钢铁冶金原理试题及答案

2008 /2009 学年第 1 学期
《钢铁冶金原理》考试试题A
一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
1. 请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。

2. 什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的碱度？
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？
4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。

5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？
二、填空题（共20空，每空1分，共20分）
1.在恒温、恒压下，溶液的 热力学性质 对某一组元 摩尔 量的 偏微分 值称为溶液中该组元的偏摩尔量。

2.在任意温度下， 各 组元在 全部 浓度范围内均服从 拉乌尔 定律的溶液称为理想溶液。

3.按照熔渣 离子 结构理论，熔渣由简单的 阳 离子、 阴 离子和复合 阴 离子团所组成。

4.熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧 的能力，用熔渣中 FeO 的活度表示。

5.在一定温度下，把熔渣具有 相等 粘度的 组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。

6.若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成 正比 ，且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样的反应称为基元反应。

7.气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体
学生班级________________学生学号：
□□□□□□□□□□□□学生姓名：________________
………………装订线………装订线………装订线…………试卷须与答题纸一并交监考教师…………装订线………装订线………装订线………………
或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。

三、分析题（共2题，每题12分，共24分）
1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。

2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：344[C](Cr O )3[Cr]4CO +=+，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。

图1
四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为0.45及1.631-⋅m N ，两者的接触角 38=α。

试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解：
305
.138cos 45.063.1245.063.1cos
202222
=⨯⨯⨯-+=-+=s m s m ms σσσσσ 铺展系数：125.0305.145.063.1-=--=--=m s s m S σσσ
铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。

2.在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数
12110987.2--⨯=s k ，1273K 的速率常数12210623.5--⨯=s k 试求：(1)反应的活化能；(2)1673K 的速率常数k 值；(3)1673K 的可逆反应的速率常数：)1
1(0K
k ++。

反应为
()2CO FeO CO s FeO +=+； T G m r 26.24228000
+-=∆ 1-⋅mol J
解：（1）由⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=RT E k k a exp 0 可得： ⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1173314.8exp 10978.202a E k
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯-=⨯-1273314.8exp 10623.502a E k 先对上两式取对数，而后在相减，可得：
⎪⎭⎫
⎝⎛--=⨯⨯--1273111731147.1910
623.510978.2lg 2
2a E 12
2
78923127311173110623.510978.2lg 147.19---⋅=-
⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-=
mol J E a
（2）1673K 下的k
774.01673112731147.197892310623.5lg 2-=⎪⎭
⎫
⎝⎛--=⨯-k
48.0774.010623.5lg lg 2-=+⨯=-k 所以 1331.0-=s k
（3）1673K 的可逆反应的速率常数：)1
1(0K
k +
+ 331.0==+k k
00
ln K RT G M r -=∆
555.0147
.1926
.241673147.1922800lg 0-=-⨯=
K ,278.00=K
所以：1
52.1278.011331.0)11(-+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⨯=+
s K k 3.求下列反应的0
m r G ∆及温度为1273K 时反应的平衡常数。

()()()()CO s SiO s Fe C s SiO Fe 222242++=+石 已知：
()()()CO s Fe C s FeO +=+石；T G m r 25.1601589700-=∆ 1-⋅mol J ()()()s SiO Fe s SiO s FeO 2222=+；T G m r 09.21362000+-=∆ 1-⋅mol J
解：反应的线形组合关系为：
()()()s SiO Fe s SiO s FeO 2222=+；T G m r 09.21362000+-=∆ （1） ()()()CO s Fe C s FeO +=+石；T G m r 25.1601589700-=∆ （2） ()()()()CO s SiO s Fe C s SiO Fe 222242++=+石 0
m
r G ∆ （3） 通过比较可知：
()()T G G G m r m r m r 59.3143541402210
00-=∆+∆-=∆ 1-⋅m o l J 由00
ln K RT G M r -=∆可以得到：
90.1147
.1959
.3141273147.19354140lg 0=+⨯-
=K 1
62.790=K
4．在1773K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.208%，在相同温度下与成分为w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO 2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.066%。

试计算熔渣中FeO 的活度。

一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？
分解压：化合物分解反应达平衡时，气体的平衡分压；（2分）
开始分解温度：当化合物的分解压等于环境中相应气体的分压时的温度；（1分）
沸腾分解温度：当化合物的分解压等于环境中气体的总压时的温度。

（1分）
4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。

标准溶解吉布斯自由能：某纯组分溶解于熔剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值；（2分）
形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式：
)M 100M ln(RT G i
j
i 0]i [γ=∆ 。

(2分)
5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？ 氧化物的氧势：在一定温度下氧化物分解反应达平衡时，反应的平）(2o P ln RT ；
（2分）
氧化物的氧势与其稳定性关系：氧化物的氧势值越大，其稳定性越差。

（2分） 四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
2.在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为
w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO 2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。

试计算熔渣中FeO 的活度与活度系数。

解：()]O []Fe [FeO += (1分)
211.01
211.0a ]O [%L FeO O === （2分）
246.0211.0052
.0L ]O [%a O FeO ===
（1分） FeO
FeO FeO FeO X 246
.0X a =
=
γ （2分） 65.056
4
.36n CaO ==
（0.5分） 08.040
2
.3n MgO ==
（0.5分） 61.060
6
.36n 2SiO ==
（0.5分） 28.072
2
.20n FeO ==
（0.5分） 05.071
6.3n MnO
== （0.5分） ∑=67.1n （0.5分） 168.067
.128
.0n n X FeO FeO ===∑ （1分）
46.1168
.0246
.0FeO ==γ (2分)
3.用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为4
105.1⨯Pa 的真空度，钢液中
铬的活度85.10a Cr =及碳的活度系数74.0f C =，试求吹炼温度为2023K 时钢液的碳含量w[C]。

已知：反应CO 4]Cr [3)O Cr (]C [443+=+的
)mol J (T 22.617934706G 10-⋅-=∆。

解：CO 4]Cr [3)O Cr (]C [443+=+
4
C
4
CO
3Cr a P a K ⋅= (3分) C CO Cr a lg 4P lg 4a lg 3K lg -+=
10.82023
147.192023
22.617934706RT G K lg 0=⨯⨯--=∆-= （3分）
a t m 15.0P CO =，85.10a Cr =，74.0f C =
10.8a lg 415.0lg 485.10lg 3C =-+ 071.2a lg C -= （2分）
00849.0a C = （2分）
011.074
.000849
.0f a ]C [w C C === （2分）
学生班级________________学生学号：
□□□□□□□□□□□□学生姓名：________________
………………装订线………装订线………装订线…………试卷须与答题纸一并交监考教师…………装订线………装订线………装订线………………。