北京科技大學(xué)-冶金物理化學(xué)-模擬三套卷及答案

1、北京科技大學(xué)-冶金物理化學(xué)-模擬三套卷及答案北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題（一）試題編號(hào)：809 試題名稱：冶金物理化學(xué)一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1. 試用熱力學(xué)原理簡(jiǎn)述氧勢(shì)圖中各直線位置的意義。 2. 簡(jiǎn)述規(guī)則溶液的定義。3. 簡(jiǎn)述熔渣分子結(jié)構(gòu)理論的假設(shè)條件。 4. 已知金屬氧化反應(yīng)方程式（1）、（2）、（3），判斷三個(gè)方程式中，哪個(gè)m是固相，液相，氣相？確定之后，計(jì)算m的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。已知（1）2m+o2 = 2mo（s） g1 = -1215000 + （2）2m+o2 = 2mo（s） g2 = -1500800 + （3）2m+o2 = 2mo（s） g3

2、= -1248500 + 5. 簡(jiǎn)述三元系相圖的重心規(guī)則。6. 試推導(dǎo)當(dāng)o2在氣相中的分壓小于時(shí)硫容量的一種表達(dá)式。7. 試寫(xiě)出熔渣c(diǎn)ao-sio2的光學(xué)堿度的表達(dá)式。8. 推導(dǎo)在鐵液深度為h的耐火材料器壁上活性空隙的最大半徑表達(dá)式。9. 簡(jiǎn)述雙膜傳質(zhì)理論。10. 試推氣固相反應(yīng)的未反應(yīng)核模型在界面化學(xué)反應(yīng)為限制環(huán)節(jié)時(shí)的速率方程。二 計(jì)算題（30分）在600下用碳還原feo制取鐵，求反應(yīng)體系中允許的最大壓力。已知：feo（s） = fe（s）+ 1/2 o2(g) rg = 259600 ，j/mol c(s) + o2 = co2(g) rg = -394100 + ，j/mol 2c(s)

3、 + o2(g) = 2co(g) rg = -223400 - ，j/mol三 相圖題（25分）1） 標(biāo)明各相區(qū)的組織。2） 分析x點(diǎn)的冷卻過(guò)程，畫(huà)出冷卻曲線，并用有關(guān)相圖的理論解釋。四 對(duì)渣-鋼反應(yīng) a +(b2+) = (a2+) + b （25分）(1) 分析該反應(yīng)有幾個(gè)步驟組成。(2) 如改變上述反應(yīng)體系的攪拌條件能引起反應(yīng)速度的變化，試問(wèn)界面反應(yīng)和傳質(zhì)步驟哪個(gè)是控速環(huán)節(jié)。北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題（二）試題編號(hào)：809 試題名稱：冶金物理化學(xué)一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1. 對(duì)于有溶液參加的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)組元i的活度以不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)計(jì)算時(shí)，對(duì)下列各熱力學(xué)參數(shù)

4、的數(shù)值是否有影響？（1） 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化rg（2） 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（3） 化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化rg（4） i組元的化學(xué)勢(shì)i（5） i組元的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)i（6） i組元的標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能solgi（7） i組元的平衡濃度2. 試寫(xiě)出二元g-d方程的一種表達(dá)式。3. 試寫(xiě)出多元系鐵溶液中組元i的相互作用系數(shù)的表達(dá)式。4. 簡(jiǎn)述熔渣分子結(jié)構(gòu)理論的假設(shè)條件。5. 簡(jiǎn)述溶液組份活度以1%溶液的濃度為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的定義，并說(shuō)明其在冶金物理化學(xué)中的作用。6. 在氧勢(shì)圖上，為什么2c + o2 = 2co的rg與t的關(guān)系曲線的斜率為負(fù)值其意義如何7. 對(duì)串聯(lián)反應(yīng)a b c ，分別描述

5、反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件？8. 試舉例說(shuō)明氣液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在冶金中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。9. 試描述多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基本方程中的傳質(zhì)系數(shù)kd的可能的形式。10. 簡(jiǎn)述表面更新理論。二（25分）爐渣組成如下（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：組元 cao mgo sio2 mno feo fe2o3 cr2o3深度 mr 試計(jì)算1600時(shí)，爐渣中feo的活度。假定爐渣中存在的復(fù)合氧化物為：2cao·sio2、cao·fe2o3、feo·cr2o3三（25分）溶解于鐵中的鋁的氧化反應(yīng)為2al + 3/2o2 = al2o3(s)，al = 。計(jì)算al利用1）純鋁（液態(tài)），2）假想純鋁，3）質(zhì)量

6、1%al溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，al2o3在1600的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯能。已知：2al(l) + 3/2o2 = al2o3(s)，rg= -1682927+323.24t四（30分）對(duì)于氣固反應(yīng)a(g) + bb(s) = gg(g) + ss(s)1) 畫(huà)出未反應(yīng)核模型的示意圖，并描述反應(yīng)步驟；2）推導(dǎo)氣體反應(yīng)物在固體產(chǎn)物層中的內(nèi)擴(kuò)散為限制環(huán)節(jié)時(shí)的速率方程（假設(shè)界面化學(xué)反應(yīng)為不可逆反應(yīng)）北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題（三）試題編號(hào)：809 試題名稱：冶金物理化學(xué)一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1. 對(duì)于純金屬m在鐵液中的溶解反應(yīng)m = m ,當(dāng)m以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，推導(dǎo)其標(biāo)準(zhǔn)

7、溶解吉布斯自由能的表達(dá)式。2. 試寫(xiě)出多元系鐵溶液中組元i的相互作用系數(shù)的表達(dá)式。3. 用熱力學(xué)原理簡(jiǎn)要描述熔渣的氧化還原能力。4. 簡(jiǎn)述三元系相圖的切線規(guī)則。5. 試寫(xiě)出硫容量的一種表達(dá)式。6. 寫(xiě)出規(guī)則溶液的過(guò)剩熱力學(xué)函數(shù)mixgme的表達(dá)式。7. 試用膜理論描述反應(yīng)2mn + (sio2) = 2(mno) + si的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。8. 試寫(xiě)出多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本表達(dá)式，并解釋每項(xiàng)的物理意義。9. 簡(jiǎn)述i的定義式。10. 為什么在單一的鐵溶液相中碳-氧反應(yīng)很難形成co氣泡？二（25分）對(duì)如下相圖試分析m1點(diǎn)冷卻過(guò)程分析，并畫(huà)出冷卻曲線。 三（25分）將含wc = %,wsi = %的鐵水兌

8、入轉(zhuǎn)爐中，在1250下吹氧煉鋼，假定氣體壓力為100kpa，生成的sio2為純物質(zhì)，試問(wèn)當(dāng)鐵水中c與si均以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)以及均以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，鐵水中哪個(gè)元素先氧化已知：ecc = ，ecsi= ，esisi = ，esic = c(s) + 1/2o2 = co fg= -117990-84.35t，j/mol si(l) + o2 = sio2(s) fg= -947676+196.86t，j/mol c(s) = c1% solg= 22594-42.26t，j/molsi(l) = si1% solg= -131500-17.24t，j/mol四（30分）直徑為的feo球團(tuán)，在8

9、00、的co氣流內(nèi)進(jìn)行還原，還原產(chǎn)物為多孔結(jié)構(gòu)鐵。已知還原反應(yīng)屬co氣體在產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散控速，球團(tuán)密度×103 kg/m3，m（feo）=72×10-3 kg/mol.產(chǎn)物層內(nèi)co有效擴(kuò)散系數(shù)為2×10-4 m2/s.還原反應(yīng)為feo+co（g）=fe（s）+co2（g） k =.假設(shè)還原前后球團(tuán)直徑不變，試推導(dǎo)并計(jì)算完全反應(yīng)所需的時(shí)間。北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題答案（一）一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1. 試用熱力學(xué)原理簡(jiǎn)述氧勢(shì)圖中各直線位置的意義。答: 氧勢(shì)圖中，各直線位置有高有低，1）直線位置越低，則氧化物越穩(wěn)定，越難被還原；2）同

10、一溫度下，幾種元素同時(shí)與氧相遇，則位置低的元素最先氧化；3）低位置的元素可將高位置的元素形成的氧化物還原。用熱力學(xué)理論來(lái)解釋： 對(duì)反應(yīng) 2x/ym + o2 = 2/ymxoy rg1 0 2x/yn + o2 = 2/ynxoy rg2 0若rg1rg2，即反應(yīng)2x/ym + o2 = 2/ymxoy的直線位置更低，則對(duì)反應(yīng) xm + nxoy = xn + mxoy rg= rg1 rg2 0說(shuō)明該反應(yīng)可以進(jìn)行，即位置較低的元素m能將位置較高的n形成的氧化物nxoy還原。2. 簡(jiǎn)述規(guī)則溶液的定義。答：過(guò)?；旌蠠岵粸榱?，混合熵與理想溶液的混合熵相同的溶液叫做規(guī)則溶液。3. 簡(jiǎn)述熔渣分子結(jié)構(gòu)理

11、論的假設(shè)條件。 答：1）熔渣是由各種電中性的簡(jiǎn)單氧化物分子及它們之間形成的復(fù)雜氧化物分子組成的理想溶液；2） 簡(jiǎn)單氧化物分子與復(fù)雜氧化物分子之間存在著化學(xué)平衡，平衡時(shí)的簡(jiǎn)單氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)叫該氧化物的活度。以簡(jiǎn)單氧化物存在的氧化物叫做自由氧化物，以復(fù)雜氧化物存在的氧化物叫做結(jié)合氧化物。 (郭漢杰 冶金物理化學(xué) p50)4. 已知金屬氧化反應(yīng)方程式（1）、（2）、（3），判斷三個(gè)方程式中，哪個(gè)m是固相，液相，氣相？確定之后，計(jì)算m的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。已知（1）2m+o2 = 2mo（s） g1 = -1215000 + （2）2m+o2 = 2mo（s） g2 = -1500800 + （3）2m+o

12、2 = 2mo（s） g3 = -1248500 + 答：如m在溫度t1處發(fā)生相變，剛g-t曲線斜率增加可知（2）式中m為氣相，（3）式中m為液相，（1）式中m為固相。令（1）=（3）式，得 t1 = （k） 此溫度為m的熔點(diǎn)。令（2）=（3）式，得 t2 = （k） 此溫度為m的沸點(diǎn)。（相關(guān)知識(shí)點(diǎn)參見(jiàn) 郭 p17）5. 簡(jiǎn)述三元系相圖的重心規(guī)則。答：在濃度三角形abc內(nèi)，若三個(gè)已知成分和質(zhì)量的體系混合，他們?cè)谌迪鄨D處于x,y,z位置，則其混合后所形成的新的體系p點(diǎn)位于這個(gè)三角形的重心位置。（郭 p68）6. 試推導(dǎo)當(dāng)o2在氣相中的分壓小于時(shí)硫容量的一種表達(dá)式。答：當(dāng)po2小于時(shí)，反應(yīng)為

13、1/2s2(g) + (o2-) = 1/2o2 + (s2-)可得：ks = （po2ps2）1/2xs2-s2-ao2- xs2-= (%s)32nb所以 cs = (%s) （po2ps2）1/2= 32 ksnbao2-s2-(郭 p263)7. 試寫(xiě)出熔渣c(diǎn)ao-sio2的光學(xué)堿度的表達(dá)式。答：對(duì)于cao-sio2體系，ni為 ncao = xcaoxcao+2xsio2 nsio2 = 2xsio2xcao+2xsio2 光學(xué)堿度 = ncao· cao + nsio2·sio28. 推導(dǎo)在鐵液深度為h的耐火材料器壁上活性空隙的最大半徑表達(dá)式。答：設(shè)孔隙都能成為

14、氣泡產(chǎn)生的核心，固相與液相間的接觸角為，表面張力所產(chǎn)生的附加壓力與液體產(chǎn)生的重力方向相反，數(shù)值可由下式計(jì)算: p附= 2r而r = 2r = 2cos(180-)r = - 2cosr式中，r為液相彎月的曲率半徑。設(shè)液體的密度為1，g為重力加速度，h為由液體表面到固相表面的高度，則靜壓力p靜= 1gh.根據(jù)p附= p靜，可以求出活性孔隙半徑的上限r(nóng)max rmax = - 2cos1gh（郭 p127）9. 簡(jiǎn)述雙膜傳質(zhì)理論。答：1）.在兩個(gè)流動(dòng)相的相界面兩側(cè)，都有一個(gè)邊界薄膜。物質(zhì)從一個(gè)相進(jìn)入另一個(gè)相的傳質(zhì)過(guò)程的阻力集中在界面兩側(cè)膜內(nèi)。2）.在界面上，物質(zhì)的交換處于動(dòng)態(tài)平衡。3）.在每相的區(qū)

15、域內(nèi)，被傳輸?shù)慕M元的物質(zhì)流密度（j），對(duì)液體來(lái)說(shuō)與該組元在液體內(nèi)和界面處的濃度差（cl - ci）成正比；對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，與該組元在氣體界面處及氣體體內(nèi)分壓差（pi - pg）成正比。4）.對(duì)流體1-流體2組成的體系中，兩個(gè)薄膜中流體是靜止不動(dòng)的，不受流體內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的影響。各相中的傳質(zhì)被看做是獨(dú)立進(jìn)行的，互不影響。若傳質(zhì)方向是由一個(gè)液相進(jìn)入另一個(gè)氣相，則各相傳質(zhì)的物質(zhì)流密度j可以表示為 液相：jl = kl (ci - ci*) 氣相：jg = kg (pi - pi*)(郭 p110)10. 試推氣固相反應(yīng)的未反應(yīng)核模型在界面化學(xué)反應(yīng)為限制環(huán)節(jié)時(shí)的速率方程。（答案見(jiàn)郭漢杰 冶金物理化學(xué) p11

16、9 - 120 ）五 計(jì)算題（30分）在600下用碳還原feo制取鐵，求反應(yīng)體系中允許的最大壓力。已知：feo（s） = fe（s）+ 1/2 o2(g) rg = 259600 ，j/mol c(s) + o2 = co2(g) rg = -394100 + ，j/mol 2c(s) + o2(g) = 2co(g) rg = -223400 - ，j/mol解：c還原feo制取fe，生成co和co2則反應(yīng)平衡時(shí)pco + pco2即為反應(yīng)體系允許的最大壓力。對(duì)反應(yīng) feo(s) + 1/2c(s) = fe(s) + 1/2co2(g) rg = rg + rtln(pco2p)1/2=

17、+ lnpco2p 平衡時(shí)rg = 0，得pco2 = 對(duì)反應(yīng) feo(s) + c(s) = fe(s) + co(g) rg = rg + rtlnpcop = + lnpcop 平衡時(shí)rg = 0，得pco = 則 p總= pco2 + pco = 20372pa六 相圖題（25分）1） 標(biāo)明各相區(qū)的組織。如圖。l + cl + bl + a2） 分析x點(diǎn)的冷卻過(guò)程，畫(huà)出冷卻曲線，并用有關(guān)相圖的理論解釋。（1） x點(diǎn)冷卻到液相面上，析出固相a（二相，三組元，自由度為2）（2） 隨著a的析出，液相成分變化沿xm方向進(jìn)行，到e3e線上的m點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始有純固相a、c共同析出（三相，自由度為1）在

18、c即將析出但還沒(méi)有析出的時(shí)刻，純固相a與液相m的量可由杠桿定律求出： wawm= xmax(3) 繼續(xù)冷卻，液相成分沿二元共晶線me移動(dòng)，二固相a、c同時(shí)析出，直至e； 初至e點(diǎn)時(shí)，b即將析出但還沒(méi)有析出時(shí)，純固相a、c的量與液相we的量也可由直線規(guī)則求出; wa+wcwe = xenx(4) 在e點(diǎn)全部結(jié)晶為固相a + b + c，液相消失，為三相，自由度為1。3.對(duì)渣-鋼反應(yīng) a +(b2+) = (a2+) + b （25分）(1) 分析該反應(yīng)有幾個(gè)步驟組成。(2) 如改變上述反應(yīng)體系的攪拌條件能引起反應(yīng)速度的變化，試問(wèn)界面反應(yīng)和傳質(zhì) 步驟哪個(gè)是控速環(huán)節(jié)。答: 1）該反應(yīng)由五步組成1.

19、鋼液中a向鋼渣界面擴(kuò)散2. 渣中b2+向鋼渣界面擴(kuò)散3. 發(fā)生界面反應(yīng)4. 生成的a2+向渣中擴(kuò)散5. 生成的b向鋼液中擴(kuò)散2) 攪拌可以引起反應(yīng)速度的變化，說(shuō)明傳質(zhì)為控速環(huán)節(jié)。北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題答案（二）一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1對(duì)于有溶液參加的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)組元i的活度以不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)計(jì)算時(shí)，對(duì)下列各熱力學(xué)參數(shù)的數(shù)值是否有影響？1） 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化rg有2） 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)有3） 化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變化rg無(wú)4） i組元的化學(xué)勢(shì)i無(wú)5） i組元的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)i有6） i組元的標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能solgi有7） i組元的平衡濃度

20、無(wú)2試寫(xiě)出二原g-d方程的一種表達(dá)式。答: 以下為g d方程的三種形式，可任寫(xiě)其一 x1dg1,m + x2dg2,m = 0 x1dlna1 + x2dlna2 = 0 x1dln1 + x2dln2 = 03試寫(xiě)出多元系鐵溶液中組元i的相互作用系數(shù)的表達(dá)式。答：對(duì)fe i j ···m多元系，eij = ( logfiwj% )·wj%，其中l(wèi)ogfi= j=2nejiwj%.4簡(jiǎn)述熔渣分子結(jié)構(gòu)理論的假設(shè)條件。答: 1）熔渣是由各種電中性的簡(jiǎn)單氧化物分子及它們之間形成的復(fù)雜氧化物分子組成的理想溶液；2) 簡(jiǎn)單氧化物分子與復(fù)雜氧化物分子之間存在著化學(xué)平

21、衡，平衡時(shí)的簡(jiǎn)單氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)叫該氧化物的活度。以簡(jiǎn)單氧化物存在的氧化物叫做自由氧化物，以復(fù)雜氧化物存在的氧化物叫做結(jié)合氧化物。(郭漢杰 冶金物理化學(xué) p50)5簡(jiǎn)述溶液組份活度以1%溶液的濃度為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的定義，并說(shuō)明其在冶金物理化學(xué)中的作用。答：1%溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：活度為1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1，且符合亨利定律的狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)蒸氣壓p標(biāo)= k%,i pik%,i=%if%,i= a%,i在冶金物理化學(xué)中，鐵液中的組元i一般選1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。6在氧勢(shì)圖上，為什么2c + o2 = 2co的rg與t的關(guān)系曲線的斜率為負(fù)值其意義如何答：該反應(yīng)式的g= h t·s，可知gt曲線的斜率由 s決定。對(duì)于 2

22、c + o2 = 2co s= 2sco - so2 - sc因?yàn)?s固s氣，又scoso2，則s= 2sco - so2 0-s 0所以從氧勢(shì)圖上，關(guān)系曲線斜率為負(fù)。意義：正是因?yàn)橛辛诉@條曲線，才使鋼鐵冶金中鐵礦石的還原存在可能，因?yàn)樵谘鮿?shì)圖上，處于位置越靠下的物質(zhì)可以還原位置靠上的物質(zhì)，因此只要溫度足夠高，c可以使一切物質(zhì)還原成單質(zhì)。7對(duì)串聯(lián)反應(yīng)a b c 分別描述反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件？答：穩(wěn)態(tài)： 對(duì)一串聯(lián)反應(yīng)，a b c，若中間產(chǎn)物b的濃度達(dá)到最大的時(shí)間為t = tmax時(shí)，cb = cb，max，此時(shí)，dcbdt = 0 ，生成b與消耗b的速率相等，或k1ca = k2cb，這時(shí)

23、反應(yīng)所處的狀態(tài)叫做穩(wěn)態(tài)。（郭 p222）8試舉例說(shuō)明氣液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在冶金中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。答：例如rh爐真空脫氣，其動(dòng)力學(xué)機(jī)理為：1） 溶解于金屬液中的氣體原子通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散遷移至金屬液面或氣泡表面2） 在金屬液面或氣泡表面上發(fā)生界面化學(xué)反應(yīng)，生成氣體分子，這一步驟又包括反應(yīng)物的吸附，化學(xué)反應(yīng)本身及氣體生成物的吸附。3） 氣體分子通過(guò)氣體邊界層擴(kuò)散進(jìn)入氣相，或被氣泡帶入氣相，并被真空泵抽出。（郭 p140）9試描述多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基本方程中的傳質(zhì)系數(shù)kd的可能的形式。答：層流傳質(zhì)：（kd）x = dc' = dx ( rex1/2sc1/3 )若平板長(zhǎng)l，在x = 0l范圍內(nèi)（kd）x

24、 的平均值，則kd=0.647 dl ( d )1/3( l ) 1/2整理后得平均值 ：kdld=0.647re 1/2sc1/3流體流動(dòng)為湍流時(shí)：kdld = sh = 簡(jiǎn)述表面更新理論。答：表面更新理論認(rèn)為流體2的各微元與流體1接觸時(shí)間即壽命各不相同，而是按0分布。設(shè)表示流體微元在界面上的停留時(shí)間分布函數(shù)，則與微元停留時(shí)間的關(guān)系如下 0tdt = 1以s表示表面更新率，則 kd = ds = dte(郭 p112)二（25分）爐渣組成如下（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：組元 cao mgo sio2 mno feo fe2o3 cr2o3深度 mr 試計(jì)算1600時(shí)，爐渣中feo的活度。假定爐渣中存在的

25、復(fù)合氧化物為：2cao·sio2、cao·fe2o3、feo·cr2o3解：由分子理論可知，爐渣中物質(zhì)應(yīng)為cao, mgo, feo, mno, 2cao·sio2, cao·fe2o3, feo·cr2o3取100g渣，則各物質(zhì)的初始濃度為：ncao0=31.5256.1=0.562 , nmgo0=4.3640.3=0.108 , nsio20=8.1460=0.136 , nmno0=1.7170.9=0.024nfeo0=40.2570.9=0.560 , nfe2o30=8.78159.8=0.055 , ncr2o30=5

26、.24151=0.035 則形成復(fù)合物之后，各物質(zhì)濃度為ncao= ncao0 - 2 nsio20 - nfe2o30 = nmgo = nmno0 = , nmno = nmno0 = nfeo = nfeo0 - ncr2o30 = = nsio20 = = nfe2o30 = = ncr2o30 = 物質(zhì)的總摩爾量：ni=0.118則feo的摩爾濃度 xfeo = nfeo/ni =由分子理論假設(shè) afeo = xfeo = 三（25分）溶解于鐵中的鋁的氧化反應(yīng)為2al + 3/2o2 = al2o3(s)，al = 。計(jì)算al利用1）純鋁（液態(tài)），2）假想純鋁，3）質(zhì)量1%al溶液為

27、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，al2o3在1600的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯能。已知：2al(l) + 3/2o2 = al2o3(s)，rg= -1682927+323.24t解：反應(yīng)的rgm由下列組合反應(yīng)求出：2al(l) +3/2o2 = al2o3(s) fgm 2al(l) = 2al 2solg2al + 3/2o2 = al2o3(s) rgm = fgm 2solg1) 純液鋁標(biāo)準(zhǔn)態(tài) solg=0所以 rgm= fgm/（t=1873k） = j/mol2) 假想純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)solg= -rtlnah,iar,i=rtln=-55132.47j/mol rgm = 1077498 + 2× = 9

28、67233 j/mol3) 質(zhì)量1%溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)solg= -rtlna%,iar,i=rtlnx·=rtlnmfe100mal =-115526.4 j/mol所以：rgm = + 2× = j/mol四（30分）對(duì)于氣固反應(yīng)a(g) + bb(s) = gg(g) + ss(s)1) 畫(huà)出未反應(yīng)核模型的示意圖，并描述反應(yīng)步驟；2）推導(dǎo)氣體反應(yīng)物在固體產(chǎn)物層中的內(nèi)擴(kuò)散為限制環(huán)節(jié)時(shí)的速率方程（假設(shè)界面化學(xué)反應(yīng)為不可逆反應(yīng)）答：本題答案參見(jiàn) 郭漢杰 冶金物理化學(xué) p114-119北京科技大學(xué)2012年碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試模擬試題答案（三）一 簡(jiǎn)答題（每題7分，共70分）1對(duì)于

29、純金屬m在鐵液中的溶解反應(yīng)m = m ,當(dāng)m以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，推導(dǎo)其標(biāo)準(zhǔn)溶解吉布斯自由能的表達(dá)式。解: 根據(jù)等溫方程式 solg = rtlna%,iar,i = rtlna%,iar,i = rtlnarj100ari i2試寫(xiě)出多元系鐵溶液中組元i的相互作用系數(shù)的表達(dá)式。答：對(duì)fe i j ···m多元系，eij = ( logfiwj% )·wj%，其中l(wèi)ogfi= j=2nejiwj%.3用熱力學(xué)原理簡(jiǎn)要描述熔渣的氧化還原能力。答：決定爐渣向鋼液傳氧的反應(yīng)是（feo）= o + fek = %oafeo或 lo = %oafeo實(shí)驗(yàn)測(cè)得 ln

30、k = -6320t+ 2.734在t = 1873k，k或lo = 令 l0'=%oafeo - 代表實(shí)際渣中的值當(dāng)l0'> lo時(shí)，g = rt lnlo+ rt lnl0' > 0 ,反應(yīng)逆向進(jìn)行，鋼液中的氧向熔渣傳遞；當(dāng)l0'< lo時(shí)，g = rtlnl0'lo<0,反應(yīng)正向進(jìn)行，熔渣中的氧向鋼液傳遞4簡(jiǎn)述三元系相圖的切線規(guī)則。答：相分界線上任意一熔體，在結(jié)晶時(shí)析出的固相成分，由該點(diǎn)切線與相成分點(diǎn)的連線之交點(diǎn)表示。1） 當(dāng)交點(diǎn)位于濃度三角形邊上，則這段分界線是低共溶線；2） 當(dāng)交點(diǎn)位于濃度三角形邊的延長(zhǎng)線上，則這段分界線

31、是轉(zhuǎn)溶線。5試寫(xiě)出硫容量的一種表達(dá)式。答：當(dāng)po2小于時(shí)，反應(yīng)為 1/2s2(g) + (o2-) = 1/2o2 + (s2-)可得：ks = （po2ps2）1/2xs2-s2-ao2- xs2-= (%s)32nb所以 cs = (%s) （po2ps2）1/2= 32 ksnbao2-s2-6寫(xiě)出規(guī)則溶液的過(guò)剩熱力學(xué)函數(shù)mixgme的表達(dá)式。答; mixgme= mixhme = rtxilni7試用雙膜理論描述反應(yīng)2mn + (sio2) = 2(mno) + si的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。答：對(duì)該反應(yīng)，由以下5個(gè)環(huán)節(jié)組成：1） 金屬mn由鋼液內(nèi)部向鋼-渣界面擴(kuò)散2） 渣中sio2由渣內(nèi)部向鋼-

32、渣界面擴(kuò)散3） 界面化學(xué)反應(yīng)4） 界面的金屬si向鋼液內(nèi)部擴(kuò)散5） 界面的mno向渣內(nèi)部擴(kuò)散8試寫(xiě)出多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本表達(dá)式，并解釋每項(xiàng)的物理意義。答：j = kd (cs cb)式中 cs 由固體表面向流體內(nèi)傳輸?shù)奈镔|(zhì)在固體和流體界面的濃度 cb 該物質(zhì)在流體體內(nèi)的濃度 j 該物質(zhì)在界面處擴(kuò)散流密度，j = d ( cx ) kd = dc' 9簡(jiǎn)述i的定義式。答: i，其定義式為i = kh,ipi* ，（兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的壓強(qiáng)關(guān)系），是溫度的函數(shù)。10為什么在單一的鐵溶液相中碳-氧反應(yīng)很難形成co氣泡？答：p附= 2r ，表示液相中的氣泡除受到外界大氣壓力和液相的靜壓力外，還必須克服

33、表面張力所產(chǎn)生的附加壓力，即氣泡內(nèi)的壓力為大氣壓力、液相靜壓力及附加壓力之和。氣泡越小，表面張力所產(chǎn)生的附加壓力越大，形成氣泡所需要的過(guò)飽和度就越大。簡(jiǎn)而言之就是，液相中的氣體壓力遠(yuǎn)小于形成氣泡核心所要克服的附加壓力。因此實(shí)際鋼液中不可能形成co氣泡的核心。二對(duì)如下相圖試分析m1點(diǎn)冷卻過(guò)程分析，并畫(huà)出冷卻曲線。 解：本題詳細(xì)解答請(qǐng)參考郭漢杰 冶金物理化學(xué) p73-74三將含wc = %,wsi = %的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐中，在1250下吹氧煉鋼，假定氣體壓力為100kpa，生成的sio2為純物質(zhì)，試問(wèn)當(dāng)鐵水中c與si均以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)以及均以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，鐵水中哪個(gè)元素先氧化已知：ecc =

34、，ecsi= ，esisi = ，esic = c(s) + 1/2o2 = co fg= -117990-84.35t，j/mol si(l) + o2 = sio2(s) fg= -947676+196.86t，j/mol c(s) = c1% solg= 22594-42.26t，j/molsi(l) = si1% solg= -131500-17.24t，j/mol解: c(s) + 1/2o2 = co g1 si(l) + o2 = sio2(s) g2 c(s) = c1% g3 si(l) = si1% g4則 2c + sio2 = si + 2co g = 2g1 - g2 - 2g3 + g4 = 534970 該反應(yīng)的 k = aco2.asio2asio2ac2 ，而g