1 冶金热力学基础XXXX
冶金考研专业课--冶金物理化学知识点归纳
Gi Gi RT ln Pi
Pi Pi P
Pi － i 组分气体的实际压强， Pa ； P －标准压强， Pa ，也即 1.01325 10 5 Pa 。
应该注意的是，高温冶金过程中的气体由于压强比较低，都可以近似看作理想气体。 液相体系中组元 i 的吉布斯自由能 在多元液相体系中，任一组元 i 的吉布斯自由能为
Q
表示任意时刻(不平衡状态)的压强商或活度商。 （2） G 是反应产物与反应物处于标准态时自由能的差，表示反应的限度（反应平衡态 的度量） 。G RTLnK 的关系式， 建立了体系处于标准态时能量差和处于平衡态时各 组元量的关系。
K 是反应的平衡常数。
d acc aD K a b a A aB
θ H 298(Al 1673600 J mol1 2O3 ) θ S 298(Al 51.04 J K 1mol1 2O 3 ) θ S 298(Al) 28.33 J K 1mol1 θ S 298(O 205.13 J K 1mol1 2)
C p ,Al2O（ (114.77 12.80 10 3 T ) J K 1mol1 3 s）
Gi Gi RT ln a i ai 确定原则是：
若体系是固溶体，则 i 在固溶体中的活度选纯物质为标准态，其浓度为摩尔分数， X i ；
若体系是共晶体，则 i 在共晶体中的活度定义为 1； 若体系是纯固体 i，则其活度定义为 1。
2）重点掌握化学反应等温方程式
G G RT ln Q
RT ln K H BRT
其中，左边为 G ，右边 H 为常数，用 a 表示，BR 常数用 b 表示，则得
冶金热力学基础知识简介
第一章冶金热力学基础1.冶金反应的焓变和吉布斯自由能变计算2.化学反应等温方程式3.溶解组元的活度及活度系数4.有溶液参加反应化学反应等温方程式分析5.熔铁及其合金的结构6.铁液中组分活度的相互作用系数关系式7.铁液中元素的溶解及存在形式8.熔铁及其合金的物理性质绪论冶金过程，尤其是钢铁冶金过程是高温、多相、多组元的复杂物理化学反应体系，一般而言：温度：>1000℃，炼钢温度在1600℃，甚至1700℃；多相：包括气—液—固三相气相：大气、燃气、反应气体、金属及其化合物的蒸气；液相：金属液、渣液；固相：金属矿石、固体燃料、耐火材料；多组元：金属液、炉渣、燃料都不是纯物质，而是多组元物质。
冶金过程物理变化：熔化、溶解、吸附、脱气、分金属夹杂上浮、金属的凝固等；冶金过程化学反应：燃料燃烧反应、生成—离解反应、氧化—还原反应、脱硫反应、脱磷反应、脱氧反应、脱碳反应等。
对这样的复杂体系，冶金物理化学能做什么？运用物理化学基本原理及实验方法，冶金物理化学研究和分析冶金过程的基本规律，为探索高效、优质、绿色的冶金工艺过程提供理论依据。
冶金物理化学大致分为：冶金热力学——主要研究冶金过程（反应）进行的方向和限度，以及在复杂体系中实现意愿反应的热力学条件。
是以体系的状态（平衡态）为基础，以状态函数描述过程的可能性为基本分析方法，不涉及“时间”这个参数。
冶金动力学——主要研究冶金过程（反应）的机理和速率，以及确定过程的限制性环节和强化过程的措施。
工业过程是要在有限时间内完成反应产物的获得，光有“可能性”还不够，要有“实现性”，这就必然涉及过程（反应）的机理和速率。
冶金熔体——高温金属熔体和熔渣结构、性质及模型描述。
冶金电化学——高温电解反应、金属液熔渣多相反应的机理和描述。
应该说，正是冶金物理化学的发展，才使得冶金由“技艺”成为“工程”和含有“科学”分量。
相对而言，冶金热力学发展得较为成熟，但研究高温下多相复杂冶金反应很困难，许多热力学数据还不完整。
第一章 冶金热力学基础
式中，
ln
xk
B
为组元的活度系数的自然对数随xk的变化率。
实为践常中数发时现，，用一定温 BK度表，示一，定称压为力活，度xA相→1互时作，用系lnxk数B 。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
• 陈新民（1912~1992），冶金学家，中国科学院院士，有色金属冶金先驱 ，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。 1945年在美国 麻省理工学院获科学博士学位。著名的冶金物理化学家 。
• 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡》 • 他的“金属―氧系热力学和动力学”、“高温熔体物理化学性质”的研究
1. 本课程作用及主要内容
1.1 地位
冶金专业专业基础课程。 普通化学、高等数学、物理化学为基础。 与物理化学相比，更接近于实际应用。 目的：为开设专业课与以后发展作理论准备
物理化学
专业课
（冶金物理化学）
火法冶金特点：一高三多
1.2 作用
• 将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中，阐 明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过程提供 理论依据。
在气相中蒸汽压的关系
2） 活度及活度系数的提出
对于组元i的浓度在xi' xi xi*区间，组元i既不服从拉乌尔定律，也不服从亨利定律。 为了使用这两个定律线性关系的形式描述溶液中组元i的浓度与其在气相中的蒸汽压 的关系，对两个定律进行了修正。
• 拉乌尔定律修正为：pi pi*aR,i pi*( i xi )
第一篇 冶金热力学基础
1.1 概述 1.2 溶液 1.3 冶金反应的焓及吉布斯自由能变
XXXX冶金物理化学辅导
XXXX冶金物理化学辅导一、引言XXXX冶金物理化学是一门综合性的学科，它主要研究冶金材料的物理和化学性质，以及它们在冶金工艺中的应用。
在学习这门学科时，我们需要掌握一定的基础知识和实践技能。
本文档将为大家提供一些冶金物理化学的辅导，帮助大家更好地理解和掌握相关的知识和技能。
二、热力学基础2.1 熵的概念和计算熵是热力学中一个重要的概念，它描述了系统的无序程度。
在XXXX冶金物理化学中，熵的计算对于理解和预测各种热力学现象非常重要。
本节将介绍熵的概念和计算方法，并通过一些实例展示其应用。
2.2 热力学平衡条件热力学平衡是冶金物理化学研究中的一个重要问题。
了解热力学平衡条件对于预测物质的相变和化学反应具有重要意义。
本节将介绍热力学平衡条件的基本原理，并通过一些实例演示其应用。
三、物理冶金3.1 结晶原理物理冶金是研究金属材料的物理性质和结构的学科。
了解结晶原理对于理解金属材料的晶体结构和性能具有重要意义。
本节将介绍结晶原理的基本概念和应用，并通过一些实例说明其重要性。
3.2 相图与固溶度相图是研究物质相变和固溶度的重要工具。
了解相图和固溶度对于理解合金的相变规律和性能有着重要作用。
本节将介绍相图的基本概念和应用，并通过一些实例说明其重要性。
四、化学冶金4.1 化学反应动力学化学反应动力学是研究化学反应速率和反应机制的学科。
了解化学反应动力学对于理解和控制冶金过程中的化学反应非常重要。
本节将介绍化学反应动力学的基本原理和计算方法，并通过一些实例说明其应用。
4.2 金属腐蚀与防护金属腐蚀是冶金工艺中一个重要的问题。
了解金属腐蚀原理和防护措施对于保护金属材料的质量和延长其使用寿命具有重要意义。
本节将介绍金属腐蚀的基本原理和防护方法，并通过一些实例说明其应用。
五、实验技术5.1 金属材料化学分析金属材料的化学分析是冶金研究和生产中的一个重要环节。
掌握金属材料的化学分析方法对于分析和判定材料的成分和性质具有重要意义。
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。
第一章 冶金过程热力学基础(3)
MeO2 + 2 H 2 = Me + 2 H 2O
0 ∆G10 = ∆G2 − ∆G30 = 0
即为MeO2与H2O的氧势线交点温度TK。 将H点与TK温度时MeO2的氧势点连线交 PH 2 P 坐标的值即为所求。 H 2O
第一章
冶金过程热力学基础
对于混合气体CO-CO2的氧势：
2CO + O2 = 2CO2
第一章
冶金过程热力学基础 MxN2(s）= x M(s) + N2
0 0 ∆G分 = ∆G分 + RT ln PN2 = −∆G生 + RT ln PN2
0 0 ∆G分 = − ( ∆H 生 − T ∆S生 ) + RT ln PN 2 = 0
0 0 RT开 ln PN2 = ∆H生 − T开 ∆S生
第一章
冶金过程热力学基础
把各种溶于铁液中的元素被[O]氧化的 ∆G 0 -T线绘于一图中，与氧势图相比， 能更实际地反应出炼钢熔池中元素的氧化顺序及热力学性质： ⑴
∆G 0 -T线位置越低，元素的氧化能力越强，可保护位置高的元素不被氧化。
如[Fe]在炼钢中可保护[Cu]、[Ni]、[Mo]、[W]不氧化。
8908
+ 7.53
CaCO3( s ) = CaO( s ) + CO2
CO 当 P 2 = P 2 ( CaCO3 ) 时， CO
T = T开
当
P总 = PCO2 ( CaCO3 ) 时， T = T 沸
PCO2 = 16% ×1.25 ×105 Pa = 0.2atm
第一章
冶金过程热力学基础
冶金过程热力学基础
PH 2
PH 2
1 冶金热力学基础
T1 T 298
T2
C p
T1 T
H 298 C p dT T (S 298
T
T C p T
dT ) dT )
298
dT T GT H 298 TS 298 cP dT 298 T 2 298
第一章 冶金热力学基础
dT T （2）定积分法 GT H 298 TS 298 298 2 298 cP dT T
r H m (T2 ) r H m (T 1 ) H1 H 2
第一章 冶金热力学基础
1.1 冶金反应焓变的计算 1.1.2 化学反应焓变的计算
r H m (T1 ) T2 [ gC p, m (G ) hC p, m ( H ) T1
aC p ,m ( A) dC p ,m ( D)]dT
（3）二项式法
GT HT IT
dT T GT H 298 TS 298 cP dT 2 298 T 298
T
上述式子均为△Gθ与T的多项式，为计算方便，
常简化为二项式： GT A B(T / K )
GT H T ST (T / K )
第一章 冶金热力学基础
1.2 冶金反应标准吉布斯自由能变的计算 1.2.2 化学反应等温方程式
对化学反应
aA bB cC dD
则反应前后的吉布斯自由能的变化
G G RT ln Q
Pi 气体： ，纯i： 1，id ：x i， P 稀溶液： x A， B (修正)
T 0
H 0 H m C p dT
1 1 2 H m (aT bT cT 3 ) 2 3
钢铁冶金原理第一章 冶金过程热力学基础1
v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4
r Gm (T ) vB f Gm (B, T )
r Gm (T ) ＝ v G ( 生成物 , T ) v G B f m B f m (反应物,T )
式中： mol-1， f Gm ( B, T ) —— 物质B的标准生成吉布斯自由能， J·
，
另：
dSU ,V 0
第一章
冶金过程热力学基础
在不同的条件下，可根据不同的热力学平衡判据，判断 过程进行的可能性、方向性及最大限度。
§1.1.3 热效应的计算
一、物理变化过程中热效应的计算
纯物质的加热和冷却是一个物理变化过程，其过程焓变 可用kirchhof公式计算，对于等压加热过程： T2 cal C p f T H q p C p dT g .k T1 ，
即：
0 G 0 G 0 2 ln K T H T RT T T T p p p
H 0 ln K 2 T p RT
称为化学反应的等压方程式p6
第一章 冶金过程热力学基础
第一章 冶金过程热力学基础
化学反应的判据 0：K J，正反应未达到平衡， ) 反应正向进行(即向产物方向进行 G 0：K J，逆反应未达到平衡， 反应逆向进行(即向反应物方向进行 ) 0：K J，反应达到平衡
量， G：决定反应方向的物理 用于判定反应的可能性 。 ★ G ：用于计算K值， 计算反应在T温度下能够完成的限度 的量。
aA bB cC dD
等温下： G G 0 RT ln J p
c d pC . pD Jp a b p A . pB
第一章 冶金热力学基础
已知该条件下：
（1）2Al（l）+3/2O2=Al2O3（s）
ΔH1º=-1681 kJ/mol
（2）Al（l）=[Al]
ΔH2º=43.09 kJ/mol
（3）1/2O2=[O]
ΔH3º=-117.1 kJ/mol
解： 将（1）-2×（2）-3×（3），可得题中所求反应式，所以
ΔHº=ΔH1º+2ΔH2º+3ΔH3º=-1243.52 kJ/mol
若体系为隔离体系，则
− dA ≥ 0
（1-41）
式中“=”表示可逆过程，“>”表示不可逆过程，即在等温、等压且不涉及体积功的条
件下，过程自发地向亥姆霍次自由能降低的方向进行。
（3） 吉布斯自由能及等温、等压过程的判据
在 等 温 等 压 条 件 下 ， TdS=d （ TS ）， PdV=d （ PV ）， 故 式 （ 1-37 ） 可 表 示 为
应用盖斯定律，必须注意同一物质在各步中的温度、压力、相态等特性的关联性。
例 在 1600℃，101325PA 下，电炉炼钢用 AL 作脱氧剂，反应如下：
2[Al]+3[O]=（Al2O3）
试求反应的焓变ΔHº。
注：方括号[]表示溶解状态，此处铝溶解与铁液中，物质在另一物质中的溶解过程也
会产生热效应。
1．3 能量守恒----热力学第一定律
一、 热力学第一定律
1、 学第一定律的数学表述
ΔU=Q+W
dU=δQ+δW
（1-1）
符号：Q 表示热能，W 表示体系状态变化所做的功 d 表示微分, δ表示微小变化。
变量δQ 和δW 取决于经过的路径，而 dU 仅取决于始末态
2、 其它几点说明
湿法冶金原理目录——马荣骏
目录1 湿法冶金热力学基础1.1 热力学的基础知识1.1.1 内能1.1.2 焓1.1.3 热容1.1.4 物质的摩尔焓和反应热1.1.5 熵和自由能1.1.6 偏摩尔量1.1.7 相对摩尔量1.1.8 混合热力学性质1.1.9 化学势1.1.10 过剩函数1.1.11 标准溶解自由能及相互作用系数1.2 水溶液热力学1.2.1 电解质的离解1.2.2 金属盐溶液1.2.3 溶解热和冲淡热1.2.4 水溶液中的反应热1.2.5 水溶液中离子的生成热1.2.6 离子的标准生成自由焓1.2.7 离子的标准熵及离子熵的对应原理1.2.8 半电池反应及电子热力学性质1.2.9 在有离子参与时反应的△GT求法1.3 水溶液中溶解物质活度系数1.3.1 单一电解质溶液的渗透系数及活度系数1.3.2 混合电解质溶液活度系数的计算1.3.3 单一离子的活度系数参考文献2 热力学平衡图2.1 二元系的P-T（压强－温度）图2.2 金属化合物的标准生成自由能与温度的关系图2.2.1 MGO的△FGM-T线2.2.2 氧化物的△FGM-T图2.2.3 专用标尺的作用2.3 优势图2.4 电位－PH图2.4.1 电位－PH图说明2.4.2 电位－PH图的结构原理与方法2.4.3 CU-H2O系电位-PH图2.4.4 CU-NH3-H2O系电位-PH图2.4.5 绘制的同时平衡电位-PH图的新方法2.4.6 相律对电位-PH图的应用2.5 高温下的电位-PH图2.5.1 高温下水溶液体系热力学性质的计算2.5.2 高温下NI-H2O系的电位－PH图2.6 热力学平衡图拓扑学2.6.1 热力学平衡图平衡2.6.2 含有假二元相的三元系参考文献3 化学平衡3.1 化学反应的等温方程式3.2 质量作用定律及平衡常数3.3 单相化学反应平衡计算3.4 复杂体系的化学平衡3.4.1 反应进度及转化率3.4.2 反应条件对反应进度的影响3.4.3 同时平衡3.4.4 原子矩阵3.4.5 化学计量系数矩阵3.4.6 迭代法计量化学平衡3.4.7 最小自由能法计算化学平衡参考文献4 基础动力学5 溶解度6 预处理的理论7 浸出过程的原理8 液固分离的原理9 浸出液脱铁、脱硅的原理10 溶剂萃取11 离子交换12 膜分离的理论13 净化除杂和制取金属、金属粉体材料的原理14 微生物湿法冶金原理15 湿法冶金电化学及电积过程的理论后记。
高温冶金原理-第1章冶金热力学基础
dP ' dG RT ' RTd (ln P ' ) P
G G
dG 0
P'
100 KPa
RTdP'
' P G G 0 RT ln G 0 RT ln P 100 KPa
P' P 100 KPa
称为无量纲压力，数值上 约等于1atm。
当P＝1，标准状态， G=G0——标准自由能 G= G0+RTlnP (1-4) 1mol 气体从P1变化到P2自由能变化： ΔG＝RTlnP2/P1 (1-5)
（1－8）
任意状态下的自由能变化： ΔG＝ ΔG0 +RTln(PEe PDd)/(PAaPBb)＝ ΔG0+ RTlnJP （1－9） JP——压力商
3、平衡常数
平衡时： ΔG＝ 0， 由（1－8）可知 ΔG0＝－ RTlnJP（平衡）＝－RTlnKP KP——用分压表示的平衡常数。 ΔG＝ －RTlnKP + RTlnJP （1-10)式是讨论化学反应的最重要方程之一。 （1-10)式虽是从理想气体的反应导出的，但同样适用于包括非理想气体 及凝聚相参与的反应。对于前者要用气体的逸度代替分压，对 于非理想溶液 的体系，要用活度代替浓度。 （1－11） （1－10）
§ 1.1自由能变化和平衡常数
一、理想气体的自由能变化 自由能定义：G=H-TS (1mol 气体组成的体系） 不做非体积功的自由能变化：
dG VdP' SdT
G是状态函数，全微分， （1-1）
G－吉布斯自由能J/mol V－体积，M3
P’－压力，Pa
S－熵，Jmol-1K-1 （1-2） T－温度，K
《冶金热力学基础》课件
推动新材料研发
通过研究金属及其化合物 的热力学性质，有助于发 现和开发具有优异性能的 新材料。
冶金热力学的发展历程
早期发展
冶金热力学起源于古代冶金实践 ，随着金属加工技术的发展而逐 步形成。
近代发展
20世纪以来，随着科学技术的进 步，冶金热力学在理论和实践方 面取得了重大突破。
现代发展
现代冶金热力学与计算机技术、 数值模拟等相结合，为冶金过程 的优化提供了强有力的支持。
金反应的平衡和过程方向具有重要意义。
03
冶金反应的平衡与过程
化学平衡
化学平衡的概念
化学平衡是化学反应进行到平衡状态时的一种动态平衡， 此时正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发 生变化。
化学平衡的建立
化学平衡是在一定条件下建立的，条件包括温度、压力、 浓度等。在冶金反应中，化学平衡的建立对于确定反应方 向、反应限度以及反应速率具有重要意义。
05
冶金热力学的应用实例
钢铁工业中的应用
钢铁生产过程中，冶金热力学提供了 高温反应过程的理论基础，如高炉炼 铁、转炉炼钢和连铸连轧等工艺流程 。
热力学原理在钢铁工业中用于优化工 艺参数、提高产品质量和降低能耗等 方面，例如通过热力学分析确定最佳 的炼钢温度和吹氧强度。
有色金属工业中的应用
在有色金属工业中，冶金热力学为铜 、铝、锌等金属的冶炼、电解和精炼 过程提供理论支持。
绿色冶金与资源循环利用
随着环保意识的提高，绿色冶金和资源循环利用成为冶金工业的重要发展方向。冶金热力学将在绿色冶 金和资源循环利用方面发挥重要作用，为节能减排和可持续发展提供理论支持。
对冶金工业的影响与贡献
提高冶金过程效率
冶金热力学对冶金过程的研究，有助于深入了解冶金反应的机理和 热力学性质，为优化冶金工艺未来发展方向
1-冶金热力学基础
Gm,B
Gm ,B
RT ln
pB p
式中：Gm ,B 为标准吉布斯自有能；pB为理想气
体B的分压，量纲为Pa；Pθ=105Pa。
当pB量纲为Pθ时：Gm,B Gm ,B RT ln pB
1.1 化学反应的 rGm 和 K
1.1.1 理想气体B(g)的Gm,B
Gm,B
Gm ,B
RT ln
Hebei Polytechnic University School of Metallurgy and Energy
1冶金热力学基础
Hebei Polytechnic University
内容大纲
1.1 化学反应的 rGm 和 K
1.2 溶液的热力学性质
1.3 溶液的热力学关系式
1.4 活度的测定及计算方法
r Gm T
RT (RT)2
r Gm
R
r Gm
r Gm T
RT 2
T
1.1 化学反应的 rGm 和 K
1.1.2.2 范特霍夫方程式（等压方程）
范特霍夫等压方程式的推导
ln K
r Gm T
RT
r Gm
R
r Gm
r Gm T
T
T
(RT)2
RT 2
根据吉布斯－亥姆霍兹公式： rGm
Cp,O2 29.96 4.184103T 1.67105 T 2(J mol 1 K 1) (298~3000K)
Cp,Fe 17.49 24.77103T(J mol 1 K 1)
(273~1033K)
∆fHθ298,FeO=-272.04kJ·mol-1；∆fHθ298,Fe=0kJ·mol-1； ∆fHθ298,O2=0kJ·mol-1； Sθ298,FeO=60.75J·mol-1·K-1；
甘肃省考研冶金工程复习资料冶金热力学基础概念详解
甘肃省考研冶金工程复习资料冶金热力学基础概念详解甘肃省考研冶金工程专业的学生在备考过程中，冶金热力学是一个重要的学科，这篇文章将详细解释冶金热力学的基本概念。
一、热力学的基本概念热力学是研究物质宏观物理性质与热力变化之间关系的学科。
它主要研究能量转化和工作的原则，以及物质在不同条件下的行为。
1. 系统和环境在热力学中，我们将研究的物质称为系统，而与系统发生能量和物质交换的物质称为环境。
系统和环境之间可以通过热量和功进行能量交换，也可通过物质的传递进行物质交换。
2. 状态函数状态函数指的是与系统的状态相关联的物理量，它的值只与系统的当前状态有关，与系统的历史无关。
常见的状态函数包括温度、压力、体积等。
3. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表达形式。
它指出，在一个孤立系统中，能量既不能创造也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
4. 熵熵是描述系统无序程度的物理量。
熵的增加意味着系统的无序性增加，熵的减少则意味着系统的有序性增加。
熵增定律是热力学的重要原理之一。
二、冶金热力学的基本概念冶金热力学是热力学在冶金学中的应用。
它研究金属物质在高温高压下的热力学性质和反应规律。
1. 热力学平衡热力学平衡是指系统达到了平衡状态，即系统的各个部分之间没有宏观的变化。
在冶金过程中，热力学平衡是实现高产率高品质生产的基础。
2. 反应平衡常数反应平衡常数是描述系统反应平衡程度的物理量。
它代表了反应物与生成物的浓度之间的关系。
通过计算反应平衡常数，可以预测反应的进行方向和平衡状态。
3. 燃烧热燃烧热是指物质在完全燃烧时释放的能量。
在冶金工程中，燃烧热常常用于计算燃料的能量效率和燃烧产物的生成。
4. 吉布斯自由能吉布斯自由能是描述系统可用能量变化的物理量。
它可以通过计算吉布斯自由能变化来判断反应的进行方向和平衡状态。
三、冶金热力学的应用冶金热力学的研究成果在冶金工程中有着重要的应用价值。
1. 冶金过程分析通过研究冶金热力学，可以分析和预测冶金过程中的热力学行为，指导合理的工艺设计和设备选择，提高生产效率和产品质量。
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T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的 特征，从而使反应向希求的方向进行。
利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度
绪言
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金
绪言
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素
1.1化学反应的标准吉布斯 自由能变化及平衡常数
1.1.1 化学反应的等温方程式
化学反应： v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
n
对于气体： G Go RT ln
pvB B
B
压力商
对于溶液： G Go RT
n
ln
avB B
B
活度商
化学反应达到平衡时，压力商和活度商称为平衡常数，仅与温度有关
-0.3
lgK0
T 19147 23.36T
化学反应的等温方程：表示化学反应按化学计量方程式从左向右每单位 反应进度的吉布斯自由能变化
dG
d
vBGB rGm
n
n
改变
RT
ln
和 p vB B
RT
ln
avB B
可改变反应的进行方向
B
B
1.1.2 化学反应的等压方程式
对于一定的化学反应，rGmo 及 K o 是温度的函数：
范特霍夫方程式
r Gmo
/19.147T
129300 19.147T
20.07 19.147
6753 1.04 T
反应平衡常数法
对于
r假Gm定0 r Hm0 为 T常r S数m0，则：
ln
Ko
r
H
o m
/(RT )
[
r
H
o m
/( RT1 )
ln
K1o ]
当T1对应的K10为已知： ln K o A / T B
绪言
按提取金属分类
火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化 作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属 的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、 蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有 靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还 原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等
火法冶金一般具有生产率高，流程短，设备简单及投 资省等优点，但却不利于处理成分结构复杂矿或贫矿
有相变:
n
rGm0 (T ) [r H m0 (298K ) trs H m0 T (r Sm0 (298K ) trsSm0 )]
j 1
2
2 n
T ( iMi
bijM ij )
j 1
i1 j1
n
n
K()rSm0 (29trs8HK及m)0 T,(反tr应sSSmm物00()2发]98生K 相) 变，t取rsS负m0 )号] ，生成物发生相变，取
a y bx
b (x x)( y y) (x x)2
例题：P8
n
解：rGm0 (T ) [r Hm0 (298K )
trs H m0 T (r Sm0 (298K )
trs
S
0 m
)]
j 1
2
2 n
T ( iMi
bijM ij )
j 1
i1 j1
参加反应的Fe和FeO在298-1650K内发生两次相变，需分别计算
式中： △H0—积分常数，可由T=298K及△H0(298K)求得 I —积分常数，可由T=298K及△G0(298K) 求得
由吉布斯自由能的定义导出
无相变：
r Gm 0
r
H
0 m
Tr Sm0
r
H
0 m
r
H
0 m
(298K
)
T
298 CP,mdT
r
S
0 m
r
S
0 m
(298K
)
T CP,m dT 298 T
例题：计算下列反应的 rGmo 及平衡常数的温度关系式。 Mn(s) FeO(l) MnO(s) Fe(l)
解： rGmo rGmo (MnO, s) rGmo (FeO,l)
(385360 73.75T ) (256060 53.68T )
129300 27.03T
lg K 0
由Gibbs-Helmholtz方程导出
d ( r Gm0 T
)
r
H
0 m
T2
dT
rGm0
r
H
0 m
dT
T
T2
Kirchhoff定律： CP,m a0 a1 103T a2 105 T 2
r
H
0 m
C p,m dT H 0 a0T (a1 103 / 2)T 2
△rGm0＝△H0-△a0TlnT-(△a1X10-3/2)T2-(△a1X10-5)T-1 -…-IT
冶金熔体：是火法冶金反应中参加的具体物质，包括金属互 溶的金属熔体、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它 研究熔体的相平衡、结构及其物理和化学性质，而熔体的组 分是反应的直接参加者，熔体的结构及性质则直接控制着反 应的进行
绪言
《钢铁冶金原理开设》的意义
阐述钢铁冶金的物理化学原理及主要的有关冶金 反应进行热力学及动力学的分析，为钢铁冶金学 等课程奠定冶金工艺的基础理论
绪言
湿法冶金：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处 理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中， 而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包 括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分 溶剂为水溶液。故也称水法冶金
湿法冶金一般具有能耗低，过程易控制，能处理各类 矿石。但生产规模及生产率不如火法冶金
正号
j 1
j 1
n
rGm每0 (T个) 相 [变r温H m度0 (的29rG8Kmr0G)(Tm)0不(T包[)tr括rsH[该mr0H温(2m9T度08(2K的9r)8SKm0)(2及98trsKH)tmrs0HmT0(trTsrSS(mm00r)(S]2m908(2K9
j 1
适用于热力学数据较完全和在很宽的温度范围内 讨论反应的平衡状况
1 冶金热力学基础
本章内容
1.1 化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数 1.2 溶液的热力学性质—活度及活度系数 1.3 溶液的热力学关系式 1.4 活度的测定及计算方法 1.5 标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应rGm0 的计算
冶金热力学基础：热力学第二定律，它研究冶金反应在一定条 件下进行的可能性、方向及限度
△rGm0与T的简化多项式 将△rGm0＝△H0-△a0TlnT-(△a1X10-3/2)T2-(△a1X10-5)T-1 -…-IT 简化，取 Cp,m c得on出st三项式：
rGm0 A BT ln T CT
J mol 1
rGm0与T的二项式 rGm0 A BT
求解：利用回归分析常用公式 y＝a＋bx
测得不同温度下的K0，以lnK0对该 温度的倒数作图，直线的斜率和截距 即为常数A和B，从而
rGm0 RT ln K 0 RA RBT
例题：P52习题3
解：利用 ln K o A / T B，由各温度测定的反应平衡常数的
lgK0对1/T作图，作图的数值见表1-1。
温度/K
873
（1/T）×104 11.45
然后计算个温度的M和ΔM：
1033K
M0
0.5316
M1
0.2615
M2
0.2850
1183K
0.6306
0.3310
0.3151
M M (1183) M (1033) 1650K
0.099 0.892
0.0695 0.5539
0.0301 0.378
M M (1183) M (1033) 0.2614
LgK0
-0.087
973 10.28 -0.176
1073 9.32 -0.288
1173 8.53 -0.368
1273 7.88 -0.455
1373 7.28 -0.478
作图法： ln K o 1000 /T 1.22
-0.1
rGm0 RT ln K 0 1000
-0.2
19.147T ( 1.22)
温度对平衡移动的影响：
r
H
o m
0 吸热反应，
K o 随温度上升而增大，平衡向吸热方向移动。
r
H
o m
0
放向逆反应方向移动。
r
H
o m
0 无热交换， K o 与温度无关，即温度不改变平衡状态。
1.1.3 标准生成吉布斯自由能 f Gm0 的温度关系式
rGm0 与T的多项式
钢铁冶金原理
主讲：郭宇峰
教材：黄希祜.钢铁冶金原理 第3版.北京：冶金工业 出版社，2002
参考书： 1.陈新民.火法冶金过程物理化学(第二版).北京:冶金工
业出版社,1994 2.傅崇说.有色冶金原理.北京:冶金工业出版社, 1990 3.魏寿昆.冶金过程热力学.上海：上海科技出版社，