'

CO P P =总

2' 1.25

CO P P P θ

== 1198.4T K =

2．根据氧势图，求23Fe O 分解在大气中分解的开始温度和沸腾温度，并与23Fe O 分解压的热力学计算值进行比较。

2'0.21O O P P P θ

= 2'

0.21101325O P Pa =?

连接“O ”与2'0.687

10O P -=点，T=1380℃ 沸腾20110O P == T=1460℃

计算：2334264Fe O Fe O O =+ 0586770340.20

G T ?=- 230645.5

lg 17.77O P T

+ 开始分解：T 开=1338℃ 沸腾：T 沸=1451℃

3．把4510kg -?的碳酸钙放在体积为31.510-?3m 真空容器内，加热到800℃，问有多少kg 的碳酸钙未能分解而残留下来。

32CaO CaO CO =+ 017057

7144.19

G T ?=- T=800℃（1073K ）28908

lg 7.53CO P T

+ 20.169CO P =

2'0.169101.32517124CO P Pa Pa ∴=?=

按理想气体处理，分解的2CO 量

PV nRT =317124 1.5100.002888.3141073

PV n mol RT -???===?

则分解的3CaO 摩尔数为0.00288n mol =

100/0.002880.288m g mol mol g =?=

3330.5100.288100.21210m kg ---?=?-?=?

5．用空气／水汽＝3(体以比)的混合气体去燃烧固体碳。试计算总压为51.0132510?Pa, 温度为1127℃时煤气的组成。(提示：初始态中(/)O H n n ??初=（1+20.213)/2) 设碳过剩下，平衡气相中气体为2222CO CO H H O N ++++

独立反应：22C CO CO += 2

1CO

CO P K P = 01169008177.

19G T ?=- 222()CO H CO H O g +=+ 222

2CO H O H CO P P K P P =

234493

29.83

G T ?=- 927℃（1200K ）：11690817.19120l n

3.78.314120K -+?

143.41

K =

23449329.831200

ln 0.138.3141200K -+?==? 2 1.14

K = 又空气与水汽的体积比为3，101.325P Pa =总，T=927℃

(/)O H n n ??初=（1+20.213)/2=2.26/2

① 分压总和方程：22221CO CO H H O N p p p p p ++++=

② 平衡常数方程：2

1CO CO P K P =22

1/CO CO P P K ?= 222

2CO H O H CO P P K P P =

22222

1221H O H O

CO H CO CO CO

P P P K P P P K K P ?=??=

③ 元素的原子摩尔量比恒定方程：2222O O H O H O O n n n p p ==+?∑２i 初

初初初初n

＋２（3）

2222H O CO CO O H O O O n n n n p p p ==+?

∑２i 平

平平Ｃ平Ｃ平平n

＋２＋（＋）p

222H H O H O n n p =∑i 初

初初初

=２p

2222)H O H H O n n n p p ==+?∑２

i 平

Ｈ平平Ｈ平平n

２＋２（2p

(/)(/)O H O H n n n n 平初=2.26=2222

22CO CO H O H O H p p p p p =+平

＋＋（

）２又22222(/)0.79/2((/))H N H O N H O H O H n n p p p p p n n ?=２

Ｎ平平初初=３/２)=(/２(+) 2222.37(N H O H p p p =+平)

令：CO p x = 2H O p y = 2212H O H K y

p p y K x

?+ 1212)1(2)/() 2.26

K y

y K x

K y

x y y K x ?+=++?+=2121x+x /k +3.37(

x /k

解得：0.3946x = 0.0018

y = 所以：0.3946CO p = 20.00183H O p = 20.0036CO p = 20.1766H p =

2N p =0.4229 （三）P337

7将0.1mol 34Fe O 和0.5mol 的固体碳垃入体积为-333010m ?的真空反应器内，抽去空气后气，加热到700℃，进行还原反应： 34434Fe O C Fe CO +=+。试求1)反应器内的压力； 2)气相组成： 3)反应器中未反应残留的碳量。

34434Fe O C Fe CO +=+ 333010V m -=? 973T K =

342434Fe O CO Fe CO +=+ 01412011.8

2G T ?=--+ 10.400K = 22CO C CO += 0

2169008172.19G T ?=- 20.935

K = 由011ln G RT K ?=-2021%4ln

4ln

%CO CO

p CO p G RT RT p COp ??=-=-总

总

100%ln %CO RT CO

-=-（）

②4

1100%0.400(

%CO K CO -==） %55.68CO ∴= 2%44.32

CO = 228

0.562844

CO CO CO n n n ?∴=

?+?

220.4CO CO n n +=

由此可推出：0.2CO n mol = 20.1CO n mol = 所以0.3n mol =∑

0.38.314973/3010808950.8nRT P Pa atm V

∴=

=???== ③20.3C CO CO n n n mol =+=

0.50.30.2C C n n n mol ∴?=-=-=总 0.2

12 2.4

m g =?=

8．铝真空下还原氧化钙，其反应为

236()2()3()3()CaO s Al s Ca g CaO Al O s +=+?

659984288.75G T θ?=-

（1）如使反应能在1200℃进行，需要多大的真空度？（2）如采用1.33Pa 真空度，求CaO 为Al 还原的开始温度，（3）如在同样的真空度（1.33Pa ）下，将CaO 的用量减少一半，试估计复杂化合物的形成对还原的作用，此时的反应为：2332()3()3()CaO Al s Ca g Al O s +=+，

703270261.94G T θ?=-

解：（1）

3ln Ca G G RT P θ?=?+659984288.7538.314ln Ca T T P =-+?

又1473T =代入0G ?=得：ln 6.387Ca P =- 0.00168170.5

Ca P atm

Pa == （2）659984288.7524.942ln(1.33/101325)G T T ?=-+659984569.120T =-=

1159.66886.5T K ==开℃

（3）2332()3()3()CaO Al s Ca g Al O s +=+ 70327

0261.9

G T θ?=-

ln 703270261.9424.942ln(1.33/101325)Ca G G RT P T T θ?=?+=-+

703270542.31T =-=

1296.691023.5T K ==开℃

1296.691159.66137(T K ?=-=下降）

10．向装有x Fe O 球团的反应管内通入组成为52%H 2， 32%CO ，8%H 2O 及8%CO 2的还原气体进行还原，温度为1105K ，总压为51.0132510?Pa ，试求反应管放出的气体的成分。解：

22x Fe O H xFe H O +=+ 0117998

9.9

5G T ?=- 2x Fe O CO xFe CO +=+ 0217883

21.08

G T ?=-+ 22

1ln ln H O H P G RT K RT P ?=-=- T=1105K

2222

0.4670.467H O H O H H P P P P =?= （1）

2022ln ln

CO CO

P G RT K RT P ?=-=-

220.5550.555CO CO CO CO

P P P P =?= （2）

2223281

(

)()222(528)3

CO CO O H H O H n n n n n n ++===++平初 2221.5()H O H CO CO P P P P ∴+=+ 又2221H O H CO CO P P P P +++=

22.5()1CO CO P P +=20.4CO CO P P ?+= 结合式（1）得0.257CO P = 20.143CO P = 又可得到220.6H O H P P +=

结合式（2）得20.409H P = 20.191

H O P = 11． SiO 2为碳还原，生成的硅溶解于金属铁液中，其浓度为20%，0.333Si f =。试求SiO 2开始还原的温度。

2()2[]2SiO C Si CO +=+ 57951

3383.1

G T θ?=- 选纯2SiO 为标准态，Si a 选1%Si 溶液为标准态

[%]0.33320 6.66Si Si a f Si ==?=

CO p p θ=，C 选石墨为标准态

ln Si CO

C SiO a p G G RT a a θ

?=?+ln Si G RT a θ=?+=0 579513383.128.314ln 6.660T T -+=

5795131577.51304.5367.36T K ===℃

12．在高炉内冶炼钒钛磁铁矿石时，生铁的成分为0.189%Ti, 0.165%Si, 0.4205%V , 0.30%Mn, 0.155%P, 0.0569%S, 4.24%C.熔渣成分为25.53%TiO 2, 24.89SiO 2, 25.98%CaO,

7.60%MgO,15.00%Al 2O 3,0.27%V 2O 5,试计算熔渣中TiO2为碳还原的开始温度。2TiO γ=0.6, 炉缸压力52.410?。

2()2[]2TiO C Ti CO +=+ 68409

8395.5

G T θ?=- 令1C a = 2.37

CO p = lg [%][%][%][%][%][%]Ti Si Mn P S C

Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti f e Ti e Si e Mn e P e S e C =+++++

0.0130.1890.050.1650.0040.30.0640.1550.110.0590.165 4.24=?+?+?-?-?-? 0.7038=-

0.198Ti f = [%]0.1980.1890T i T i a f T i ==?= 取100g 渣：225.530.31980TiO n =

= 224.89

0.41560

SiO n == 25.980.46456CaO

n == 7.600.1940MgO n == 23150.147102

Al O n == 1.53648n =∑ 20.207

6T i O

= 2220.60.20760.1246TiO TiO TiO a x γ∴==?=

222.370.0374

684098395.588.314ln 010.1246G T T ?∴?=-+=?

684098

1748.6391.24

T K =

13．试求高炉内1350℃时，与()TiC s 及碳平衡的铁水中钛的溶解度。已知：[][]()Ti c TiC s +=

015363557.53G T ?=-+。铁水中的含碳量为4.3%，其余组分的浓度小于1%，可以不考虑他

们对j

Ti e 的影响。

00000[][]()15363557.53[%]0.165*4.30.7095

0.1952

1,11

[][]

[]*[]

[%],60264

015363557.53*16238.314*16c Ti Ti Ti c TiC Ti Ti c TiC s G T

Lgf C e f a a G G RTIn

G RTIna Ti RTIna c a Ti a c G RTInf Ti G +=?=-+==-=-===?=?+=?--=?-?=-=-+-在碳饱和的高炉铁水中令23*ln 0.19528.314*1623*[%][%]0.059%

602648.314*1623*0.015,[%]0.059%Ti Ti In Ti Ti Ina a Ti -=-===

15．向温度为1500℃，含碳量5.1%的铁水中加入2CaC 作炉外脱硫处理。试求脱硫后铁水的最低含硫量，已知：2[]()2[]CaC S CaS s C +=+ 0352794106.7G T ?=-+

[]c 的标准态为石墨，[]s 的标准态为1%溶液。

202

6[]()2[]

352794106.7[],1,[][%]8.314*1773*0.000015

4.824[%][%]lg lg [%][%]0.028[%]0.112*

5.1[%] 4.03*10%

c c s c s s CaC S CaS s C G T

c a s s fs a G In

lg lg s fs lg s fs fs s e e c s s -+=+?=-+==?=-==-==+=+=+=s s

s s 选的标准态为石墨的标准态为1%溶液,a a a a

第五章．P235

2．在真空中向Cr18%，Ni9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到0.02%，而钢液的温度不高于1630℃，问需用多大的真空度。解：

3400

4[]43[]934706617.22lg [%][%][%]0.003*180.0002*90.12*0.020.00602

0.9862,17.7516

lg [%][%][%]0.212

0.4733,0.00955

Cr Cr Ni

Cr Cr C C Cr Cr c Cr Ni c c C C c c c Cr O co Cr G T

f e Cr e Cr e Ni f a f e C e Cr e Ni f a G G +=+?=-=++=-+-=-===++=-==?=?+344444

'*17.7576*8.314*19030.009550.04887

0.04887*1013254952Cr C a Pco Pco RTIn In

a Pco P co Pa

=-=== 3. 在电

弧炉内用不锈钢返回料吹氧冶炼不锈钢时，熔池含有9%Ni 。如吹氧终点碳为0.03%，而铬保

持在10%，问吹炼应达到多高的温度。解：（同题2）

'34lg [%][%][%]0.003*100.0002*90.12*0.030.0048

0.98,9.8

lg [%][%][%]0.1278

0.7451,0.02235934706617.228.314(9.8)/(0.02235)Cr Cr Ni Cr Cr C C Cr Cr c Cr Ni c c C C c c f e Cr e Cr e Ni f a f e C e Cr e Ni f a P co P T TIn T ?

=++=-+-=-===++=-===∴-=-=2155K

4.试计算

钢液中C 为0.2%，总压为51.310?Pa ，温度为1600℃时钢液的平衡氧量。若与之平衡的溶渣含有FeO12%，FeO γ=3，试求与熔渣平衡的钢液层的氧量。

05[][]2236339.634941.3*10 1.283[%]0.20.51873,0.0025

[%]/[%]0.016%c o CO

G T K P Pa Pco P c T K m o mPco c θ+=?=--?==∴==∴=<∴====总总/P

5．将组成为4.0%C 、0。4%V 、0.25%Si 、0.03%P 、0.08%S 的生铁进行氧化提钒处理。为使生铁中钒大量氧化，而碳不大量氧化，以获得含氧化钒高的钒渣和半钢液。试求提钒的温度条件。钒渣的成分为25%V2O5（20.60%V2O3）,38%FeO, %16SiO2, 14%TiO2, 0.5%CaO, 0.5%MgO, 3%MnO, 2.9%Al2O3, 23v o γ=-710。钒的氧化方程式：2321

[]()[]33

V co V O C +=+

021*******.22G T ?=-+。

解：

232323001/3

23232/321

[]()[]33

218013136.22*,[%],[%],[%],1

lg [%][%][%][%][%]

0.14*40.077*0.40.08*0.250.051*0.C v

o v v v o v o c c v c v Si P s c c c c c c V co V O C G T G G RTInJ

a a J a v f a v o f a c f Pco a Pco

f e c e v e Si e p e s +=+?=-+?=?+======++++=-++23030.046*0.080.55443.5843,14.3372

lg [%][%][%][%][%]

0.34*40.015*0.40.04*0.250.041*0.030.028*0.08 1.346970.045,0.018

100 1.2541,0.1439/1.25410c c c v Si P s v v v v v v v v V O f a f e v e v e Si e p e s f a g n χ+====++++=++--=-==∑===以渣计算23238

23.1147[%] 1.147*10(14.3371*0.0002255)/0.068680.4708021801316.288.314(0.4708)1678v o v o a v o f J T T In T K

-∴=====-++=

8．在1600℃用锰托氧，钢液中Mn 的平衡浓度为0.5%。试计算脱氧产物的组成。解：

[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] T=1873K

(%)6440

2.950.4883

(%)(%)(%)

3.0785

(%)(%)

(%)(%)100[%]0.5

(%)39.4,(%)60.6(%)

1.54

(%)MnO LgK Lg

Mn FeO T MnO Mn FeO MnO FeO Mn FeO MnO MnO FeO ==-==+=====又因为所以 9．为使温度为1600℃、含碳为0.0625%的钢液氧含量下降到痕迹量（0.0008%），需加入多少铝？如改用真空脱氧，需用多大的真空度？解：

①Al 脱氧：2[AL]+3[O]=Al 2O 3(s)

2363655

[%][%]20.58Lg Al O T

=-+

2016年云南昆明理工大学冶金物理化学考研真题A卷

2016年云南昆明理工大学冶金物理化学考研真题A 卷一、选择题。在题后括号内，填上正确答案代号。(共15小题, 每小题2分，合计30分) 1、对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。 ( 1 ) Q ； ( 2 ) Q ＋W ； ( 3 ) W ( Q = 0 )； ( 4 ) Q ( W = 0 )。 2、某坚固容器容积100 dm 3 ，于25℃，101.3 kPa 下发生剧烈化学反应，容器内压力、温度分别升至5066 kPa 和1000℃。数日后，温度、压力降至初态（25℃和101.3 kPa ），则下列说法中正确的为：（）。 ( 1 )该过程?U = 0，?H = 0 ( 2 )该过程?H = 0，W ≠0 ( 3 )该过程?U = 0，Q ≠0 ( 4 )该过程W = 0，Q ≠0 3、如图，把隔板抽走后，左右两侧的两种气体（可视为理想气体）发生混合，则混合过程的熵变为（（选填（1）0.416 J ·K ；（2）41.6 J ·K ；（3）4.16 J ·K -1 ；（4）－4.16 J ·K -1 ） 4、1 mol 理想气体经一等温可逆压缩过程，则：（）。 (1) ?G > ?A ； (2) ?G < ?A ； (3) ?G = ?A ； (4) ?G 与?A 无法比较。 5、已知在298 K 时有下列热化学方程： (1) Zn(s ) + O 2 (g) == ZnO(s)，?r H ,1 = －351.4 kJ ·mol -1 ； (2) Hg(l) + O 2 (g) == HgO (s)，?r H ,2 = －181.6 kJ ·mol -1 ；则 Zn(s ) + HgO (s) == ZnO(s) + Hg(l)反应的标准摩尔焓变?r H 为（）。（1）260.8 kJ ·mol -1 ；（2）－169.8 kJ ·mol -1 ；（3）169.8 kJ ·mol -1 ；（4）－260.6 kJ ·mol -1 。 6、物质的量为n 的理想气体等温压缩，当压力由p 1变到p 2时，其?G 是：（）。（选填 (1) ； (2) ； (3) ； (4) ） 7、1000 K 时 ,CO (g) + 2 1O 2 (g) == CO 2(g ) 其K 1= 5.246×1012 ； C(s) + CO 2(g) == 2CO(g) 其 K 2= 1.719×10 -5

2013年冶金物理化学考研试题

北京科技大学2013年硕士学位研究生入学考试试题 ======================================================================== ===================================== 试题编号：809 试题名称冶金物理化学（共7 页）适用专业：冶金工程、冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考试用具：无存储功能计算器。 ======================================================================== ===================================== 此试卷包含两部分：其中第一部分适用于冶金工程（不含生态学）考生，第二部分仅适用于生态学考生。第一部分（适用于冶金工程<不含生态学>考生） 1、简要回答下列问题（第1-8小题每题7分，第9小题14分，共70分） 1）当铁液中组元i的浓度趋于零时，试推导以纯物质标准态的活度及活度系数与以1%标准态的活度及活度系数的关系。 2）对如下反应（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO (1) △G10=a1-b1T SiO2，（S）+2[C]=[Si]+2CO (2) △G20=a2-b2T 在T≤1873K时，讨论△G10与△G20的关系。 3）用热力学原理分析氧势图（Ellingham图）上，为什么标准状态下低位置的金属元素可以还原高位置的氧化物？ 4）描述二元系规则溶液的活度系数的计算方法，并与Wagner模型计算进行对

北京科技大学冶金物理化学第二章作业答案汇编

P317 8 计算氧气转炉钢熔池(受热炉衬为钢水量的10%)中，每氧化0.1%的[Si]使钢水升温的效果。若氧化后SiO 2与CaO 成渣生成2CaO ?SiO 2（渣量为钢水量的15%），需要加入多少石灰（石灰中有效灰占80%），才能保持碱度不变（0.81kg ）,即;增加的石灰吸热多少?(答案：1092.2kJ)欲保持炉温不变，还须加入矿石多少kg? 已知：2229822;97.07kJ/mol r SiO CaO CaO SiO H +=??=- 钢的比定压热容p,0.84kJ /(K kg)st C =；炉渣和炉衬的比定压热容 p,, 1.23kJ /(K kg) sl fr C =;矿石的固态平均比热容p,ore 1.046kJ /(K kg)C =;矿石熔化潜热 fus ore 209.20/H kJ kg ?=; 2r [Si]2[O](SiO ) ; H -600kJ/mol +=?≈ 221r [Si]O (SiO ) ;H = 28314kJ/kgSi , H 792.792kJ/mol +=?-?≈- 解： 221 [Si]O (SiO ) ;H = 28314kJ/kgSi +=?- 硅氧化所产生的化学热不仅使钢水升温，而且也使炉渣、炉衬同时升温。忽略其他的热损失。设有钢水质量m st ,根据 p,p,p,()st st sl sl fr fr Q c m c m c m t =++? 11p,p,p,p,p,p,11 p,p,p,p,p,p,0.1%0.1%0.1% 10%15%(10%15%) 0.1%28314 = 0.84 1.2310%st st st sl sl fr fr st st sl sl fr fr st st st st sl st fr st st st sl fr m H Q t c m c m c m c m c m c m m H m H c m c m c m m c c c ????== ++++??????= = ?+??+???+?+??+?+- 1.2315% = 24.67 K ?-，升温硅的氧化反应是放热反应，所以钢水升温约24.67K 。方案一：过剩碱度：氧化后SiO 2与CaO 成渣生成2CaO ?SiO 2,即渣中的（CaO ）减少，碱度减小，减少的量是与氧化后SiO 2结合CaO 的量。所以需要增加石灰，使得碱度不变。工程碱度：氧化后的SiO 2使得(SiO 2)增多，（CaO ）不变，碱度减小，所以需要增加石灰。 2(CaO) 3(SiO ) w R w = =

北科大试题

2001北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题考试科目：金属学A 适用专业：科学技术史，冶金物理化学，钢铁冶金，有色金属，材料加工工程。说明：1.试题必须写在答题纸上。 2.统考生做1--10题；单考生做1--7题和11--13题。 1.名词解释：（每小题2分，共10分）（1）单胞和复合单胞（2）金属键（3）代位固溶体（4）位错（5）偏聚和有序化 2.判断对错：（10分） 3.以液态无限互溶、固态有限溶解并具有共晶反应的二元相图为例说明二元相图是制作方法和二元相图的一般几何规律。（10分） 4.结晶后的组织中产生显微偏析的原因是什么？采用什么措施能减少和消除偏析。（10分） 5.什么是晶界？讨论晶界在多晶体形变过程中的作用。（10分） 6.什么是相界面？复合合金形变的特点是什么？（10分） 7.说明使多晶体晶粒细化能使材料的强度提高、韧性增加的原因。（10分） 8.简要叙述马氏体转变的一般特点。（10分） 9.要想获得粗大的再结晶晶粒可采取什么措施，说明原因。（10分） 10.简述固态相变在相变阻力、新相形核、新相成长方面的特点。（10分） 11.什么叫再结晶？什么是再结晶温度？简要描述再结晶过程。（10分） 2002北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题考试科目：金属学A 适用专业：科学技术史，冶金物理化学，钢铁冶金，有色金属，材料加工工程。说明：1.试题必须写在答题纸上。 2.统考生做1--9题；单考生做1--6题和10--12题。一.名词解释（20分，每个2.5分）（1）点阵畸变（2）柏氏矢量（3）相图（4）过冷度（5）形变织构（6）二次再结晶（7）滑移系（8）孪生二.画出立方晶系中（111）面、（435）面。写出立方晶系空间点阵特征。（10分）三.铸锭的一般组织可分为哪几个区域？写出其名称。并简述影响铸锭结晶组织的因素。（10分）四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。（10分）五.写出菲克第一定律的数学表达式，并说明其意义。简述影响扩散的因素。（10分）六.简述形变金属在退火过程中显微组织、存储能及其力学性能和物理性能的变化。（10分）七.简述固态相变与液态相变的相同点与不同点。（10分）八.画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。（10分）九.分析再过程中行核和张大与凝固过程中的行核和张大有何不同点。（10分）十.分析含碳量0.12%的铁碳合金的结晶过程。（10分）（单考生做）十一.简述铸锭的宏观偏析。（10分）（单考生做）十二.简述金属晶体中缺陷的类型。（10分）（单考生做） 2003北京科技大学攻读硕士研究生入学考试试题考试科目：金属学A 适用专业：科学技术史，冶金物理化学，钢铁冶金，有色金属，材料加工工程。说明：带三角板等，统考生做1--11题；单考生做1--7题和12--15题。 1.名词解释：（1）刃型位错和螺型位错模型（2）晶界与界面能（3）同分凝固与异分凝固（4）形变织构

冶金物理化学答案

一、解释下列概念（每题5分，共20分） 1、扩散脱氧：在炼钢过程中，根据分配定律钢液中的[O]向熔渣中扩散，而与加入渣相中的脱氧元素进行的脱氧反应称为扩散脱氧。 2、炉渣：炉渣是火法冶金中以氧化物为主要成分形成的多组分熔体，是金属提炼和精炼过程中除金属熔体以外的另一产物。 3、硫容量：炉渣容纳或溶解硫的能力，即2/122)/()(%S O S P P S C ?=。 4、偏摩尔量：在恒温、恒压及其他组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质X （X 代表U 、H 、V 、S 、G ）对其组分摩尔量的偏微商值。二、简答题（共60分） 1、简述热力学计算中活度标准态之间的转换关系。答：（1）纯物质标准态活度与假想纯物质标准态活度之间的转换： ][0 ][0 * )() (* ] [][//H B B R B B B x H x H B B B H B R B a r a r p K K p p p a a === = 故（2）纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换： * )(* (%)(%) * [%] ][100100//B B A B x H B A B H H B B B B R B r M M p K M M p K K p p p a a ?= ? = = = （3）假想纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换： B A x H H H B x H B B H B M M K K K p K p a a 100//) ((%)(%) )([%] ][= == 2、简述炉渣氧化脱磷的热力学条件。答：由炉渣脱磷反应可知： 9 24 524 52 52)(%)(%] [%)(%O CaP CaO FeO P P P f CaO FeO K P O P L γγγ?== 由上述公式可知，为使脱磷反应进行完全，必要的热力学条件是：（1）较高的炉渣碱度；（2）较高的氧化铁含量；（3）较低的熔池温度；

2014年北京科技大学809冶金物理化学考研真题解析(最后两道题有答案)

北京科技大学 2014年硕士学位研究生入学考试试题 ============================================================================================================= 试题编号： 809 试题名称：冶金物理化学（共7页）适用专业：冶金工程、冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。 ============================================================================================================= 以下适合所有报考冶金工程专业的考生（但本科为生态学专业的考生不做）一、简要回答下列问题，每题10分（共70分） 1．对于等温方程式ln G RT K ???=-，方程式的左边和右边是描述同一个状态吗？如果是写出所描述的状态，如果不是，分别写出所描述的状态都是什么？它们之间的关系如何？答：方程式的左边和右边描述的不是同一个状态，左边的φG ?是反应在标准态时产物的自由能与反应物的自由能的差，可以通过热力学数据表查出。而右边表示的是平衡态，φK 是反应的平衡常数，可以通过b B a A d D c C a a a a K =φ 求出。当dD cC bB aA +=+反应处于平衡态时，ln G RT K ???=-成立。 2. 在Ellingham 图中，试用热力学原理分析，冶炼不锈钢去碳保铬在标态和非标态的最低温度（假设p CO =1）？答：已知，铬的氧化反应和c 的氧化反应如下：

北京科技大学-冶金物理化学-模拟三套卷及答案

北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试模拟试题（一）试题编号：809 试题名称：冶金物理化学一．简答题（每题7分，共70分） 1.试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。 2.简述规则溶液的定义。 3.简述熔渣分子结构理论的假设条件。 4.已知金属氧化反应方程式（1）、（2）、（3），判断三个方程式中，哪个M是固相，液相，气相确定之后，计算M的熔点和沸点。已知（1）2M+O2 = 2MO（s）ΔG1θ= -1215000 + @ （2）2M+O2 = 2MO（s）ΔG2θ = -1500800 + （3）2M+O2 = 2MO（s）ΔG3θ = -1248500 + 5. 简述三元系相图的重心规则。 6. 试推导当O2在气相中的分压小于时硫容量的一种表达式。 7. 试写出熔渣CaO-SiO2的光学碱度的表达式。 8. 推导在铁液深度为H的耐火材料器壁上活性空隙的最大半径表达式。 9. 简述双膜传质理论。 10. 试推气固相反应的未反应核模型在界面化学反应为限制环节时的速率方程。二．, 三．计算题（30分）在600℃下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。已知：FeO（s） = Fe（s）+ 1/2 O2(g) Δr Gθ= 259600 –，J/mol C(s) + O2 = CO2(g) Δr Gθ= -394100 + ，J/mol 2C(s) + O2(g) = 2CO(g) Δr Gθ= -223400 - ，J/mol 四．相图题（25分）

1）( 2）标明各相区的组织。 3）分析x点的冷却过程，画出冷却曲线，并用有关相图的理论解释。五．对渣-钢反应 [A] +(B2+) = (A2+) + [B] （25分） (1)分析该反应有几个步骤组成。 (2)如改变上述反应体系的搅拌条件能引起反应速度的变化，试问界面反应和传质步骤哪个是控速环节。北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试模拟试题（二） ( 试题编号：809 试题名称：冶金物理化学一．简答题（每题7分，共70分） 1.对于有溶液参加的化学反应，当组元[i]的活度以不同标准态计算时，对下列各热力学参数的数值是否有影响（1）化学反应的标准吉布斯自由能变化Δr Gθ （2）化学反应的标准平衡常数（3）化学反应的吉布斯自由能变化Δr G

冶金物理化学试卷

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2014年硕士研究生入学考试初试专业课809冶金物理化学试题

北京科技大学 2014年硕士学位研究生入学考试试题 ============================================================================================================= 试题编号： 809 试题名称：冶金物理化学（共7页）适用专业：冶金工程、冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。 ============================================================================================================= 以下适合所有报考冶金工程专业的考生（但本科为生态学专业的考生不做）一、简要回答下列问题，每题10分（共70分） 1．对于等温方程式ln G RT K ???=-，方程式的左边和右边是描述同一个状态吗？如果是写出所描述的状态，如果不是，分别写出所描述的状态都是什么？它们之间的关系如何？ 2. 在Ellingham 图中，试用热力学原理分析，冶炼不锈钢去碳保铬在标态和非标态的最低温度（假设p CO =1）？ 3. 已知Fe-Co 是一个二元正规溶液，证明在全浓度范围内，其摩尔混合焓与以纯物质为标准态的活度系数之间的关系为 ,ln mix i m i H RT γ?=（其中，i=Fe,Co ） 4. 对于熔渣反应222()2()11()()22 g g S O S O --+=+,试推导熔渣硫化物容量Cs 的表达式，并讨论其在冶金中的意义？ 5. 试证明：在1900K 的温度下，Fe-Ni 二元系溶液中,若Ni 的浓度在满足亨利定律的范围，则铁液中以纯Ni 为标准状态的Ni 的活度系数Ni Ni γγ?=。 6. 试解释()d s b J k C C =-和菲克第一定律dC J D dx =-所表达的传质通量的物理意义的区别和联系？ 7. 下图是描述气/固反应式为 A (g) + bB (s) = gG (g) + sS (s) 的未反应核模型在某一步为控速环节的几何表达。试回答下述问题：

冶金物理化学考研试题

北京科技大学2013年硕士学位研究生入学考试试题======================================================================== ===================================== 试题编号：809 试题名称冶金物理化学（共7 页）适用专业：冶金工程、冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考试用具：无存储功能计算器。 ======================================================================== ===================================== 此试卷包含两部分：其中第一部分适用于冶金工程（不含生态学）考生，第二部分仅适用于生态学考生。第一部分（适用于冶金工程<不含生态学>考生） 1、简要回答下列问题（第1-8小题每题7分，第9小题14分，共70分） 1）当铁液中组元i的浓度趋于零时，试推导以纯物质标准态的活度及活度系数与以1%标准态的活度及活度系数的关系。 2）对如下反应（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO (1) △G10=a1-b1T SiO2，（S）+2[C]=[Si]+2CO (2) △G20=a2-b2T 在T≤1873K时，讨论△G10与△G20的关系。 3）用热力学原理分析氧势图（Ellingham图）上，为什么标准状态下低位置的金属元素可以还原高位置的氧化物？ 4）描述二元系规则溶液的活度系数的计算方法，并与Wagner模型计算进行对比。

北科大2013年《冶金物理化学》考研真题

北京科技大学 2013年硕士学位研究生入学考试试题 ============================================================================================================= 试题编号： 809 试题名称冶金物理化学（共 7 页）适用专业：冶金工程、冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考试用具：无存储功能计算器。 ============================================================================================================= 此试卷包含两部分：其中第一部分适用于冶金工程（不含生态学）考生，第二部分仅适用于生态学考生。第一部分（适用于冶金工程<不含生态学>考生） 1、简要回答下列问题（第1-8小题每题7分，第9小题14分，共70分） 1）当铁液中组元i 的浓度趋于零时，试推导以纯物质标准态的活度及活度系数与以1%标准态的活度及活度系数的关系。 2）对如下反应（SiO 2）+2[C]=[Si]+2CO (1) △G 10=a 1-b 1T SiO 2，（S ）+2[C]=[Si]+2CO (2) △G 20=a 2-b 2T 在T ≤1873K 时，讨论△G 10与△G 20的关系。 3）用热力学原理分析氧势图（Ellingham 图）上，为什么标准状态下低位置的金属元素可以还原高位置的氧化物？ 4）描述二元系规则溶液的活度系数的计算方法，并与Wagner 模型计算进行对比。 5）用分子理论模型简要描述如何解决CaO-FeO-SiO 2三元系高碱性炉渣溶液各组元活度的计算，并写出各组元活度的表达式？ 6）试用热力学原理证明，为什么化学反应△G 0与温度T 的关系为线性？其意义如何？ 7）试推导多相反应动力学基本方程)(b s d c c k J ?=，并解释每项的物理意义。

《冶金物理化学研究方法》精彩试题库(2)

标准文案1名词解释

3填空 1)为了实现不接触测定高温，可选择的测温计有（光学高温计、光电高温计，红外辐射温度计）。 2)双铂铑热电偶的材料是铂铑合金，分度号为 B 3)热力学温度是常用的一种温度表示方法，其单位为K 。 4)实验室常用的气体净化方法有：吸收、吸附、化学催化、冷凝。。 5)测量真空度的仪器叫真空规，通常使用的有麦克劳真空规，热电阻真空规、 6)当一稳恒电流通过一个导体时，其电流和施加与导体两端的电压成正比，该比例常数称为物体的电导，单位是西门子。 7)表面张力的单位是N/m ， 8)实验室用旋转柱体法法测定炉渣粘度，用气泡最大压力法法测定表面张力。 9)常用的显微分析法有四种，分别是：金相法、显微硬度法、化学腐蚀法、岩相法。

10)冶金反应器内发生的过程有化学反应过程和传递过程。（两大类）。 4判断 1)随着铂铑合金电热体中铑含量的增加，最高使用温度下降。（错）铑含量越高，最高使用温度越高 2)一般而言，电阻炉内温度越高，其对应的恒温带越长。（对） 3)体系的气体压力高，对应的真空度高。（错）气体压力低，真空度高。 4)旋片式机械真空泵一般作为前级泵使用。（对） 5)表面能和表面张力是从不同角度来描述不同材料间的界面性质。（对） 6)所有熔体的表面张力都是随着温度的升高而减小的。（错） 7)固体电解质使用中要求有较高的电子迁移速率。（对） 8)从原理上来讲，计算热力学数据时标准态的选择是任意的。（错） 9)熔体粘度和温度之间是线性对应关系。（错）温度越低，变化率越大 10)夹杂物在钢中的作用都是有害的。（错） 11)在使用电解法进行相提取和分离时，应采取适当低的电解液温度。（错） 12)DTA曲线上向下的峰表示放热。（错）向下吸热 13)DSC曲线中，向上的峰表示试样吸热。（对） 14)热分析实验研究中，升温速率越快，检测灵敏度越高。（对） 15)表面张力与液体质点间的结合状态有关，以下液体表面张力由大到小为：金属液体>离子液体>分子液体.( 对) 16)中频炉的频率范围在：150-10000Hz （对）

北京科技大学冶金物理化学2006-2007学年期末试题

北京科技大学 2006—2007学年第一学期冶金物理化学标准答案一、简答（每小题5分，共50分） 1. 试用相图的基本规则说明以下相图的错误所在？答：违背了相图的构筑规则“在二元系中，单相区与两相区邻接的界线延长线必须进入两相区，不能进入单相区” 2. 在Ellingham 图上，为什么形成CO 的曲线的斜率为负值，而一般的斜率为正值？答： CO O C 222=+Θ ΘΘΘ??=ΔC O CO S S S S 22 02f ΘΘ?≈S S CO 0p ΘΔ?∴S ； ∴ΘΔG ~T 曲线的斜率小于零。同理可以证明一般反应的~T 曲线的斜率大于零。 ΘΔG 3. 简述分子理论的假设条件。答：1）熔渣是由各种电中性的简单氧化物分子、CaO 、MgO 、、、及它们之间形成的复杂氧化物分子FeO 32O Al 2SiO 52O P 2SiO CaO ?、22SiO CaO ?、、等组成的理想溶液。 22SiO FeO ?52O P CaO ?

2）简单氧化物分子于复杂氧化物分子之间存在着化学平衡，平衡时的简单氧化物的摩尔分数叫该氧化物的活度。以简单氧化物存在的氧化物叫自由氧化物；以复杂氧化物存在的氧化物叫结合氧化物。如：（）=2（）+（） 22SiO CaO ?CaO 2SiO 2 2 22 SiO CaO SiO CaO D x x x K ?= 由K D 计算的x CaO 及x SiO2叫及的活度。 CaO 2SiO 4. 试解释正规溶液定义。答：过剩混合热（其实为混合热）不为零，混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫正规溶液。 5. 试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？答：定义 ∑ FeO 0 表示渣的氧化性。决定炉渣向钢液传氧的反应是（）=FeO [][]Fe O + []FeO a O K 00=Θ 或 []FeO a O L 000 = 令[]FeO a O L 00'0 =----代表实际熔渣中的值。当时，'o L f 0L f 0 '0 '0 0ln ln ln L L RT L RT L RT G =+?=Δ0，反应逆向进行，钢液中的氧向熔渣传递；当时，='o L p 0L G Δ0 '0 ln L L RT 0p ，反应正向进行，熔渣中的氧向钢液传递。 6. 简述未反应核模型的要点。答：假设： 1）气或固反应的一般反应式为 )()()()(s g s g sS gG bB A +=+ 2）固体反应物B 是致密的或无孔隙的，则反应发生在气或固相的界面上，即具有界面化学反应特征。

冶金物理化学研究方法》试题库 (2)

1名词解释 3填空 1)为了实现不接触测定高温，可选择的测温计有（光学高温计、光电高温计，红外辐射温度计）。 2)双铂铑热电偶的材料是铂铑合金，分度号为 B 3)热力学温度是常用的一种温度表示方法，其单位为K 。 4)实验室常用的气体净化方法有：吸收、吸附、化学催化、冷凝。。测量真空度的仪器叫真空规，通常使用的有麦克劳真空规，热电阻真空规、 6)该比例常数称为物体的电导，单位是西门子。 7)表面张力的单位是N/m ，

8)实验室用旋转柱体法法测定炉渣粘度，用气泡最大压力法法测定表面张力。 9)常用的显微分析法有四种，分别是：金相法、显微硬度法、化学腐蚀法、岩相法。 10)冶金反应器内发生的过程有化学反应过程和传递过程。（两大类）。 4判断 1)随着铂铑合金电热体中铑含量的增加，最高使用温度下降。（错）铑含量越高，最高使用温度越高 2)一般而言，电阻炉内温度越高，其对应的恒温带越长。（对） 3)体系的气体压力高，对应的真空度高。（错）气体压力低，真空度高。 4)旋片式机械真空泵一般作为前级泵使用。（对） 5)表面能和表面张力是从不同角度来描述不同材料间的界面性质。（对） 6)所有熔体的表面张力都是随着温度的升高而减小的。（错） 7)固体电解质使用中要求有较高的电子迁移速率。（对） 8)从原理上来讲，计算热力学数据时标准态的选择是任意的。（错） 9)熔体粘度和温度之间是线性对应关系。（错）温度越低，变化率越大 10)夹杂物在钢中的作用都是有害的。（错） 11)在使用电解法进行相提取和分离时，应采取适当低的电解液温度。（错） 12)DTA曲线上向下的峰表示放热。（错）向下吸热 13)DSC曲线中，向上的峰表示试样吸热。（对） 14)热分析实验研究中，升温速率越快，检测灵敏度越高。（对） 15)表面张力与液体质点间的结合状态有关，以下液体表面张力由大到小为：金属液体>离子液体>分子液体.( 对) 16)中频炉的频率范围在：150-10000Hz （对） 17)双铂铑热电偶的使用材料是：PbRh30-PbRh6 （对） 4简答、问答题：高温部分 1)简述恒温带的测定意义和测量方法。研究目的是要了解炉膛内的温度分布规律，用于确定恒温带的位置，确保高温冶金恒温实验。对于竖式电阻炉，测定恒温带的方法步骤为： ①用控温柜将炉子升到预定温度上，恒温一段时间； ②取测量热电偶，用双孔绝缘磁管套上，选用精密电位差计测量热电偶的电动势； ③把测量热电偶置于炉管内轴线位置上，工作端由炉口一端拉向另一端，每隔一段时间停留片刻，测出停留点的温度值； ④画出炉膛纵向温度分布曲线 ⑤为减少实验误差，重复测量取平均值 2)简述实验室获得高温的方法。（要求：至少举出四种并简要说明原理）。

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