物理化學(xué)課后解答第七章

1、7-1還原性氣體以0.5m/s速度流過(guò)直徑2mm的球團(tuán)，還原反應(yīng)速度的控制環(huán)節(jié)是還原氣體在氣相邊界層中的擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)測(cè)得氣體動(dòng)粘度系數(shù)為2.0X10-4m2/s,擴(kuò)散系數(shù)為2.0X10-4m2/s,試求傳質(zhì)系數(shù)及邊界層厚度?？刹榈脷怏w通過(guò)球體具有下列關(guān)系：S力=0.54Re(Re200)S/?=2.0+0.16Re2/3(Re200)作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：這是流動(dòng)體系中均相非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散問(wèn)題，可用邊界層理論解決。一半人能做對(duì)這題。學(xué)生困難在于不知道流體流過(guò)球體時(shí)雷諾數(shù)Re的計(jì)算公式。7-2直徑為2mm,密度為2.26g/cm3的球形石墨粒，在O.IMPa、1145K、含有10%體積分?jǐn)?shù)02的靜止氣

2、流中燃燒。假設(shè)燃燒反應(yīng)：C+O2-CO2為一級(jí)不可逆反應(yīng)，速度常數(shù)為020m/s。氧在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)為2.OXIOV/s,Sh=2.0+0.16Re2/3,計(jì)算完全反應(yīng)所需的時(shí)間(忽略其它氣體組分的影響)。作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：極少人能做對(duì)這題。這是無(wú)固體產(chǎn)物層的氣-固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。教科書沒(méi)有介紹，有些任課教師講了，但學(xué)生沒(méi)有引起重視或沒(méi)有掌握。7-3已知960-C下直徑為15X10_3m的氧化鐵球團(tuán)在氫氣流中被還原，實(shí)驗(yàn)測(cè)得下列數(shù)據(jù)：t/min4.86.07.29.613.219.227.0還原率/%20304060708090驗(yàn)證還原過(guò)程是否由界面化學(xué)反應(yīng)控制。作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析

3、：多數(shù)人只給出判斷結(jié)論，沒(méi)有給出判斷過(guò)程，這是不合要求的，而且結(jié)論對(duì)的人不多。不知道判斷方法是最大的問(wèn)題。7-41000C,0.IMPa氣壓下，在內(nèi)徑為7.7X10%!的爐管中，通入流速為0.lm/s的禺-皿混合氣體。已知管中直徑為1.2X10_2m的FezOs礦球密度為5.18X103kg/m3,氣孔率0.2,曲折度系數(shù)2.22,混合氣體中氫分壓為0.04MPa,氮分壓為0.06MPa,氣體擴(kuò)散系數(shù)為2X10V/S,動(dòng)粘度系數(shù)為2.39X10-4m7s,還原反應(yīng)(1/3)Fe2O3(s)+禺(s)=(2/3)Fe(s)+H2O(g)平衡常數(shù)與溫度關(guān)系為g罟+0.4681000C下正反應(yīng)的速率

4、常數(shù)為10.6m/s,求還原率為0.8時(shí)的反應(yīng)時(shí)間。作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：多數(shù)人能根據(jù)書中公式做對(duì)這題，做錯(cuò)了也是因?yàn)槲锢砹繂挝怀隽藛?wèn)題或不知道球形粒子雷諾數(shù)計(jì)算公式。特別要注意的是書中公式要求氣體濃度和固體密度單位應(yīng)為mol/m7-5已知鋼液對(duì)爐壁耐火材料的接觸角0=120。，鋼液表面張力為1.45N/m,試計(jì)算位于鋼液熔池中深度為0.6m處，不為鋼液進(jìn)入的爐底耐火材料內(nèi)微孔隙的半徑。已知鋼液密度p=7200如化作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：照書中公式多數(shù)人能做對(duì)這題。但一旦脫離書本，很少人能推出書中公式，原因是很少人知道接觸角的定義。7-6鋼液在1600U含有1.0X1(T%氫，熔池的脫碳速率

5、為0.01%(w/w)/min,計(jì)算氫能被去除的最大速率。已知2HT%(g)3811T+3.18作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析:一半人能做對(duì)。有些人對(duì)脫碳與脫氫的關(guān)系和整個(gè)實(shí)際操作背景不了解，因而無(wú)法寫出方程。脫氫機(jī)理背景知識(shí)介紹很重要。7-7常壓下溫度為1600C的鋼液*/為7X107%,為使鋼液的譏日下降到1X10-4%,需吹入多少氫氣(標(biāo)態(tài))？已知2HT%(g)3811T+3.18作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析:一半人能做對(duì)。吹氮脫氫機(jī)理了解了，這題就不難了。7-8試討論電爐煉鋼氧化期脫氮的動(dòng)力學(xué)。氧化期由于C、0反應(yīng)生成C0氣泡對(duì)于鋼中的N相當(dāng)于真空，因此，鋼液中的N隨氣泡上浮，排出。試分析電爐煉鋼氧

6、化期脫N的機(jī)理；脫N速率與脫C速率的關(guān)系式；試計(jì)算在1600C時(shí)，脫C速率為06%/h,PcoM).IMPa條件下，鋼液中原始含N量為8.0X10-%經(jīng)10分鐘后，鋼液中的N含量為多少？注：(1)忽略鋼液、爐渣表面的吸氮；(2)脫氮反應(yīng)未達(dá)平衡，不平衡常數(shù)&=05;(3)已知2N=N2(g),AG=-7190-47.777J/mol作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：一半人能做對(duì)。脫氮機(jī)理了解了，這題就不難了。另外，某組分摩爾數(shù)計(jì)算用公式產(chǎn)吐怦也。式中呻為i物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，100h/=vv4d；(kg/mo1)為i物質(zhì)摩爾質(zhì)量；W(ton)為鋼液噸數(shù)。7-9渣-鋼界面積為15m2,鋼中Mn的擴(kuò)散系數(shù)為1.O

7、XIOV/s,鋼液密度7100kg/m3,邊界層厚度=0.003cm.已知該冶煉條件下渣/金界面處Mn平衡濃度可以忽略，且金屬相內(nèi)傳質(zhì)是Mn氧化的控制環(huán)節(jié)，求27噸電爐鋼去除90%Mn所需的時(shí)間。作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：一半人能做對(duì)。關(guān)鍵是知道此題涉及流動(dòng)體系均相傳質(zhì)邊界層理論，因此傳質(zhì)系數(shù)kd=g。O7-10堿性爐渣煉鋼反應(yīng)2(MnO)+S訂=2Mn+(SiO2)平衡常數(shù)K=l.5(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示濃度)。若渣中含w(MnO)=5%,w(SiO2)=34%;鋼中含wS訂=5%,wMn=0.1%,DSi=1.OXIOV/s,DMn=l.OXIOV/s,D.=Du:+=1.0X10_1m7s;渣-鋼界面積為8m2,OfiVl/l鋼液密度7100kg/m3,爐渣密度3500kg/m有效邊界層厚度為廣曠003cm,%oj=%“o)=0012cm。試討論1600*C下MnO被Si還原的控速環(huán)節(jié)。作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：很少人能做對(duì)，主要錯(cuò)在速率方程的推導(dǎo)上。相當(dāng)多的人沒(méi)有認(rèn)真一步一步推完所有步驟速率方程，而是參照書本，想當(dāng)然地給出類似書中的速率方程。7-11根據(jù)圖7-16給出的MgO試棒在CaO-FeO-SiO2-CaF2熔渣中1673K溫度下侵蝕0.