北京科技大學(xué)冶金物理化學(xué)作業(yè)1

1、P3291實(shí)驗(yàn)測(cè)得Fe-C熔體中碳的活度生(以純石墨為標(biāo)準(zhǔn)態(tài))與溫度T及濃度xC的關(guān)系如下xc118034001-"Xc電加心)-0.87。72"(1)求ig”與溫度t及濃度小的關(guān)系式;(2)求lg”與溫度T的關(guān)系式及1600c時(shí)的%;求反應(yīng)c(石墨)=C1%的&G與溫度T的二項(xiàng)式關(guān)系表達(dá)式；(4)當(dāng)1600c鐵液含碳量為wC=0.24%時(shí)，碳的活度(以wC=1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài))是多少?解：(1)以純石墨為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)aC='CxC,則xC11803400xClgc=lgaClgxc=lg()-lgxc0.87(0.72)()1-2XcTT1-Xc=lg()等0.8

2、7(0.72平)(看)1-2xcTT1-Xc(2)由aR,CaH,CfH,Cxi=%,得出3fH,C,0W%<1,該式在全濃度范圍內(nèi)成立，沒(méi)有限制條件。在極稀溶液XcT0且滿足Henry定律，jc=1,則”="，lgc=lgc<g(-)xc1180-0.87(0.72d)(盧晨)。I2XcIII-Xc1180T-0.87當(dāng)T=1600C=1873K時(shí)，lg"=11800.87=0.24；'c=0.5751873C（石墨）=CL%(3)R,c-%,c:sdG=,c-R,cC在鐵液中的化學(xué)勢(shì)一定，即%,c=&/0,cN%,c=N%,c*RTInao/

3、o,c；Nr,c=%,c*RTInaR,c,aRCaRCNr,c+RTInaR,e=%0,e+RTIna%,eAoiG=N%,e-Nr,c=RTIn=2.303RTIga%,ea%,eaR,C在0WXcW1時(shí)，Xc,'ea%,e當(dāng)%5=1時(shí)，Xc=Xc=%CMFe%C(MFe-MC)100MC=0.045.：s01Gi=2.303RTIgaRC=2.303RTlg(0.045C)a%,e1180=2.3038.314TIg0.0452.3038.314T(-0.87)=T2.3038.314(Ig0.045-0.87)2.3038.3141180=22593.628-42.445T%C

4、MFe%C(MFe-Me)100Mc=0.011；aR,c題目以給出,xc與VC已求出。a%e.,1、Iga%,e=IgaR,eIg=IgaR,eIg()aR,ex'e-Ig(Xc)1180.0.87(0.723400)(Xe)Ig(1-2xcTT1-xcxc,0.011、11803400、，0.011、-1、=Ig()0.87(0.72)()Ig()1-20.011187318731-0.0110.04480.575=-0.5739a%,e=0.2672在以下不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)Fe-Si溶液與純固態(tài)SiO2平衡，平衡氧分壓PO=8.26Ml0,Pa。試求1600c時(shí)Si時(shí)的活度：(1)純固態(tài)

5、硅；(2)純液態(tài)硅；(3)亨利標(biāo)準(zhǔn)態(tài)；(4)wSi=1%溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。_.-.*已知Si(s)+O2(g)=SiO2(s)AfG=902070+173.64T,J/mol,Tf,Si=1410C,fusHSi=50626Jmol,%=0.00116,MFe=55.85kg/mol,MSi=28.09kg/mol。翁畢：(1)以純固態(tài)硅為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)Si(s)+O2(g尸SiO2(s),G=&GrG“Ga.c=-RTln(-)=-8.3141873In(PO2aSip101325aa8.2610»=-902070173.641873=-576842.28,J/mol),J/molaSi

6、=0.001(2)以純液態(tài)硅標(biāo)準(zhǔn)態(tài)*由AfusG=AfusHSiTf,SidfusSSi=0得到.-30.08J/molKSi(s)=Si(l)(1)4G=4usHSiAfus&iT=5062630.08T,J/molSi(s)+Oz(g)=SQ(s)AG2=902070+173.64T,J/mol-(1)得-Si(l)+O2(g)=SiO2(s)&G=952696+203.72T,J/molrG=-RTln(p-)aSi,lPO2T=1873K時(shí)，=-8.3141873In(101325語(yǔ)8.2610”)=-952696203.721873-571126.9265,J/mol

7、得出：aSi,l=0.00145(3)亨利標(biāo)準(zhǔn)態(tài)1600C時(shí)，Si以液態(tài)存在aR,SiaH,Si=SiQ-QQ1451250.00116(4)以wSi%=1為標(biāo)準(zhǔn)態(tài),1600c時(shí)，Si以液態(tài)存在aR,i方法一：a%；方法當(dāng)%$1一1時(shí)，a%,ixSiMFe%SiMFe55.85100MFe(MFe-MSi)%Si-100Msi-10028.090.019882521.250.01988252=62.87aH,Sia%,Si-XSi4在500c的鉛液中加鋅提銀，其反應(yīng)為2kg】+3Zn】=Ag2Zn3(s)當(dāng)鉛液中Ag與Zn均以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，500c下，上述反應(yīng)的ArG=128kJ/mol。

8、已知鉛液中鋅及銀均服從亨利定律，¥Zn=11,“g=2.3。加鋅后鉛含量為wZn=0.32%。鉛、鋅、銀的摩爾質(zhì)量分別為MPb=207.2X10-3kg/mol,MZn=65.38X10-3kg/mol,MAg=107.87X10-3kg/mol。試計(jì)算殘留在鉛中的銀含量wlAglo解：2AgL3ZnLAg2Zn3(s)1OQ以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，VrG=-RTln-3=8.314M773Mln(aR,AgaR,Zn)=128kJ/molaR,AgaR,Zn一,239T=773K時(shí)，aR,AgaR,Zn=2.24父10(1)以wZn=1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，則xZn=MPb=207.2.

9、10二二0.0317100MZn10065.3810aR,ZnZn二xZna%,Zn因?yàn)锳g、Zn服從亨利定律，且在Pb液中含量少，可近似認(rèn)為f%,Ag=f%,Zn=1由(2)得：aR,Zn=a%,ZnXZn】Zn=0.32父1父0.0317M11=0.111584,代入(1)得：aR,Ag=1.27父10，以wAg=1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則xAa=MPb=一207.2"0一三二1.921父10”g100MAg100107.8710所以wAg%一a%,Ag=0.0285,aR,Ag_1.2710AgxAg2.31.92110，wAg=0.0285%5高爐渣中(SiO2)與生鐵中的Si可發(fā)

10、生下述反應(yīng)(SiO2)+Si=2SiO(g)問(wèn)：1800K上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，SiO的分壓可達(dá)多少Pa?已知渣中(SiO2)的活度為0.09。生鐵中wC=4.l%,wSi=0.9%,eSi=0.109,eCi=0.18Si(l)+SiO2(s)=2SiO(g)：rG=633000-299.8T,J/molSi(l)=SirG=-131500-17.24T,J/molfS：fSC解：鐵液中的Si以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。根據(jù)Wagner模型，f%,Silgf%,Si=lgfSSi+lgfSC="Si%+&MwC%=0.109X0.9+0.18M.1=0.8361f%,Si=6.856

11、=0.18則qSi=wSi%f%,Si=0.9父6.856=6.171a(SiO2)=0.091)Si(l)+SiO2(s)=2SiO(g).：rG=633000-299.8T,J/mol2)鐵液中雜質(zhì)通常以wi%=1為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，Sil-Si1lR,Si(l)%,Si(l)solG=R%,Si(l)/,Si(l)=4G=13150017.24T,J/mol3)渣中通常以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)SiO2s=SiO2sR,SiO2(s)%,O2(s)solG二%,O2(s)-,R,SiO2(s)=04)(SiO2)(s)+Si(l)=2SiO(g)4)=1)-2)-3)AG=(633000-299.8T)-(

12、-131500-17.24T)=764500-282.56T=764500-(282.56*1800)=255892,J/mol(pSiO,g)2(pSiO,g)2rG=-RTlnK=-8.314父1800”一p聯(lián)立上糧式，得一p=3.746父10”a(SiO2)aSia(SiO2)aSipSiO,g=13.746父10或x;a(SiO2)a1s/p=13.746.10晨0.0976.171父101325Pa=14.6Pa根據(jù)鋁在鐵、銀間的分配平衡實(shí)驗(yàn)，得到Fe-Al合金(0<xAl<0.25)中鋁的活度系數(shù)在1600c時(shí)為lnVai=1.20xai0.65。求鐵的摩爾分?jǐn)?shù)xFe=

13、0.85的合金中在1600c時(shí)鐵的活度。解：解法一：對(duì)于1600c時(shí)Fe、Al形成的正規(guī)溶液，aFe=otAl21n；Al2:ln；Fe2則ln"/Fe=ln¥Al,(方)=-0.0146(1-xai)2(1-xFe)2x2eFe=0.985在1600c時(shí)，aFe="exFe=0.985x0.85=0.837參考教材P43-P45.必須掌握解法二：G-D方程x1d1nZ+x2d1n%=0x對(duì)上式積分dlni上dln2當(dāng)X=1時(shí)，1=1,In2-0,x1._.一一ddx=(a+bx-alna+bx)+CabxblnFex2dIn2=.42xiX2X2x2=01-x2

14、dIn2015xai01-xaid(1.20xAl-0.65)0.15xA.=-1.2000.150.15.=-1.20(1一Xai)|0-ln(1-xAl)I0=-1.200.012518929二0.0150Fe=0.985在1600c時(shí)，aFe="exFe=0.9850.85=0.837參考教材P59-P60將含wC=3.8%、wSi=1.0%的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐中，在1250c下吹氧煉銅，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？1C(s)+-O2=CO已知eC=0.14峭=0.08eS

15、：=0.11卷=0.18rG=(-117990-84.35T)J/molSi(l)+O2=SiO2(s)ArG=(-947676+196.86T)J/molC(s)=C1%ArG=(22594-42.26T)J/molSi(l)=Si1%ArG=(-131500-17.24T)J/mol解：考察反應(yīng)Si+2CO=2C+SiO2(s)方向,以判斷C與Si誰(shuí)先氧化。(1)以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)-1分C(s)-O2=CO2Si(l)+O2=SiO2(s)電1 一一一一1一-1/2得：C(s)+SiO2(s)=CO(g)+Si(l)22_1_rG=(-117990-84.35T)-947676196.86T=355848-182.78T2T=1250C=1523K時(shí)，3GrGRTln1=355848-182.7815230=77474.06J/mol0說(shuō)明反應(yīng)優(yōu)先逆向進(jìn)行，即Si先被氧化。(2)以1%溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)根據(jù)Wagner模型，lgfSi=M%Si&%C=0.1110.183.8=0.794;fSi=6.223asi-fSi%Si=6.2231=6.223lgfCueC%CeSi%Si=0.143.80.081-0.612;fC-4.092aC=fC%C=4.0923