2013年冶金物理化學考研試題

1、北 京 科 技 大 學2013年碩士學位研究生入學考試試題=試題編號： 809 試題名稱 冶金物理化學 （共 7 頁）適用專業(yè)： 冶金工程 、冶金工程（專業(yè)學位） 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效?？荚囉镁撸簾o存儲功能計算器。=此試卷包含兩部分：其中第一部分適用于冶金工程（不含生態(tài)學）考生，第二部分僅適用于生態(tài)學考生。第一部分（適用于冶金工程考生）1、簡要回答下列問題（第1-8小題每題7分，第9小題14分，共70分）1）當鐵液中組元i的濃度趨于零時，試推導以純物質(zhì)標準態(tài)的活度及活度系數(shù)與以1%標準態(tài)的活度及活度系數(shù)的關(guān)系。2）對如下反應(yīng)（SiO2）+2C=Si+2CO

2、(1) G10=a1-b1TSiO2，（S）+2C=Si+2CO (2) G20=a2-b2T在T1873K時，討論G10與G20的關(guān)系。3）用熱力學原理分析氧勢圖（Ellingham圖）上，為什么標準狀態(tài)下低位置的金屬元素可以還原高位置的氧化物？4）描述二元系規(guī)則溶液的活度系數(shù)的計算方法，并與Wagner模型計算進行對比。5）用分子理論模型簡要描述如何解決CaO-FeO-SiO2三元系高堿性爐渣溶液各組元活度的計算，并寫出各組元活度的表達式？6）試用熱力學原理證明，為什么化學反應(yīng)G0與溫度T的關(guān)系為線性？其意義如何？7）試推導多相反應(yīng)動力學基本方程，并解釋每項的物理意義。8）當用溶質(zhì)滲透理論

3、處理鋼液中的脫碳反應(yīng)時，假設(shè)氣泡的半徑為r，氣泡在鋼液中上浮速率為u，寫出傳質(zhì)系數(shù)的表達式。9）在鋼液深度為1米的耐火材料與鋼液接觸的位置有一個半徑為0.001mm的氣隙，試問這個氣隙能否成為活性氣隙？已知鋼液中，氣液表面張力s值約為1.5 Nm-1, q 角約為150。，鋼液密度為7200 kgm-3，氣隙內(nèi)氣體的密度為1000 kgm-3。如果上述氣隙是活性氣隙的話，初始形成的氣泡的直徑為多少？2、（25分）對如下相圖，F(xiàn)點表示A-B-C三元系的熔體成分，其質(zhì)量為mF。試分別回答以下的三個問題。（1）能獲得多少一次結(jié)晶的A？在獲得該一次結(jié)晶的A過程中體系的自由度是多少？（2）在二次結(jié)晶過程

4、，液相組成由HL變化時，達到L時，體系的組成如何?自由度是多少？獲得多少固相，分別是什么?（3）三元共晶開始前，尚余多少液相？3、（25分）已知煉鋼爐渣組成及理論光學堿度如下：組元CaOSiO2MnOMgOFeOP2O5W(i)42.68%19.34%8.84%14.97%12.03%2.15%i10.480.590.780.510.41） 試計算該爐渣的光學堿度；2） 試用完全離子溶液模型計算1600時爐渣中(CaO)、(MnO)、(FeO)的活度及其活度系數(shù)。3） 在1600下，若此時鋼液中wO=0.058%， 試確定此渣的氧化還原性。4、（30分）裝有30 t鋼液的電爐, 鋼水深度50c

5、m, 1600C 在電爐的氧化期用含有高濃度的FeO的氧化性爐渣脫除鋼液中的Mn，假設(shè)爐渣的厚度遠小于鋼液的深度。已知Mn在鋼水中的擴散系數(shù)為1.1X10-8 m2/s, 鋼渣界面上金屬錳含量為0.03% (質(zhì)量分數(shù)), 鋼液原始Mn為0.3% (質(zhì)量分數(shù)),經(jīng)過30 分鐘后，鋼液中錳含量降至0.06% (質(zhì)量分數(shù))。1）分析此過程脫除Mn反應(yīng)的機理及對可能的限制環(huán)節(jié)的確定？2）求Mn在鋼液邊界層中的傳質(zhì)系數(shù)及鋼液邊界層的厚度。第二部分(僅適用于生態(tài)學考生，其他考生不答此部分)一、填空題（每空1分，共35分）電阻絲絕熱1 熱力學第一定律的數(shù)學表達式為: ；若規(guī)定系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負，系統(tǒng)得功

6、為正，對環(huán)境作功為負，如右圖所示，一絕熱、無質(zhì)量、無摩擦的活塞將與外界絕熱的容器分為體積相等的左右兩室，室中均充有n、p1、T1的理想氣體。若右室中裝有一電熱絲，并緩慢通電加熱右室氣體，于是活塞逐漸向左移動，此時，如以右室氣體為系統(tǒng)時，此過程的Q（右） 0，W（右） 0；如以左室氣體為系統(tǒng)時，則此過程的W（左） 0，Q（左） 0。2 對理想氣體的單純變化過程，式適用于 過程；而對于真實氣體的單純變化過程，式適用于 過程。3 用一絕熱隔板將絕熱箱分成兩部分，分別裝有壓力、溫度均不相同的兩種氣體。當將隔板抽走后，氣體便進行混合，若以整個氣體為系統(tǒng)，則此混合過程的Q 0， U 0。4 某一系統(tǒng)經(jīng)歷一

7、過程之后，該系統(tǒng)在過程前后H=U的條件是 =0。5 對于系統(tǒng)兩個非常接近的平衡態(tài)，熵的微分定義式可寫為 ；克勞修斯不等式為 ；熵增原理是指 。6 若一封閉系統(tǒng)系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程后，則該系統(tǒng)的S ，若隔離系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了一不可逆過程過程，則該隔離系統(tǒng)的S 。7 吉布斯自由能G的定義式為 ，對于內(nèi)部平衡的，只有體積功的封閉系統(tǒng)dG= 。某一系統(tǒng)經(jīng)一不作體積功的過程后，其G=0，則此過程在 條件下進行。8 有2mol理想氣體的導熱良好的帶活塞氣缸放在溫度為400K的大熱源中，當氣體從狀態(tài)1恒溫不可逆膨脹到狀態(tài)2時，從熱源中吸收熱量1000J，并對環(huán)境作了為同一溫度下不可逆膨脹到相同終態(tài)的可逆功的一半

8、，則系統(tǒng)在過程前后的S（系）= ，S（環(huán)）= ，S（隔）= （要求填入具體數(shù)值）。9 稀溶液中的兩個重要的經(jīng)驗定律拉烏爾定律和亨利定律的表示公式分別 和 ，它們的適用條件分別為 ， 。10 Gibbs-Helmholz公式微分形式為 ，兩不同溫度下的積分式為 。11在一定的T，P下，一切相變必然是朝著化學勢 的方向進行。12 基元反應(yīng)：，的初始濃度為當其反應(yīng)掉1/3時所需的時間為2s，所余下的2/3再反應(yīng)掉1/3所需的時間為t= s; k= 。13阿侖尼烏斯的定義式為： ，不同溫度下的定積分式為： 。14 狹義的表面自由能的定義為當保持體系溫度、壓力、組成 時，增加單位表面積，體系吉布斯自由能

9、的變化，定義表達式為 。15 彎曲液面的附加壓力P指向 ，在一定條件下，液體分子間的作用力越大，其表面張力越 。二、選擇題（每空1分，共25分）1 一定量的理想氣體從同一始態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)絕熱可逆膨脹到（p2 V2）和反抗恒外壓p2絕熱膨脹到相同體積V2，則T2（可） T2（不），在數(shù)值上W（可） W（不） 。 選擇填入：（a）大于；（b）小于；（c）等于；（d）可能大于也可能小于。2 一定量的理想氣體V1從同一始發(fā)態(tài)出發(fā)，經(jīng)過絕熱可逆壓縮與恒溫可逆壓縮到體積皆為V2的終態(tài)，則p2（恒溫） p2（絕熱），Wr（恒溫） Wr（絕熱），U（恒溫） U（絕熱）。 選擇填入：（a）大于；（b）小于；（c

10、）等于；（d）不能確定3 一定量的理想氣體在恒溫下從V1自由膨脹到V2，則該氣體經(jīng)歷此過程后，其U（恒溫） ，S（系） ，S（系） ，G 。選擇填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）不能確定。4 在一帶活塞的汽缸中，放有溫度為300K、壓力為101.325kPa的1mol理想氣體。若在絕熱的條件下，于活塞上突然施加202.65kPa的外壓進行壓縮，直到系統(tǒng)的終壓為202.65kPa，此過程的熵差S ；若在300K的大熱源中的帶活塞汽缸內(nèi)有同一始態(tài)理想氣體，同樣于活塞上施加202.65kPa的外壓進行壓縮直到平衡為止，則此壓縮過程中系統(tǒng)的S（系） ，S（熱源） ，S（隔） 。選擇

11、填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）可能大于也可能小于零。5 封閉系統(tǒng)經(jīng)一恒壓過程后，其與環(huán)境所交換的熱 。選擇填入：（a）應(yīng)等于此過程的U；（b）應(yīng)等于該系統(tǒng)的焓；（c）應(yīng)等于該過程的H；（d） 因條件不足無法判斷。6 在一定的T,P下，由純A(l)與純B（l）混合成理想態(tài)混合物，則此過程的 ， ， ， ， 。 選擇填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）不能確定。7 溫度、壓力及組成一定的某真實溶液的化學勢可表示為，式中aA為活度。若采用不同的標準狀態(tài)，上式中 ， ， 。選擇填入：（a）的值大小會變；（b）的值大小不變；（c）的值會等于零；（d）條件不夠，無

12、法確定。8 在一定的外壓下，易揮發(fā)的純?nèi)軇〢中加入不揮發(fā)的溶質(zhì)B形成稀溶液，A,B可生成固溶體，則此稀溶液的凝固點Tf將隨著bB的增加而 ，此稀溶液的沸點將隨著bB的增加而 。 選擇填入：（a）升高；（b）降低；（c）不變；（d）無一定規(guī)律變化。9 T,V恒定下的氣相反應(yīng)，反應(yīng)前A的初始濃度為，速率常數(shù)為，A完全反應(yīng)掉所需的時間為一i有限值，而且，則此反應(yīng)必為 。 選擇填入：（a）一級反應(yīng)；（b）二級反應(yīng)；（c）0.5級反應(yīng)；（d）零級反應(yīng)。三、計算題（前兩題每題15分，共90分）1 1mol理想氣體依次經(jīng)過下列過程：（a）恒溫下從25升溫至100；（b）絕熱自由膨脹至二倍體積；(c）恒溫下冷

13、卻至25.試計算整個過程的Q、W、U及H2 1mol、300K、101.325kPa的理想氣體，在恒定外壓下恒溫壓縮至內(nèi)外壓力相等，然后再恒容升溫至1000K，此時系統(tǒng)的壓力為1628.247kPa，求整個過程的Q、W、U及H。已知該氣體CV,m=12.47J.K-1.mol-1。3 1mol理想氣體在25、101.325kPa時，被506.63kPa的環(huán)境壓力壓縮至200的最終狀態(tài)，求此過程的Q、W、U、H及S4 在300K的標準狀態(tài)下有反應(yīng)，此反應(yīng)的，。試求在400K時反應(yīng)的、，并判斷在400K的標準狀態(tài)下該反應(yīng)是否可自發(fā)進行？ 5 用毛細管上升法測定某液體的表面張力。此液體的密度為0.790，在半徑