冶金原理(7.1)--化合物的生成-分解反应
冶金原理名词解释
Mingcijieshi第一章 冶金溶液热力学基础—重点内容本章重要内容可概括为三大点：有溶液参与反应的θG Δ、G Δ、溶液中组分B 活度一、名词解释生铁 钢 工业纯铁 熟铁 提取冶金 理想溶液 稀溶液 正规溶液 偏摩尔量X B 化学势μB 活度 活度系数 无限稀活度系数r B 0 一级活度相互作用系数e i j 一级活度相互作用系数εi j 标准溶解吉布斯自由能θB S G ∆ 溶液的超额函数生铁:钢:工业纯铁:熟铁:提取冶金:理想溶液:稀溶液:正规溶液是指混合焓不等于0,混合熵等于理想溶液混合熵的溶液称为正规溶液; 偏摩尔量X B 是指指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下,溶液的广度性质XG 、S 、H 、U 、V 对组分B 摩尔量的偏导值;)(,,)/(B k n p T B B k n X X ≠∂∂=; 化学势μB 是指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下,溶液的吉布斯能对组分B 摩尔量的偏导值;)(,,)/(B k n p T B B B k n G G ≠∂∂==μ;P27活度是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度;活度系数是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度时引入的系数; 无限稀活度系数r B 0是指稀溶液中溶质组分以纯物质为标准态下的活度系数; 无限稀活度系数r B 0大小意义是组元B 在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数是纯物质为标准态的活度与以假想纯物质为标准态的活度相互转换的转换系数 是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数一级活度相互作用系数e i j 是指以假想1%溶液为标准态,稀溶液中溶质组分i 的活度系数的lg f i 对溶质组分j 的ωj %偏导值,即：0)/lg ((%)→∂∂=A j i j i f e ωω; P106一级活度相互作用系数εi j 是指以纯物质为标准态,稀溶液中溶质组分i 的活度系数的lg r i 对溶质组分j 的x j 偏导值,即：0)/lg ((%)→∂∂=A j i j i x r ωε;P105标准溶解吉布斯自由能θB S G ∆是指纯物质溶液溶解于溶液中,并形成标准态溶液的吉布斯自由能变化值;溶液的超额函数是指实际溶液的偏摩尔量或摩尔量与假想其作为理想溶液时偏摩尔量或摩尔量的差值,用上标“ex ”表示;二、冶金原理三大内容重庆大学考题：冶金过程热力学、冶金过程动力学的区别冶金原理主要研究内容包括冶金过程热力学、冶金过程动力学、冶金溶液三大部分;冶金过程热力学研究在给定条件下,反应进行的可能性、方向和限度平衡,影响反应平衡因素如温度、浓度、压力、催化剂等,如何利用影响因素创造条件使反应沿着预期的方向进行,达到预期的限度;热力学不涉及反应速度、反应机理问题;冶金过程动力学的主要研究冶金反应的机理、速率、速率限制环节、速率影响因素,以及如何创造条件加速反应的进行;冶金溶液研究熔体的相平衡、结构及性质;三、拉乌尔定律、亨利定律内容及其表达式拉乌尔定律：“在一定温度和平衡状态下,溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数;”其数学表达式为：式中,*A p 为纯溶剂A 的蒸气压;亨利定律：“在一定温度和平衡状态下,挥发性溶质在气相中的平衡分压与溶质在溶液中的摩尔分数成正比;”亨利定律数学表达式为：式中,)(x H k 为亨利系数;三、标准溶解吉布斯能计算式1纯物质为标准态时,B=B θ)(B m S G ∆=02假想纯物质为标准态时,B=B 0)(ln B B m S r RT G =∆θ 3假想1%溶液为标准态时,B=B B A B B m S M M RT r RT G 100ln ln 0)(+=∆θ 证明：对于B=B θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P P B 为溶液中组分B 的蒸气；*B P 为纯物质B 的饱和蒸气压1纯物质为标准态时,P B =*B P ,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTln *B P -RTln *B P =02假想纯物质为标准态时,由亨利定律可得P B =k H x ,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTlnk H x -RTln *B P =RTlnk H x /*B P =RTln 0B r3假想1%溶液为标准态时,由亨利定律可得P B =k H %,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTlnk H %-RTln *B P =RTlnk H %/*B P =RTln )100(0B BA r M M 第二章 冶金动力学基础名词解释基元反应速率限制环节化学扩散互扩散对流扩散扩散通量速度边界层浓度边界层或扩散边界层动力学中的稳定态均相形核异相形核1、基元反应：反应物分子相互碰撞直接转化为产物分子的反应;基元反应的反应级数与反应物计量数之和相等;P562、速率限制环节：反应过程由界面化学反应和扩散多环节组成的串联过程,其中速率最慢或阻力最大,对反应总速率影响很大的环节;P553、化学扩散互扩散：静止体系中,溶液中有浓度梯度存在时,发生的扩散,它是一种原子在其它种作为基体的原子中的相对扩散;P614、对流扩散：流动体系中出现的扩散,它是由分子扩散和液体的分子集团的整体运动,使其内的物质发生迁移;5、扩散通量：指组分在单位时间内,通过垂直于扩散方向单位截面积的物质的量;6、速度边界层：在流速较大的非均相体系气固、气液、液固等内,流体在相界面上流动时,液体与相界面出现摩擦阻力,在贴近相界面并出现很大速度梯度的流体薄层称为速度边界层;P677、浓度边界层或扩散边界层：在流速较大的非均相体系气固、气液、液固等内,流体在相界面上流动时,在贴近相界面并出现很大浓度梯度的流体薄层称为速度边界层;P688、动力学中的稳定态：反应过程由界面化学反应和扩散多环节组成的串联过程中,各环节与总反应速率相等,且不随时间而变化的状态;P799、均相形核：指在反应产物在均匀的相内发生的形核;10、异相形核：指在核在异相界面上形成时称为异相形核;第三章相图名词解释相图或状态图自由度相律稳定化合物同分化合物,或一致熔融化合物不稳定化合物异分化合物,或示一致熔融化合物二元共析共熔转变二元转熔包晶转变三元共析共熔转变三元转熔包晶转变相图的作用1、相图或状态图：在多相平衡体系中,表示物质相的状态与影响相态变化的温度、压力及组成等变量之间的几何图形,冶金过程的相图一般是“温度-组成”之相图;2、自由度：影响相态变化的温度、压力及组成等变量中在一定范围内可以任意独立改变而不致使相态发生变化的变量个数;3、相律：多相体系平衡的基本规律,描述的是凝聚相平衡体系中相数、独立组元数与自由度之间的关系;考虑到温度、压力两个变数时：f=C–φ+2,其中,f：自由度；C：独立组元数；φ：相数；对于凝聚系,可以不考虑体系压力时,f= C–φ+14、稳定化合物同分化合物,或一致熔融化合物：从固相到熔化温度的过程中,组成保持一致的化合物;5、不稳定化合物异分化合物,或示一致熔融化合物：从固相到熔化温度的过程中,组成不一致的化合物;6、二元共析共熔转变：体系降温至某温度时,自液相中同时析出两个固体的变化;7、二元转熔包晶转变：体系降温至某温度时,液相吸收一个固体生成另一个固体的变化;8、三元共析共熔转变：体系降温至某温度时,自液相中同时析出三个固体的变化;9、三元转熔包晶转变：体系降温至某温度时,液相吸收一个固体生成另外二个固体的变化,或液相吸收二个固体生成另外一个固体的变化;二、相图的作用答：相图是表示凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系;由相图可以确定氧化物在高温下相互反应、形成的不同相组分纯凝聚相、液溶体及固溶体、简单氧化物及复杂化合物、共晶体、包晶体、液相分层等和一些参数温度、组分浓度、相数等之间关系,以及各相在不同条件下温度、组成的相互转变关系,为选择某种性能的相成分提供依据;第四章冶金炉渣物理化学性质本章主要内容：熔渣的物理性质熔化温度、密度、粘度等、熔渣化学性质渣酸碱性,氧化还原性,容量性等、熔渣结构分子理论、离子理论、完全离子理论、正规离子理论等;一、名词解释熔体的熔化温度熔体的熔化性温度熔体的粘度熔体的表面张力熔体的界面张力熔体的润湿角熔渣碱度氧化物的光学碱度渣的过剩碱度熔渣的氧化性、还原性熔渣的容量性熔渣的硫容硫容量熔渣的磷容磷容量1、熔体的熔化温度：渣加热过程中刚好完全熔化时的温度,或液态渣冷却过程中刚析出固体时的温度,在相图中为液相线温度;2、熔体的熔化性温度：渣加热过程中至渣刚好能自由流动时的温度,或指在渣粘度-温度关系图中,渣粘度发生急剧变化时的温度;3、熔体的粘度：是指单位速度梯度下,作用于平行的两液层间单位面积的摩擦力;4、熔体的表面张力：凝聚相与气相之间形成的张力;熔体的界面张力：两凝聚相接触面之间形成的张力;5、熔体的润湿角：指熔体的界面张力与表面张力之间形成的夹角;6、熔渣碱度：熔渣中碱性氧化物质量分数之和与酸性氧化物质量分数之和之比值7、氧化物的光学碱度：指氧化物施放电子的能力与CaO施放电子能力之比;8、渣的过剩碱度：渣中碱性氧化物的总量与酸性氧化物消耗碱性氧化物的量差值;9、熔渣的氧化性、还原性：熔渣从与之相接触的金属液中吸收氧的能力称为熔渣的还原性;熔渣向与之相接触的金属液中提供氧的能力称为熔渣的氧化性;10、熔渣的容量性：指熔渣容纳或吸收对金属液有害的成分如S 、P 、H 、N 等的能力;11、熔渣的硫容硫容量：指气体硫在熔渣中溶解反应()222221)()(21O S O S g +=+--达平衡时,21)()(222S O S s P P C ⋅=-ω,即气体中S 2在熔渣溶解度反应达平衡时,熔渣中S 2-的浓度与21)(22S O P P 乘积12、熔渣的磷容磷容量：指磷在渣中的溶解反应1/2P 2g +3/2O 2-+5/4O 2= PO 43-达到平衡时的4/52/122-34-34=O P PO PO P P ωC第五、六章 化合物的形成-分解及碳、氢的燃烧反应一、名词解释氧势 硫势 硫化物的硫势 氯势 氯化物的氯势 碳化物的碳势 氧化物的分解压碳酸盐的分解压 碳酸盐分解开始温度 碳酸盐沸腾分解温度 直接还原 间接还原 浮士体1、氧势：含有O2的体系,氧的相对化学势,即222ln O O O O P RT =-=θμμπ称为体系的氧势; 氧化物的氧势：氧化物生成反应：2x/yMS+O2=x/yMxOyS 达平衡时,平衡气相中氧的氧势2ln O P RT 称为氧化物的氧势;2、硫势：含有S2的体系,硫的相对化学势,即222ln S S S S P RT =-=θμμπ称为体系的硫势; 硫化物的硫势：硫化物生成反应：2x/yMS+S2=x/yMxSyS 达平衡时,平衡气相中硫的硫势2ln S P RT 称为硫化物的硫势;3、氯势：含有Cl2的体系,氯的相对化学势,即222ln Cl Cl Cl Cl P RT =-=θμμπ称为体系的氯势;氯化物的氯势：氯化物生成反应：2x/yMS+Cl2=x/yMxClyS 达平衡时,平衡气相中氯的氯势2ln Cl P RT 称为硫化物的硫势;4、碳化物的碳势：碳化物生成反应：2x/yMS+C=x/yMxCyS 达平衡时,C a RT ln 称为碳化物的碳势5、氧化物的分解压：氧化物MO 分解反应2MOS=2MS+O2达平衡时,产生的氧气压力称为氧化物MO 的分解压,一般用)(2MO O P 表示;6、碳酸盐的分解压：碳酸盐MeCO3分解反应MeCO3S=MeOS+CO2达平衡时,产生的CO2压力称为碳酸盐MeCO3的分解压,一般用)(32MeCO O P 表示;7、碳酸盐分解开始温度：碳酸盐MeCO3分解压与环境气相中CO2分压相等时的温度称为碳酸盐分解开始温度;8、碳酸盐沸腾分解温度：碳酸盐MeCO3分解压与环境气相总压相等时的温度称为碳酸盐沸腾分解温度9直接还原是指采用固体碳作还原剂还原氧化物,产生CO 的反应;10间接还原是指采用CO 或H2作还原剂还原氧化物,产生CO2或H2O 的反应; 11浮士体：纯氧化亚铁FeO 的理论含氧量为 ％,但实际存在的却是含氧量变动在～％的非化学计量氧化亚铁相,这种固溶体称为浮氏体W üstite第七章 —重点内容与练习一、名词解释氧化熔氧化精炼 直接氧化 间接氧化 脱氧 沉淀脱氧 扩散脱氧 真空脱氧 氧化过程中元素M 氧化的分配比 元素选择性氧化1、氧化熔氧化精炼：指在氧化剂作用下,使粗金属中的过多即超过允许含量的元素及杂质通过氧化作用分离除去的过程;2、直接氧化：金属液中溶解的元素M 被吹入金属液中O2氧化;3、间接氧化：金属液中溶解的元素M 被主金属A 氧化产物溶解于金属液中的氧所氧化;4、脱氧：指向钢液中加入与氧亲和力比铁大的元素脱氧剂,使溶解于钢液中的氧转变为不溶解于钢液中的氧化物,自钢液中排出的过程;5、沉淀脱氧：将脱氧剂如MnFe 、SiFe 、Al 等加入钢液中,与O 作用生成在钢中不溶解的氧化物,上浮至渣中,从而达到脱氧的目的;6、扩散脱氧：将脱氧剂如SiFe 粉、SiCa 粉等加入炉内,置于熔渣中,将熔渣中的FeO 还原,降低渣中FeO 含量,从而使钢液中氧向渣中扩散,降低钢液中的含氧量;7、真空脱氧：将盛装钢液的装置置于真空室中,抽真空,降低PCO,使反应 C+ O= CO 继续向右进行,从而降低钢液的含氧量;8、氧化过程中元素M 氧化的分配比分配常数LM ：氧化过程中,反应xM+yFeO=MxOy+yFe 反应达平衡时,M 在渣中浓度与在金属液中浓度比][)(M x O M y x x 称为元素M 在渣-金属液之间的分配比,一般用LM 表示9、元素选择性氧化：当熔池中有多种元素共存时,通过控制温度及体系压力的方法,可控制金属熔体中元素的氧化,达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的,这种方法称为选择性氧化;。
冶金原理(7.5)--化合物的生成-分解反应
第七章化合物的生成–分解反应7.1生成－分解反应的基本概念一、化合物的生成–分解反应∙分解反应：化合物被加热到一定温度时或在一定真空条件下分解为一种更简单的化合物（或金属）和气体的一种过程：AB(s,l)=A(s,l)+B(g)AB—碳酸盐、氧化物、硫化物或氯化物；A—相应的氧化物、金属或低价的氧化物、硫化物和氯化物；B—相应的二氧化碳、氧、硫或氯。
∙生成反应：分解反应的逆过程二、常见的化合物的生成–分解反应∙2Fe3O4=6FeO+O2↑H2WO4=WO3+H2O↑2FeS2=2FeS+S2↑CaCO3=CaO+CO2↑2CuCl2=2CuCl+Cl2↑2CO2=2CO+O2↑三、研究生成–分解反应的意义∙了解各种化合物的分解条件；∙比较各种化合物在相同条件下稳定性的高低∙由生成–分解反应的热力学数据求出各种氧化–还原反应的热力学数据。
7.2化合物生成反应的热力学分析7.2.1化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能一、化合物的生成–分解反应∙一、标准摩尔生成吉布斯自由能——△fGθ定义在给定温度及标准压强（pθ=101.325kPa)下，由标准态的单质反应生成1mol标准态下的该化合物时，该生成反应的标准吉布斯自由能变化∙【例题】FeO的标准摩尔生成吉布斯自由能的计算1000K时，Fe的标准摩尔吉布斯自由能：–49.9KJ·mol–1O2的标准摩尔吉布斯自由能：–220.62KJ·mol–1FeO的标准摩尔吉布斯自由能：–359.48kJ·mol–11000K时，FeO的标准摩尔生成吉布斯自由能：△fGθ=–359.48+220.62/2+49.9=–199.27kJ·mol-1二、△fGθ与温度的关系∙——△fGθ－T关系式(捷姆金－许华兹曼速算式)三、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能数据的获得∙1、查找有关手册2、利用不同温度下反应物和生成物的标准摩尔吉布斯自由能值进行计算。
冶金原理复习题(stu)
第一篇冶金熔体第一章冶金熔体概述1. 什么是冶金熔体？它分为几种类型？2. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。
3. 熔锍的主要成分是什么？第二章冶金熔体的相平衡图1. 在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。
X ：A 10% ，B 70% ，C 20% ；Y ：A 10% ，B 20% ，C 70% ；Z ：A 70% ，B 20% ，C 10% ；若将3kg X 熔体与2kg Y 熔体和5kg Z 熔体混合，试求出混合后熔体的组成点。
2. 试分析下图中熔体1 、2 、3 、4 、5 、6 的冷却结晶路线。
第三章冶金熔体的结构1. 熔体远程结构无序的实质是什么？2. 试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。
3. 简述熔渣结构的聚合物理论。
其核心内容是什么？第四章冶金熔体的物理性质1. 试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。
2. 什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？3. 实验发现，某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量细颗粒铅珠，造成铅的损失。
你认为这是什么原因引起的？应采取何种措施降低铅的损失？第五章冶金熔体的化学性质与热力学性质1. 某工厂炉渣的组成为：44.5% SiO 2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ，4.9%MgO 。
试计算该炉渣的碱度和酸度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 652. 什么是熔渣的碱度和酸度？3. 熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？4. 已知某炉渣的组成为（W B / % ）：CaO 20.78 、SiO2 20.50 、FeO 38.86 、Fe2O3 4.98 、MgO10.51 、MnO 2.51 、P2O5 1.67 ，试求该炉渣的碱度。
原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 5. 某铅鼓风炉熔炼的炉渣成分为（W B / % ）：CaO 10 、SiO2 36 、FeO 40 、ZnO 8 ，试求该炉渣的酸度。
冶金原理 课后题答案
第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。
2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。
4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。
活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。
8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。
冶金原理第五章
2）高价氧化物在金属元素作用下，可被还原为氧势低的相邻低价氧化物； 4Fe2O3（s）＋Fe（s）＝3Fe3O4（s） Fe3O4（s）＋Fe（s）＝4FeO（s）
5.2.4 氧化物形成－分解的热力学原理
金属，特别是过渡金属元素可有几种价态及相应地有几种氧化物存在。其不 同价态的氧化物的氧势服从氧势递增原理： 在任意M－O体系中，相邻氧化物的氧势随含氧量的增加而增加。（可从热力 学上严格证明）。高价氧化物的氧势比低价高，氧势大，氧化物不稳定。 根据氧势递增原理，可有以下特点： 1）金属氧化物的形成或分解遵循逐级转变原则： • 逐级形成： Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 • 逐级分解：高价氧化物 相邻低价氧化物＋O2 热力学计算表明：在标准态下，FeO在低于570℃下不能稳定存在（ G0）。
因此，C－H－O系在不同条件下可能出现上述8个燃烧反应。 3）CO、H2的燃烧 结合前述氧势图内容学习（自学）。
4）固体碳的燃烧反应
重点介绍：碳的气化反应或熔损反应 C＋CO2＝2CO G＝166550－171T
K
2 p CO
a C p CO 2
强吸热反应，T升高，CO升高，CO2降低（正向移动）
pB
nB
nB
p
）
（2）平衡常数方程：选用的平衡常数方程的个数最多不能超过体系内独 立反应的数目。 独立反应数＝物种数－元素数 K＝
（3）各元素原子的物质的量恒定方程：平衡组分的浓度和体系的初始条件有关， 而在反应中，各元素的原子的物质的量保持不变。由此，可建立原子的物 质的量恒定方程。需要知道体系的原始气相组成。
位置低的元素在标准态下可将位置高的 CO线：C万能还原剂。交点温度称为转
化温度。
化合物的分解-生成反应基本概念汇总
化合物离解——生成反应标准吉布斯自 由能
对于绝大多数的离解——生成反应可以用下列通式表 示： A(s)+B(=AB(s) (1) 反应的标准吉布斯自由能图变化： ΔG0=-RTlnKθ=-RTlnPθ/PB pB为反应平衡时气相B的分压，称为化合物AB的离解 压。
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对反应（1）， pB=φ(T) 即离解压仅取决于温度，或者说，ΔG0、 Kp亦仅取决于温度： ΔG0=φ(T) Kp=φ(T)
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基本概念
定义：用于冶炼过程的矿石、溶剂、还原剂等 物料是由各种化合物组成的，其中重要的化 合物有碳酸盐、氧化物、硫化物、硫酸盐和 卤化物等。任何化合物在受热时分解为元素 （或较简单的化合物）和一种气体的反应就 是化合物的离解反应，而其逆反应则是化合 物的生成反应，这类反应统称为化合物的离 解——生成反应。
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常见的离解反应类型有：
氧化物
4Cu O2 2Cu2O
4Fe3O4 O2 6Fe2O3
碳酸盐 CaO+CO2=CaCO3 硫化物 2Fe+S2=2FeS 氯化物 1/2Ti+Cl2=1/2TiCl4 还原剂化合物 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2
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研究离解——生成反应的ΔG0、Kp、PB与温度的关 系具有重大的意义，由此可得知各种化合物的离解 压条件，可对比在相同温度条件下各种化合物的稳 定性大小，并可由离解——生成反应的热力学条件 求出各种氧化——还原反应的热力学条件。 本章重点讨论氧化物的离解——生成反应，其它化 合物的离解——生成反应的热力学规律与氧化物是 一致的。
化合物的形成和分解_图文
1 化合物形成－分解反应的热力学原理
1.1 分解压及其热力学方程
1. 2 分解反应的热力学参数状态图
分
解
AB形成区
反
PB
应
优
AB分解区
势
T T1
区
图
AB形成区 AB分解区
开始分解温度: 化学沸腾温度：
例题
●将CaCO3(固体)放置在含有12%体积CO2的气氛中，总压为100KPa, 求CaCO3的分解的开始温度和沸腾温度。
。
T
3.3.2 计算氧化物在一定温度TK的分解压力
T
MnO在1473K的 分解压？
1473K
氧化物稳定性比较: 氧势越低的化合物越 稳定？
MnO在1473K的 空气中能否稳定存在？ （P244）
1473K
3.3.3 计算元素的氧化反应在一定温度及氧分压下的△G
T
3.3.4 计算氧化物被固体碳直接还原的开始温度
●将5×10-4KgCaCO3(固体)放在体积为1.5×10-3m3的真空容器内,加热到
800℃，有多少KgCaCO3残留下来？
1. 3 影响分解压的因素
●温度
范特霍夫方程推导
温度对分解压的影响
1. 3 影响分解压的因素
某些金属氧化物的分解 压与温度的关系
1. 3 影响分解压的因素
●固相物（反应物或生成物）的相变
3.4 氧化物形成价位的氧化物，则其分解过程有如下原则：
●逐级转变原则 高价氧化物在温度升高时放出氧，依次突跃地经过体系 中所有低价氧化物，直至零价（金属）
3.4 氧化物形成－分解的热力学原理
对于同一金属元素，若其能形成不同价位的氧化物，则其分解过程有如下原则：
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G-T关系式线性回归图 0 -100000 -200000 -300000 -400000 -500000 -600000 0 500 1000 1500 2000 2500 G = 172.76T - 563482 R2 = 1
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即以上述方法求出的∆G0-T二项式的置信率 为99.997％，用该二项式计算10万个数据， 只有三个可能错误。 为了检验用二项式与计算时误差的大小，现 将两式计算结果列如表2-2中。 由表2-2可见，与多项式比较，二项式的计 算结果是足够准确的。
∆H = ∆H
0 T 0 298
+ ∫ ∆C dT ±(∆H 相变 ) + ∫ ∆C p dT
298 ' p T'
T'
T
∆S = ∆S
0 T
0 298
+∫
T'
' ∆C p
298
T
dT ± (∆S相变 ) + ∫
T
∆C p T
T'
dT
冶金原理精品课程
式中，T’为相变开始温度。∆Cp’为相变后体 系的热容。若发生相变的物质是生成物则用 正号，若为反应物则用负号；若生成物和反 应物都有相变发生，则为生成物的相变热减 去反应物的相变热，相变熵亦与此相同。
由吉布斯自由能与温度的关系式∆G0=A+BT的形 式可看出，A、B为与温度无关的常数，当T=0K 时，BT项为零，A为直线的截距，直线的斜率为 B。 如对反应 4Cu+O2=2Cu2O ∆G0=-336.465+0.1344T KJ 截距A为-33.465KJ 1000K时，∆G10000=-199.075KJ·(molO2)-1 斜率B==0.1344 可绘出图2-2中的∆G-T直线。
冶金的原理
冶金的原理
冶金的原理是通过物质的熔炼和热处理等工艺，将金属矿石中的金属元素提取出来，并通过改变其化学成分和物理性质，进而获得所需的金属材料。
冶金的主要原理包括矿石选别、矿石还原和提纯、金属合金化以及热处理等过程。
首先，矿石选别是根据矿石的成分和质量特点将其分离和分类处理，以提取目标金属。
其次，矿石还原和提纯是通过化学反应、物理分离等方法，将金属元素从矿石中分离出来，减少杂质含量，达到提纯的目的。
提取的金属元素常常需要进行合金化处理，即将其与其他金属或非金属元素混合，以改善金属的性能和机械性能，使其适应不同的工艺要求。
合金的形成常常需要控制合金元素的比例和添加方式，以达到所需的物理和化学性能。
最后，热处理在冶金工艺中起到重要的作用，通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其晶粒结构和组织，从而调整材料的力学性能（如硬度、韧性等）和组织性能（如晶粒大小、相变等）。
综上所述，冶金的原理涉及矿石选别、还原和提纯、金属合金化以及热处理等过程，旨在提取金属元素、改善其性能和实现特定的结构。
通过这些原理，可以生产出各种不同的金属材料，广泛应用于工业制造、建筑、交通运输、电子等领域。
冶金的化学原理及应用教案
冶金的化学原理及应用教案一、引言在金属材料的生产、加工与利用过程中，冶金是一项非常重要的学科。
本教案将介绍冶金的化学原理及其在实际应用中的重要性。
二、冶金的基本概念1.冶金的定义：冶金是研究金属工艺、金属物理、金属与非金属材料相互作用等一系列学科的统称。
2.冶金的发展历史：从古代冶铜冶铁开始，经过几千年的发展，冶金已经成为现代工业的重要组成部分。
三、金属的化学原理1.金属与酸的反应：金属通常与酸反应生成盐和气体。
例如，铁与盐酸反应生成氢气和氯化铁。
2.金属的氧化反应：金属通常与氧气反应生成金属氧化物。
例如，铁与氧气反应生成氧化铁。
3.金属的还原反应：金属通常可以被还原剂还原，恢复到原来的金属状态。
例如，氢气可以将氧化铁还原为铁。
四、冶金的应用1.金属材料的提取：通过冶金技术，可以从矿石中提取出金属，如铜、铁、铝等。
2.金属的加工：冶金技术可以将金属加热、锻造、淬火等，使其获得不同的性能和形状。
3.金属的合金化：通过将金属与其他元素进行合金化处理，可以获得具有更好性能的合金材料。
4.材料的改性：冶金技术可以改变金属材料的性能，如增加硬度、提高耐蚀性等。
5.金属的再利用：通过冶金技术，可以对废旧金属进行回收再利用，减少资源浪费。
五、教学方法与学习建议1.多媒体教学法：可以通过投影仪、电脑等多媒体设备展示冶金的实际应用和案例，激发学生的学习兴趣。
2.实践教学法：可以组织学生参观冶金工厂，了解真实的冶金生产过程，增加实际操作的经验。
3.组织讨论：可以选取一些与冶金相关的问题，组织学生进行小组讨论，激发学生思考和合作能力。
4.提供案例：可以选取一些冶金产业中的成功案例，让学生分析其成功原因和经验教训。
六、教学评估与反馈为了评估学生对冶金化学原理及应用的掌握程度，可以采用以下评估方法： 1. 书面测试：出一些选择题、填空题和简答题，考察学生对冶金的基本概念和原理的理解。
2. 实验报告：要求学生进行一些简单的实验，并撰写实验报告，评估学生的实验操作能力和数据分析能力。
冶金的化学原理及应用视频
冶金的化学原理及应用视频一、引言随着科技的进步和工业的发展，冶金工艺在现代社会中扮演着重要的角色。
冶金学是研究金属和非金属的提取和加工的学科，其中化学原理是冶金工艺的基础。
本文将介绍冶金的化学原理及其在实际应用中的视频教程。
二、冶金的化学原理冶金工艺的实施涉及到多种化学原理，包括物质的热力学性质、物质的结构与组成以及反应动力学等。
以下是冶金的几个重要化学原理：1. 热力学性质热力学性质是指物质在不同温度和压力下的性质和相变规律。
在冶金过程中，了解物质的热力学性质对于控制反应的进行和提高生产效率至关重要。
2. 反应动力学反应动力学研究化学反应的速率以及反应过程中的物质转化。
冶金工艺中，不同的反应速率会对产品质量和生产效率产生重要影响。
了解反应动力学原理可以帮助优化工艺参数，提高反应的效率。
3. 金属结构与组成金属的结构与组成是冶金学中的重要内容。
通过了解金属的晶体结构、晶格缺陷以及不同元素对其性质的影响，可以指导金属的炼制和加工过程，提高材料的性能。
4. 金属的提取与精炼金属的提取和精炼是冶金工艺中的核心环节。
通过化学原理，可以了解不同金属的提取方法和过程中的反应机理，从而实现高效、低成本的金属提取。
三、冶金的化学原理应用视频教程为了帮助读者更好地理解冶金的化学原理，以下是一些关于冶金化学原理及其应用的视频教程：1. 冶金热力学•[视频标题一]–视频简介：–内容要点：•热力学基本概念•热力学基本定律•在冶金中的应用及案例分析•[视频标题二]–视频简介：–内容要点：•熵和焓•自由能与平衡•金属的热力学计算方法2. 反应动力学在冶金中的应用•[视频标题一]–视频简介：–内容要点：•反应速率与反应机理•冶金中的反应动力学测定方法•优化冶金反应的案例分析•[视频标题二]–视频简介：–内容要点：•微观反应速率与扩散限制•温度对反应速率的影响•反应动力学模型在冶金工艺设计中的应用3. 金属结构与组成分析技术•[视频标题一]–视频简介：–内容要点：•金属晶体结构与晶格缺陷分析方法•金属中的固溶体与相图分析•金属微观组织分析的实践与应用•[视频标题二]–视频简介：–内容要点：•金属元素对合金性能的影响•金属材料失效机制与分析方法•金属材料中杂质元素的检测与分析4. 金属提取与精炼技术•[视频标题一]–视频简介：–内容要点：•不同金属的提取方法与基本原理•金属提取过程中的反应动力学研究•提高金属提取效率的工艺改进方法•[视频标题二]–视频简介：–内容要点：•电解法在金属提取中的应用•火法冶金工艺及其原理•筛选与精炼技术在金属工艺中的应用四、结论冶金的化学原理及其实际应用在现代工业生产中发挥着重要作用。
冶金原理 名词解释
冶金原理名词解释冶金原理名词解释1. 化合物的分解压---1mol 的固体化合物分解达平衡时，如果产物只有一种气体，则该气体的压力就是该化合物的分解压（用来衡量固体化合物的稳定性，分解压越小，越稳定）2. 理论分解电压---再可逆情况下，使电解质有效组元分解的最低电压。
3. 实际分解电压---在可逆情况下，能使电解质熔体不断地发生电解反应所必须的最小电压4. 分解温度---在一定分压条件下，温度升高到一定程度，分解反应开始进行时的温度。
5. 沸腾温度---加热化合物使其分解压等于环境气氛总压，化合物强烈分解时的温度。
6. 理想溶液---分子和原子间不发生相互作用的溶液7. 实际溶液---同一组元之间，不同组元之间相互作用不可忽视的溶液8. 化学势---指组元的偏摩尔自由能，是物质的传递动力9. 化合物标准生成自由能---标态下稳定单质生成某化合物的反应对应的自由能变化10. 活度及活度系数---在实际溶液中为保持拉乌尔定律和亨利定律的简单形式，采取保持蒸汽压不变而修正浓度的办法，其修正系数为活度系数，修正后的浓度为活度11. 表面张力---液体表层分子受到内部的吸引，趋于挤向液体内部，使液体表面趋于缩小，结果在表面的切线方向产生缩小表面的力12. 界面张力---界面由于分子手里的不平衡而产生的表面切线方向的力13. 表面吸附---部分会使表面张力降低的元素会自动的向表面迁移，从而降低表面自由能，这一现象即为表面吸附14. 表面活性物质---凡能降低表面张力的物质为表面活性物质，反之，为非表面活性物质15. 液体对固体的湿润角---由三相点引出的液体表面张力作用线和液固界面张力作用线的16. 限制性环节---反应的速率取决于各个环节中最慢的环节，这一环节称为限制性环节17. 电极电势---当电极与溶液接触时，由于离子或电子的迁移，会在其相界面处产生电势差。
由于静电力的作用，这种迁移会达到某种平衡态，这是的电位差即为电极电势。
有色金属冶金原理(第二章)
第二章
第二章 化合物的离解-生成反应
第一节 概述 常见化合物：氧化物、碳酸盐、硫化物、氯化 物等。 反应类型：
氧化物：4Cu+ O2 =2Cu2O 碳酸盐：CaO + CO2= CaCO3 硫化物：2FeS + S2 = 2FeS2 氯化物：2CuCl + Cl2 = 2CuCl2 还原剂化合物：2C + O2 = 2CO
给出反应的ΔG0 = A + BT，就可以求出指定 温度下的反应的分解压。 例：P42
大多数氧化物的 离解压都很低。
用离解的方法来 获取金属几乎不 可能。
金属的氧化关系 到金属的腐蚀等 问题。
离解-生成反应平衡图
2Me+O2=2MeO logPo2=A’/T + B’ f=(3-1)-φ+2=4-φ 在线上：φ=3 在其它区域：φ=2
2CO + O2 = 2CO2
第二节 离解-生成反应的ΔG-T关系式
绝大多数的离解-生成反应可用下通式表示: A(s) + B(g) = AB(s)
反应的吉布斯自由能变化 ΔG0=-RTlnKp=RTlnPB-RTlnP0 式中: P0为标准压力(101325Pa)
压. PB为反应平衡时的气相B的压力,称为化合物AB的离解 按相律分析,反应的自由度为
一、单位和标准状态 单位要统一 标准状态。
二、△G—T直线式的截距和斜率 ΔG0 = A + BT ΔG0 = ΔH0 - ΔS0T 从形式上相似， 所以 ： A = ΔH0 B= - ΔS0
1. 2Me+O2=2MeO 凝聚物资的△S都比较小，因此反应的斜率决定 于氧气的△S。B值大多处于120~180之间。
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2982 2
2983 3T
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f
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C
P
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dT
CP
CP 生成物
CP 反应物
f
H
298
f
H
298
生成物
f
H
298
反应物
f S298
7.2.3 氯化物的氯势与温度的关系图、 氯化物的相对稳定性
7.2.4 硫化物的硫势与温度的关系图， 硫化物的相对稳定性
7.2.1 化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能
一、标准摩尔生成吉布斯自由能 —— fG
定义
在给定温度及标准压强（ p =101.325kPa) 下， 由标准态的单质反应生成 1mol 标准态下 的该化合物时， 该生成反应的标准吉布斯自由能变化。
μ O2 (l)
μ O2 (g)
μ
O
2
(g)
RT
ln(PO2
/ P )
PO2 —— 多相平衡时，气相中氧的平衡分压。 对于氧化物，氧的化学势愈高，平衡时氧在气相的平衡分压 愈大 氧逸出的趋势愈大 氧化物愈不稳定。
在学一势定的温大度小下决，定μ于O氧2 (g)势为：常数；对于不同的氧化物，其氧的化
H
f (298)
和标准摩尔熵
S (298)
以及摩尔热容按熵
法计算。
—— 捷姆金－许华兹曼速算式
4
、根据反应物和生成物的
H
f (298)
和自由能函数
用自由能函数法进行计算。
魏寿昆《冶金过程热力学》， p.378-380.
李文超《冶金与材料物理化学》， p.20-21.
7.2.2 氧化物的相对稳定性、氧化物标准摩尔生成 吉布斯自由能与温度的关系图（氧势图）
1
1000K 时， FeO 的标准摩尔生成吉布斯自由 能：
fG = –359.48 + 220.62/2 + 49.9
= –199.27 kJ·mol-1
二、 fG 与温度的关系
—— fG － T 关系式 ( 捷姆金－许华兹曼速算 式)
f GT f HT T f ST
2
1
12
式中 :
298 T
【例题】
三、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能数据的获 得
1 、查找有关手册 2 、利用不同温度下反应物和生成物的标准摩尔吉
布斯自由能值进行计算。
【例题【【【 1000K 【 TiO2 【 fG 【。
【解【 TiO2 【【【【【：
第七章 化合物的生成–分解 反应
7.1 生成－分解反应的基本概念 7.2 化合物生成反应的热力学分
析 7.3 化合物分解反应的热力学分
析
7.1 生成－分解反应的基本概念
一、化合物的生成–分解反应
分解反应：化 合 物 被 加 热 到 一 定 温 度 时 或 在
一定真空条件下分解为一种更简单的化合物 （或金属）和气体的一种过程：
AB(s, l) = A(s, l) + B(g)
AB — 碳酸盐、氧化物、硫化物或氯化物； A — 相应的氧化物、金属或低价的氧化
物、 硫化物和氯化物； B — 相应的二氧化碳、氧、硫或氯。
生成反应：分 解 反 应 的 逆 过 程
二、常见的化合物的生成–分解反应
2Fe3O4 = 6FeO+O2↑ H2WO4 = WO3 + H2O↑ 2FeS2 = 2FeS + S2↑ CaCO3 = CaO + CO2↑ 2CuCl2 = 2CuCl + Cl2↑ 2CO2 = 2CO + O2↑
【例题】 FeO 的标准摩尔生成吉布斯自由能的计算
Fe(s)
1 2
O 2(g)
FeO (s)
1000K 时， Fe 的标准摩尔吉布斯自由能：– 49.9 KJ·mol–1 O2 的标准摩尔吉布斯自由能：– 220.62 KJ·mol–1 FeO 的标准摩尔吉布斯自由能：– 359.48 kJ·mol–
氧势 RT ln(PO2 / P )
硫势： RT ln(PS2 / P ) 氯势： RT ln(PCl2 / P ) 氮势： RT ln(PN2 / P )
2 、金属与 1mol 氧作用生成氧化物的标准吉布斯自由能变化值
2x y
Me
O2
2 y
MexO y
fG* —— 在标准状态下金属与 1mol 氧反应生成
一、氧化物相对稳定性的标 志1 、氧势
在压力不太大的范围内，气相中氧的化学势 μ O2 (g)与其分 压的关系：
μ O2 (g)
μ
O
2
(g)
Байду номын сангаасRT
ln(PO2
/
P
)
μ
O
2
(g)——
标准状态下（
PO2
P
）氧的化学势；
PO2 —— 气相氧的分压。
【【【【【【【【【【【【【【【【【：
μ O2 (s)
三、研究生成–分解反应的意义
• 了解各种化合物的分解条件； • 比较各种化合物在相同条件下稳定性的高
低； • 由生成–分解反应的热力学数据求出各种氧
化–还原反应的热力学数据。
7.2 化合物生成反应的热力学分析
7.2.1 化合物的标准摩尔生成吉布斯自 由能
7.2.2 氧化物标准摩尔生成吉布斯自由 能与温度的关系图（氧势图）、 氧化物的相对稳定性
Ti (s) + O2(g) = TiO2(s)
1000K 时， G(kJ·mol-1) –44.4 –220.6 –1026.1
1000K 时 TiO2 的 fG = –1026.1 – (–44.4 –220.6)
= 761.1 kJ·mol–1
3 、根据反应物和生成物的标准摩尔生成热