北京科技大学冶金物理化学2007-2008学年期末试卷and答案
2009~2010学年第二学期期末考试《冶金物理化学1》试卷(A)
Si 选用(1) 纯硅(液态)， (2) 假想纯硅，(3) 质量 1％Si 的溶液为标准态时，SiO2(S)在 1600℃时的标准生成 Gibbs 自由能。
A-1（共 2 页）
……………………………… 装 ……………………………… 订 ………………………………… 线 ………………………………
课程________________________班级________________________姓名__________________________学号________________________
；酸性渣中 Al2O3 浓度增大时， aSiO 2
9．脱 S 反应分子方程式为(CaO)＋[S]＝(CaS)＋[O]，则离子反应方程式为 10．当 Δ[O]＞0 时，氧由 二、热力学计算题(45 分，每题 15 分) 向 中传输；当 Δ[O]＜0 时，氧由
1．溶解于铁中的硅的氧化反应为[Si]+O2=SiO2(S)，1600℃时液态 Si 在铁液中的 Si 0.0013 。已知：Si(l)＋O2＝SiO2(S)， G ＝－946350＋197.64T J.mol-1。试计算
计算所需数据：
C Si P Si C C Si P eC =0.140， eC =0.080， e Si 0.18 ， eC = - 0.053， eP = 0.13， eSi =0.110， eP =0.120， eSi 0.11
原子量：Ca : 40，Si: 28，Fe:56，Mg: 24，V: 51，Mn:55，P: 31，Al: 27，S: 32，O: 16，Ni:58.7
……………………………… 密 ……………………………… 封 ………………………………… 线 ……………………………… 安
北京科技大学冶金物理化学2008-2009学年期末试题(A)试题and答案
装 订 线 内 不 得 答 题自觉遵 守考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不作 弊（2）简单氧化物分子与复杂氧化物分子在高温时存在化学反应平衡，平衡时简单氧化物分子摩尔分数就是该氧化物的活度。
4.试写出正规溶液定义。
解：正规溶液定义：过剩混合热不为零（Δmix H m E ≠0），过剩混合熵为零的溶液(Δmix S m E＝0）叫做正规溶液。
5.试写出硫容量的一种表达式。
解：当气相分压小于0.1Pa 时，硫以硫化物的形式存在。
硫化物容量表示为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--∑2222)32()(2/1%S O S O S a n K p p S w C γθ 当体系的气相分压大于0.1Pa 时，渣中硫以硫酸盐形式存在，定义硫酸盐的容量为：2/12/3%22)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθp p p p S w C S O S6.简述有效边界层的定义。
答：当流体速度为u b 的粘性流体绕固体表面流动时，由于表面的摩擦作用在固体表面附近会形成具有很大速度梯度的区域。
在固体表面上流体速度u x 为零，而在距固体表面一小距离处，流体速度就等于99%的流体本体速度u b 。
这个区域叫速度边界层，距固体表面这一距离称为速度边界层厚度δu 。
当含某一组元A 浓度为C b 的流体绕固体表面流动时，如果由于流体与固体表面含组元A 的浓度不同，则会在固体垂直方向建立起浓度梯度。
在固体表面上组元A 的浓度为C s ，而在距固体表面一小距离处，组元A 的浓度就降到99%的流体本体浓度C b 。
这个区域叫浓度边界层，距固体表面这一距离称为浓度边界层厚度δc 。
为了数学上的处理方便，将分子扩散（D ）和湍流传质（ED ）折算成稳态的分子扩散，为此由浓度为C s 的固体表面点作浓度曲线的切线，使之与本体浓度C b 的延长线相交于一点，过这点作一平行于固体表面的平面，该平面与固体表面之间的区域称为有效边界层，其厚度用δc ′表示。
(完整版)试卷答案-北京科技大学
B卷北京科技大学2007 —2008 学年度第2学期《钢铁冶金学（Ⅰ）》B卷试题答案要点及评分标准一、名词解释题（每题3分，共18分）1、高炉冶炼强度：是高炉冶炼过程强化的程度，以每昼夜（d）燃烧的干焦量来衡量：冶炼强度(I)=干焦耗用量/有效容积×实际工作日 [t/(m3·d)] 2、HPS：指代小球烧结法：将烧结混合料用圆盘造球机预先制成一定粒度（粒度上限为6-8mm），然后使小球外裹部分燃料，最后铺在烧结台车上进行烧结的造块新工艺。
3、高炉渣熔化性温度：炉渣可以自由流动时的最低温度。
4、高炉的悬料：由于高炉透气性变化，引起高炉压差过大，支托起炉料，使得炉料难以下行，称为悬料。
一般分为上部悬料和下部悬料，前者可以用杨森公式解释，后者可以用液泛现象解释。
5、高炉的硫负荷：高炉冶炼每吨生铁由炉料带入的硫的千克数称为“高炉的硫负荷”。
6、FINEX炼铁工艺：Finex是在Corex基础上，采用多级流化床装置直接使用烧结铁矿粉（<8mm）进行预还原生产海绵铁，避免了烧结、球团等人工造块工序，降低了生产成本。
同时，利用煤粉的冷压块技术扩大了煤粉的选择范围，而不像Corex工艺仅能使用块煤。
Finex流程主要由3个系统组成，流化床预还原系统、热压块系统和熔化造气系统。
二、判断题：( 每题1.5分，共30 分)1、√2、╳3、√4、╳5、╳6、√7、√8、╳9、╳ 10、√11、╳ 12、╳ 13、╳ 14、╳ 15、√16、╳ 17、√ 18、╳ 19、√ 20、╳三、简答题（每题8分，共24分）1.简述酸性氧化球团矿生产工艺，说明该类球团矿的焙烧固结机理。
答：工艺流程如下：（4分）固结机理（4分）1）Fe2O3的微晶键连接：磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，当加热到200～300℃就开始氧化形成Fe2O3微晶。
由于新生的Fe2O3微晶中原子迁移能力较强，在各个颗粒的接触面上长大成“连接桥”（又称Fe2O3微晶键），使颗粒互相连接起来。
北京科技大学大学物理2007-2008_2_期中As
O ω
P C
5. 人造地球卫星，绕地球作椭圆轨道运动，地球在椭圆的一个
图2
焦点上，则卫星的：
(A) 动量不守恒，动能守恒
(B) 动量守恒，动能不守恒
(C) 对地心的角动量守恒，动能不守恒
(D) 对地心的角动量不守恒，动能守恒
6. 点
P一的刚位体置以矢每量分为钟rK60=
转K绕 z 轴K做匀速K 转动(ωK 沿 z 轴正方向)。设某时刻刚体上一 3 i + 4 j + 5 k ，其单位为“10-2m”，若以“10-2 m·s-1”为速度
桌面间的摩擦因数为 μ ，令圆盘最初以角速度 ω0 绕通过中心且垂直盘面的光滑轴
旋转，则圆盘所受阻力矩大小为
；要圆盘停止转动所需时间
为
。
10．一根长为 l ，质量为 m 的均匀细直棒，其一端有一固定的光滑水平轴，
因而可以在竖直平面内转动。最初棒静止在水平位置，下摆θ 角时的角速度为 ω ，
角加速度为 β 。若把此棒切成 l 2 长度，仍由水平位置自由摆下，则下摆θ 角时的
大学物理 AI 期中试卷 第 2 页 共 4 页
生非对心弹性碰撞后，小球 A 的运动方向与小球 B 的运动方向之间的夹角
为
。
3. 质量为 m 的质点，以恒速率υ 沿一正三角形的三边顺时针运动一周，作用
于三角形任一顶点处质点的冲量大小为
。
4.
一质点在其保守力场中的势能为 Ep
=a
r3 ，其中 r 为质点与坐标原点之间 G
的距离， a 为大于零的常量，则作用该质点上的保守力 F =
。
K 5. 一物体在某瞬时，以初速度v 0 从某点开始K运动，在Δ t 时间内，经一长度 为 S 的曲线路径后，又回到出发点，此时速度为 - v 0 ，则在这段时间内，物体的
冶金物理化学习题
(2 分)
C Cr Ni aC ： lg fC = eC [%C ] + eC [%Cr ] + eC [% Ni ] ＝ 0.14 × 0.025 ＋ ( － 0.024) × 10 ＋ 0.012 × 9 ＝－
0.1285
aC =0.744×0.025=0.0186
3
(2 分)
9.96 ＝934706－427.38T (2 分) 0.01864 ΔG＝0 时，T＝2187K (2 分) 为了使 Cr10％，Ni9％的不锈钢中碳氧化到 0.025％，熔池温度应在 1914℃以上。(1 分)
LMn >> k[ Mn ] / k( MnO ) 时，哪一个环节为限制性环节？总速率方程可简化成什么形式？如果 LMn LMn << k[ Mn ] / k( MnO ) 时，哪一个环节为限制性环节？总速率方程可简化成什么形式？
∆G=934706－617.22T+RTln 四(15 分)．将组成为 4.0％C、0.25％Si、0.5％V、0.03％P、0.08％S 的生铁进行氧化提钒处理， 为使生铁中钒大量氧化而碳不大量氧化， 以便获得含氧化钒高的钒渣和半钢液， 试求提钒的温度 条件。已知钒渣的成分为 25.5％V2O3、37.5％FeO、15.6％SiO2、13.4％TiO2、0.5％CaO、0.5％ MgO、3.0％MnO、3.0％Al2O3。反应 2/3 [V]+CO=1/3(V2O3)+[C] ΔGθ＝-218013+136.22T，假设 γ V2O3 = 10−7 。 解： 2/3 [V]+CO=1/3(V O )+[C] ΔGθ＝-218013+136.22T
Cr C Ni aCr ： lg f Cr = eCr [%Cr ] + eCr [%C ] + eCr [% Ni ] ＝－0.0003×10＋(－0.12)×0.025＋0.0002×9＝－
北京科技大学
北京科技大学土木与环境工程学院地质学2003——2008工程流体力学2003——2005，2007——2008结构力学2004，2007——2008安全原理2008生物化学2005岩石力学2000——2005，2007——2008晶体光学2004——2006，2008普通化学2006——2008普通化学（A）2004——2005结晶学及矿物学2003——2005，2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 2004——2008（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、机械工程、物流工程、机械装备及控制专业）材料力学D 2004——2005，2007——2008（注：试卷上面标注的是：固体力学专业）电工技术2003——2005，2008化工原理2003——2005普通地质学2003，2005，2007流体力学2003——2008水处理原理2003——2008钢筋混凝土结构2003——2005工程地质学2003——2005微生物学A2008微生物学B2008微生物学2007环境微生物学2004——2005环境规划与管理2007——2008有机化学A（分析化学专业）2004有机化学（分析化学专业）2005有机化学（生物化工、环境科学专业）2004有机化学（生物化工专业）2003有机化学B（生物化工、环境科学、环境工程专业）2005有机化学（B）（分析化学、无机化学、有机化学、物理化学专业）2007——2008 建筑材料学2004——2005矿床学2003——2004矿山岩石力学2007——2008浮选原理2008土力学2004——2005土力学与地基基础2003液压与液力传动2003——2005环境学2004——2005单考数学2003——2004，2008单考俄语2008单考英语2008单考政治2008冶金与生态工程学院传输原理2003——2008冶金物理化学2003——2008普通生态学2006——2008普通物理（A）2004——2005普通化学2006——2008普通化学（A）2004——2005物理化学（A）2003——2008物理化学（B）2005——2008综合科技史2003——2008文物保护基础2004——2008中国古代史2004——2008社会学2003——2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 2004——2008（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、机械工程、物流工程、机械装备及控制专业）材料力学D 2004——2005，2007——2008（注：试卷上面标注的是：固体力学专业）钢筋混凝土结构2003——2005微生物学A2008微生物学B2008微生物学2007环境微生物学2004——2005生物化学2005统计物理2003——2005单考数学2003——2004，2008单考俄语2008单考英语2008单考政治2008材料科学与工程学院物理化学（A）2003——2008物理化学（B）2005——2008材料化学2005金属学2003——2005，2007——2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 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综合化学（含有机化学、分析化学）2004模拟电子技术与数字电子技术基础2004——2008（注：2007年试卷共4页，缺P4）理论力学（A）2005，2007——2008理论力学（B）2003——2005微生物学A2008微生物学B2008微生物学2007环境微生物学2004——2005单考数学2003——2004，2008单考俄语2008单考英语2008单考政治2008机械工程学院设计基础2004——2006，2008设计理论2004——2008控制工程基础2007——2008材料力学2003（注：试卷上面标注的是：材料加工工程专业）材料力学B 2004——2005（注：试卷上面标注的是：材料加工工程、材料科学与工程专业）材料力学2003（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、固体力学专业）材料力学C 2004——2008（注：试卷上面标注的是：车辆工程、机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及理论、机械工程、物流工程、机械装备及控制专业）材料力学D 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北京科技大学冶金物理化学2007-2008学年期末试卷and答案
所以
Δ r G CO = −281160 − 84.18 × 1573 − 38.29 × 1573 × (0.678 + lg 4.5) = −493754.29(J/mol)
p O2 = p CO = 101325 Pa ，所以
Δ r G CO = −281160 − 84.18T + RT ln
1 2 f w[C ]%
2 C
= −281160 − 84.18T − 38.29T lg f C w[C ]% = −281160 − 84.18T − 38.29T (lg f C + lg w[C ]% )
1 = Δ r G θ − 2.303RT lg aSi aSi
= −816130 + 214.1T − 2.303RT (lg f Si + lg w[ Si]% )
Si C lg f Si = e Si ⋅ w[ Si ]% + e Si w[C ] % = 0.11 × 0.6 + 0.18 × 4.5 = 0.876
相应的反应为上式等号右边括弧内一项称为炉渣的硫化物容量用符号表示即的铁水兑入转炉中在1300下吹氧炼钢假定气体压力为10132510pa生成的为纯物质
一、简答（每小题 4 分，共 40 分） （1）用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。 （2）试写出多元系铁溶液中组元的相互作用系数 eij 的表达式。 （3）简述熔渣分子结构理论的假设条件。 （4）简述正规溶液的定义。 （5）试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？ （6）简述三元系的重心规则。 （7）多相反应与均相反应的差异？在处理动力学问题上有什么不同？ （8）简述双膜理论。 （9）写出活性孔隙半径表达式。 （10）−
北科冶金习题004
北科冶金习题004北京科技大学 2007--2008学年第二学期钢铁冶金学（炼钢学部分） B 试卷答案及评分标准一、选择题，请在正确答案的（）内画√。
（单选题，每题0.5分，共20分）1、以下脱氧元素中，哪一个（ C ）脱氧能力最强？2、钢中内生类非金属夹杂物主要来自（ D ）。
3、随着铁水预处理和钢水炉外精炼广泛采用，氧气炼钢转炉逐渐演变为（ A )。
4、超高功率电炉的功率级别为( D )。
5、电炉炉壁氧燃枪的主要作用为( D )。
6、常规RH 精炼炉具有( A )。
7、炉外精炼中用于加热升温的装置为( B )。
8、高质量轴承钢的精炼一般采用( C )。
9、铁水脱硫预处理采用金属脱硫剂为( B )。
10、电炉炼钢的热量来源主要为（ D ）。
11、VD 炉具有（ A ）功能。
12、AOD 精炼炉主要用于冶炼（ D ）。
13、复合脱氧能够得到更好的脱氧效果，主要是因为（ D ）。
14、脱氧反应包括化学反应、脱氧产物形核、脱氧产物长大和( A )四个阶段。
15、脱氧产物与钢液间界面张力大有利于( B ) 16、提高炉渣碱度可以( B ) 17、氧气炼钢过程脱碳反应生成的CO 气体有利于（ A ） 18、钢水精炼脱硫的有利条件是（ A ）19、转炉采用未燃法煤气回收的烟气中CO 含量一般为（ B ）。
20、轴承钢的氧含量一般要求控制在（ A ）以下。
21、钢的可加工性能优于生铁，主要是因为（ D ）。
22、铁水脱硫预处理用主要脱硫剂是（A ）。
23、转炉双渣冶炼是（C ）。
24、一般说来每氧化1％[C]可使钢水升温（ D ）左右。
25、直接(沉淀)脱氧指的是( A )26、转炉煤气回收量一般为（ A ）左右。
27、转炉和电炉炼钢终渣∑FeO 含量一般控制在（C ）。
28、电炉炼钢供电系统的电抗器的主要作用是（C ）。
29、转炉炼钢前期熔池温度低有利于( D )反应。
30、炼钢过程直接氧化是指 ( B )。
2009-10冶金物理化学2标准答案和评分标准格式
(1 分)
fCr=0.9515
aCr=0.9515×18= 17.127
C Cr Ni lg f C eC w[C ] eC w[Cr] eC w[ Ni ]
=0.14×0.15-0.024×18+0.012×9= -0.303 (1 分) (1 分)
fC=0.4977
aC=0.4977×0.15=0.0747
(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
相应地加入硅铁=
六(10 分). 溶解于钢液中[Cr]的选择性氧化反应为 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]。试求钢液成分为 w[Cr]=18％、w[Ni]＝9％、w[C]＝0.15％及 p'CO ＝100kPa 时，[Cr]和[C]氧化的转化温度。 已知： 解： (1)求[Cr]-[C[氧化的转化温度，根据反应 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]，Δ Gθ ＝-819989+448.59 T J/mol
= 1460 + 8314 lnJ ≤0
(2 分)
(2 分) (1 分) (2 分)
+ φ
CO
CO
=100%，
CO2
所以 ：φ
= 54.4%，φ
= 45.6 %
三(15 分). 在真空中向含 Cr18％，Ni9％的不锈钢吹氧，使含碳量降低到 0.025％，钢液的温度不高于 1650℃，问需要多大的真空度？ 已知：4[C]＋Cr3O4(s)＝3[Cr]＋4CO，Δ Gθ ＝934706－617.22T J/mol 解：反应的平衡常数 K 1650℃
C[A] C(A) / K 1/ k[A] 1/ k(A) .K
08年7月化学必修Ⅱ期末试题及答案
08年7月化学必修Ⅱ期末试题一、选择题（每小题只有一个正确答案，共60分）1、对发现元素周期律贡献最大的化学家是()A.牛顿B.道尔顿C.阿佛加德罗D.门捷列夫2、关于碱金属元素的下列叙述中，错误的是（）A．碱金属元素原子最外层都只有1个电子B．依Li、Na、K、Rb、Cs，单质熔沸点升高，密度增大C．随核电荷数递增，氢氧化物碱性增强D．随电子层数增加，原子半径增大，金属还原性增强3、在下列元素中，最高正化合价数值最大的是()A.NaB.PC.ClD.Ar4、下列说法中正确的是()A.含有离子键的化合物必是离子化合物B.具有共价键的化合物就是共价化合物C.共价化合物可能含离子键D.离子化合物中不可能含有共价键5、下列化合物电子式书写正确的是()6、在元素周期表的金属元素和非金属元素交界处，最容易找到的材料是()A．制催化剂的材料B．耐高温、耐腐蚀的合金材料C．制农药的材料D．制半导体的材料7、下列反应中属吸热反应的是（）A.镁与盐酸反应放出氢气B.氢氧化钠与盐酸的反应C.硫在空气或氧气中燃烧D.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应8、在一定条件下，反应N2+3H22NH3，在2L密闭容器中进行，5min内氨的质量增加了1.7g，则反应速率为()A．v(H2)=0.03mol/（L·min）B．v(N2)=0.02mol/（L·min）C．v(NH3)=0.17mol/（L·min）D．v(NH3)=0.01mol/（L·min）9、下列说法中正确的是()A、镍氢电池、锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B、燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C、化学电池的反应基础是氧化还原反应D、铅蓄电池放电的时候正极是Pb负极是PbO210、下列属于取代反应的是()A．光照射甲烷与氯气的混合气体B．乙烯通入溴水C．乙醇在氧气中燃烧D．乙烯生成聚乙烯11、下列各组物质中互为同分异构体的是()A.1H与2HB.O2与O3C.乙烷与甲烷D.正丁烷与异丁烷12、衡量一个国家石油化工发展水平的标志是（）A、石油产量B、乙烯产量C、天然气产量D、汽油产量13、下列物质不可能是乙烯加成产物的是A．CH3CH3B．CH3CHCl2C．CH3CH2OH D．CH3CH2Br14是谁第一个想到苯是环状结构的()A．拉瓦锡B．维勒C．阿佛加德罗D．凯库勒15、酯化反应是有机化学中的一类重要反应，下列对酯化反应理解不正确．．．的是A．酯化反应的产物只有酯B．酯化反应可看成取代反应的一种C．酯化反应是有限度的D．浓硫酸可做酯化反应的催化剂16、CH2=CH—CH2OH的性质可能有：①加成反应②氧化反应③酯化反应④中和反应A．只有①③B．只有①②③C．只有①③④D.只有①②17、炒菜时，加入一些料酒和食醋可使菜变得味香可口，其中的原因是()A.有盐类物质生成B.有酯类物质生成C.有醇类物质生成D.有酸类物质生成18、广告称某品牌的八宝粥（含桂圆、红豆、糯米等）不加糖，比加糖还甜，适合糖尿病人食用。
北京科技大学大学物理期末试卷
(cm-3), 分子平均自
由程的数量级（估算）为
cm。
6、下端挂一质量为m物体的竖直弹簧振子，悬挂在升降机的天花板上。
升降机静止时，物体的振动频率为。当升降机以u匀速上升运动时，其
振动频率是
；当升降机以加速度a匀加速上升运动时，其振动频
率是
；
7、如果一个质点同时参与振动方向相互垂直的两个同振幅A、同圆频率
。
姓名
学号
三、计算题（每题10分，共40分）
班级
1． 一转台绕竖直轴无摩擦地转动，每转一周需时间，其对轴的转动 惯量。一质量的人，由转台中心沿半径向外跑去，当人离转台中 心时，转台的角速度是多大？转台的动能改变了多少？
2．μ子的静止寿命平均为2.2×10-6s。若按牛顿力学计算，即使它以 真空光速大小运动，也只能通过2.2×10-6×3×108=660（m）厚的大气 层；但发现宇宙射线中的μ子有很多是贯穿厚度约20km的大气层到达了 海平面。设μ子的速度u = 0.9995c，试分别以地面和μ子为参照系进 行简单计算对上面的问题予以说明。
（2分）
（3）μ子参照系，层厚20.8km的运动长度
（4分）
两参照系相对速度很大, 测量的相对论效应很明显。
3．（1）平衡温度T
（2分） （2）熵变
设固体、液体升降温是可逆过程 （2分）
（1分）
（2分） （3分）
4．（1）原点运动方程
（或）
(2分)
入射波的波函数
（或）
（1分）
（2）反射波引起的原点振动
（A）10 m ;
（B）102 m ;
（C）103 m;
（D）104 m 。
4．一单摆挂在木板的小钉上，木板质量远大于单摆质量。木板平面在
北科大材科基期末考试题
1. 在立方结构单中 在立方结构单胞中(110)晶面上， 画出 晶面上，画出[1-11]和 [-112]晶向； 晶向； 晶面上 和 晶向 标准投影图中， 在(001)标准投影图中，标出这些晶面和晶向对应的极点。 标准投影图中 标出这些晶面和晶向对应的极点。 在密排六方结构单胞中， 画出(10-10)晶面和 晶面和[1011]晶向 。 晶向。 在密排六方结构单胞中 ， 画出 晶面和 晶向 (10分) 分
1. 画出 画出(110)面给 分 ； 画出 面给2分 画出[1-11]方向给 分 ， 画出 方向给2分 画出[-112]方向 面给 方向给 方向 标准投影图并标出极点位置给2分 给2分；画出 分 画出(001)标准投影图并标出极点位置给 分；画出 标准投影图并标出极点位置给 (10-10)面给 分；画出 面给1分 画出[1011]方向给 分。 方向给1分 面给 方向给
5. 写出不变反应给 分。画出每个恒温截面给2分。 写出不变反应给4分 画出每个恒温截面给 分
6. 在液相转变为固相 结晶)过程中，①均匀形核和非均匀形核 在液相转变为固相(结晶 过程中 结晶 过程中， 的临界核心半径哪一个大？为什么？ 的临界核心半径哪一个大？ 为什么？ ② 晶体的熔点与其曲 率半径是否相关？在过冷度∆ 的临界核心半径为 的临界核心半径为r*， 率半径是否相关？在过冷度∆T的临界核心半径为 ，请问 r=r*的晶体的熔点是什么？③ 在结晶过程中 ，为什么非均 的晶体的熔点是什么？ 在结晶过程中， 的晶体的熔点是什么 匀形核起主要作用？ 分 匀形核起主要作用？(10分) 7. 固溶体(k0<1)固液界面失稳条件是什么？已知界面前沿 界 固液界面失稳条件是什么？ 固溶体 固液界面失稳条件是什么 已知界面前沿(界 v m C 1− k 面处坐标为x=0)熔点分布梯度是 dT = D ，液相的温度梯度 面处坐标为 熔点分布梯度是 dx k dT =G 讨论如何控制内、外部因素加速界面失稳。 分 是 ，讨论如何控制内、外部因素加速界面失稳。(10分) dx
北京科技大学冶金物理化学期末辅导
3）重点掌握 Van’t Hoff 等压方程式
d ln K H dT RT 2
这即是 Van’t Hoff 等压方程式的微分式。 若上式的 H 为常数， 可以得出积分式如下：
ln K
H B RT
或
ln K
A B T
其中，B 是不定积分常数，A 也是常数。上式两边同乘-RT，亦可改变为
其中，组元 A、B、C、D 有三种情况 （1）若组元是固态时， ai 1 （i=A,B,C,D） ； (2) 若组元是气态时， ai Pi ，而 Pi 是组元 i 的无量纲分压； （3）若组元存在与液态中， a i 表示组元 i 的活度。其中，在一般情况下 若 i 在金属溶液中，活度的标准态选 1%； 若 i 在炉渣中，则选纯物质为标准态。
其中 M 0 ln
T 298 1 298 T
2T
M1
2 T 298
M2
1 2 2 2983 3 298 2 T 6 T
M 2
T 2982
2 298 2 T 2
M 0 ， M 1 ， M 2 ， M 2 均可由手册查出。
sol G 定义
恒温下，某一元素 M 溶解在溶剂中，形成 1％（质量）的溶液时自由能的变化。一般为
M M 1%(质量)
sol GM a bT 。
用 f G 及 sol G 计算 r G 的通式： r G
i i
f
Gi （或 sol Gi ）
不定积分法结果
HT CP dT H 0 aT
b 2 c 3 c T T 2 6 2T b c c GT H 0 aT ln T T 2 T 3 IT 2 6 2T
2001-2013年北科冶金物化研究生入学考试试题(4).doc
2001-2013年北科冶金物化研究生入学考试试题(4).doc北京科技大学2011 年硕士学位研究生入学考试试题======================================================================== =====================================试题编号：809 试题名称：冶金物理化学（共2 页）适用专业：冶金工程\冶金工程（专业学位）说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
======================================================================== =====================================一、简答题（每小题7分，共70分）1）试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。
2）简述熔渣分子结构理论的假设条件。
3）某溶液中组元B的标准态改变时（其它条件不变），下列热力学参数哪些会随之改变，哪些不变？(a) 组元B的活度aB；(b) 组元B的化学势B；(c)有组元B参与的化学反应的平衡常数K；(d)有组元B参与的化学反应的标准吉布斯自由能变化rG；(e)有组元B参与的化学反应的吉布斯自由能变化rG 。
4）试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。
5）试写出多元系铁溶液中组元i的相互作用系数的表达式。
6）简述正规溶液的定义？7) 试讨论如何由有效边界层得到多相反应动力学基本方程？8）简述表面更新理论如何在溶质渗透理论的基础上建立起来的？9）试描述多相反应动力学基本方程中的传质系数Kd的可能的形式？10）推导在铁液深度为H 的耐火材料的器壁上活性气隙的最大半径的表达式？二、（25 分）若铁钒溶液与固态VO 平衡，其平衡氧分压为 6.7×10-6Pa，在1873K 下，试分别以纯固态钒和钒在铁液中为1%的浓度（质量）为标准态计算铁液中钒的活度。
北京科技大学冶金物理化学2006-2007学年期末试题
北京科技大学 2006—2007学年 第一学期冶金物理化学标准答案一、简答 （每小题5分，共50分）1. 试用相图的基本规则说明以下相图的错误所在？答：违背了相图的构筑规则“在二元系中，单相区与两相区邻接的界线延长线必须进入两相区，不能进入单相区”2. 在Ellingham 图上，为什么形成CO 的曲线的斜率为负值，而一般的斜率为正值？ 答：CO O C 222=+ΘΘΘΘ−−=ΔC O CO S S S S 2202f ΘΘ−≈S S CO 0p ΘΔ−∴S ；∴ΘΔG ~T 曲线的斜率小于零。
同理可以证明一般反应的~T 曲线的斜率大于零。
ΘΔG 3. 简述分子理论的假设条件。
答：1）熔渣是由各种电中性的简单氧化物分子、CaO 、MgO 、、、及它们之间形成的复杂氧化物分子FeO 32O Al 2SiO 52O P 2SiO CaO •、22SiO CaO •、、等组成的理想溶液。
22SiO FeO •52O P CaO •2）简单氧化物分子于复杂氧化物分子之间存在着化学平衡，平衡时的简单氧化物的摩尔分数叫该氧化物的活度。
以简单氧化物存在的氧化物叫自由氧化物；以复杂氧化物存在的氧化物叫结合氧化物。
如：（）=2（）+（） 22SiO CaO •CaO 2SiO 2222SiO CaO SiO CaO D x x x K •=由K D 计算的x CaO 及x SiO2叫及的活度。
CaO 2SiO 4. 试解释正规溶液定义。
答：过剩混合热（其实为混合热）不为零，混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫正规溶液。
5. 试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？ 答：定义∑FeO 0表示渣的氧化性。
决定炉渣向钢液传氧的反应是（）=FeO [][]Fe O +[]FeOa O K00=Θ或[]FeOa O L 000=令[]FeOa O L00'0=----代表实际熔渣中的值。
当时，'oL f 0L f 0'0'00ln ln ln L L RT L RT L RT G =+−=Δ0，反应逆向进行，钢液中的氧向熔渣传递；当时，='oL p 0L G Δ0'0ln L L RT 0p ，反应正向进行，熔渣中的氧向钢液传递。
北京科技大学-冶金物理化学-模拟三套卷及答案
北京科技大学-冶金物理化学-模拟三套卷及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试模拟试题（一）试题编号：809 试题名称：冶金物理化学一．简答题（每题7分，共70分）1.试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。
2.简述规则溶液的定义。
3.简述熔渣分子结构理论的假设条件。
4.已知金属氧化反应方程式（1）、（2）、（3），判断三个方程式中，哪个M是固相，液相，气相？确定之后，计算M的熔点和沸点。
已知（1）2M+O2 = 2MO（s）ΔG1θ= -1215000 + 192.88T（2）2M+O2 = 2MO（s）ΔG2θ = -1500800 + 429.28T（3）2M+O2 = 2MO（s）ΔG3θ = -1248500 + 231.8T5. 简述三元系相图的重心规则。
6. 试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。
7. 试写出熔渣CaO-SiO2的光学碱度的表达式。
8. 推导在铁液深度为H的耐火材料器壁上活性空隙的最大半径表达式。
9. 简述双膜传质理论。
10. 试推气固相反应的未反应核模型在界面化学反应为限制环节时的速率方程。
二．计算题（30分）在600℃下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。
已知：FeO（s） = Fe（s）+ 1/2 O2(g) Δr Gθ= 259600 –62.55T ，J/molC(s) + O2 = CO2(g) Δr Gθ= -394100 + 0.84T，J/mol2C(s) + O2(g) = 2CO(g) Δr Gθ= -223400 - 175.30T ，J/mol 三．相图题（25分）1）标明各相区的组织。
2）分析x点的冷却过程，画出冷却曲线，并用有关相图的理论解释。
四．对渣-钢反应 [A] +(B2+) = (A2+) + [B] （25分）(1)分析该反应有几个步骤组成。
北京科技大学《高等数学》2007-2008学年第一学期期末试卷A卷
北京科技大学 2007--2008 学年 第 一 学期高等数学 试卷 （A ）院(系) 班级 学号 姓名试卷卷面成绩占课程考核 成绩 70%平时 成 课程考 绩占 30% 核成绩题号 一二 三四小计得分 五阅卷校对得 分1 + 2x − 3=x − 22．设 f ′(x 0 ) 存在，求 lim 0 0 = ．3．设 e − x 是函数 f (x ) 的一个原函数，则∫x 2 f (ln x )dx = C +4． 设 f (x ) 连续，且 f (x ) = x + 2 (x )dx ，则 f (x ) =5．设向量（2 a + 5b ) ⊥ (a − b ), 2(a +3b ) ⊥ (a − 5b ) ，则 a 与 b 之间的夹角为二、单项选择题（每小题 3 分， 共 15 分）x 2 sin 1x > 06．设 f (x ) = x 在 x = 0 处可导, 则ax + b x ≤ 0（A ） a=1, b=0; (B) a=0,b 为任意常数； (C) a=0, b=0 ;一、填空题（每小题 3 分， 共 15 分）自 觉 遵 守 考 试 规 则， 诚 信 考 试， 绝 不 作 弊f (x + ∆x ) − f (x − 2∆x )装 订 线 内 不 得 答 题(D) a=1, b 为任意常数得 分1．计算 limx →4】．【 ．∆x →02∆x7． 设设 f (x ) = 3x 3 + x 2 | x | ，则使 f (n ) 0() 存在的最高阶导数 n 为 【 】． （A ） 0 ; (B) 1 ; (C) 2 ; (D) 3π8．积分(x 4 + sin x ) sin 2xdx =2【 】(A) 3/4 (B) 0 (C) 4/3 (D) 19．下列不等式正确的有（A ） sin xdx < sin x 2 dx ， （C ）π e sin xdx >π e x 2dx ，10．设 z = x y ， 则 dz =【（B ） cos xdx < cos x 2dx ，（D ） sin 2xdx <sin 2 3xdx【】(A ) (C )x y (ln xdx + dy ) y x (ln xdx + dy )(B ) (D )x y (ln xdy + dx )x y (dy + ydx )三、 计算题 （每小题 9 分， 共 63 分）11． xl() = e −x dx ，求 a 的值。
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如何推导而来。 简答： （1）氧势图中不同元素的氧化物 Δ r G θ 与温度的关系构成斜率不同、位置高低不 同的直线。 且① 直线位置越低， 则氧化物越稳定， 越难被还原； ② 同一温度下， 几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化；③ 位置低的元素在标准状 态下可以将位置高的氧化物还原； （2）对 Fe − i − jLm 多元系， eij = (
a (S2 − ) ⎛ p O / p θ ⋅⎜ 2 θ 反应的平衡常数为 K = a(O2− ) ⎜ ⎝ p S2 / p
θ
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1/ 2
=
γ (S
2−
⋅ x ( S2 − ) ⎛ p O ⋅⎜ 2 ⎜ pS a(O2− ) ⎝ 2
)
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1/ 2
若 ∑ n 为渣中所有组元物质的量，则有
FeO( s ) + CO( g ) = Fe( s ) + CO2 ( g ) K θ = 0.696
假设还原前后球团直径不变，求完全还原所需要的时间。 解：CO在产物层内的扩散为控速环节，CO在颗粒表面的 浓度与气体本体中的浓度相同，即为cb。如图所示，CO 在产物层内的扩散速率
ri r0
dn dc rD = − CO = 4π ri 2 Deff CO dt dri
一、简答（每小题 4 分，共 40 分） （1）用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。 （2）试写出多元系铁溶液中组元的相互作用系数 eij 的表达式。 （3）简述熔渣分子结构理论的假设条件。 （4）简述正规溶液的定义。 （5）试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？ （6）简述三元系的重心规则。 （7）多相反应与均相反应的差异？在处理动力学问题上有什么不同？ （8）简述双膜理论。 （9）写出活性孔隙半径表达式。 （10）−
解：2×（式（1）－式（2） ）得到铁水中 C 氧化的反应如下，
2[C] + O 2 = 2CO
Δ r G CO = Δ r G θ + RT ln
ΔG θ = −281160 − 84.18T ( J / mol )
（5）
( pCO / p θ ) 2 ( pCO / p θ ) 2 θ G RT ln = Δ + r 2 2 aC ⋅ ( pO 2 / p θ ) f C2 w[C ]% ⋅ ( pO2 / p θ )
对（1）积分
1
（1）
∫c dc = − 4πD
b
ci
eff
dn ri dri ∫ dt r0 ri 2
−
dnCO r r r r = 4πDeff 0 i (cb − ci ) ≈ 4πDeff 0 i cb dt r 0 − ri r 0 − ri
由于 −
4πr 2 ρ dri dnCO dn = − FeO = − i dt dt M FeO dt
Δ r G SiO 2 = −816130 + 214.1T − 2.303 RT (0.876 + lg 0.6)
= −816130 + 214.1 × 1573 − 2.303 × 8.314 × 1573 × (0.876 + lg 0.6) = −499052.72( J / mol )
因为 Δ r G CO > Δ r G SiO 2 ，所以 Si 先氧化。 三、动力学部分（共 30 分） 1． （15 分）在圆桶状熔池深度为 40cm 的铁水罐中进行铁水脱硅的熔渣-金属间 反应，即： [ Si] + 2( Fe 2 + ) = ( Si 4 + ) + 2[ Fe] （1）写出反应的动力学步骤； （2）假设钢液内部硅扩散是控速环节，某一时刻 浓度差Δw[Si]=0.04%，边界层厚度δ=0.004cm，D[Si]=4×10-4cm2/s并计算出瞬 时脱硅速率（dw[Si]/dt） 。 解： （1）反应的步骤包括：①钢中Si原子向钢渣界面迁移；②渣中Fe2+向渣钢界
dn[C ] dt
2σ cosθ ρ l gh
= ′ dV Ar pCO 是吹氩脱碳获得的关系式，其中： RTdt
（10） −
dn[c]为一个氩气泡上浮到钢液面由于脱碳反应脱碳的物质量； p’co为上浮到钢液面时气泡中一氧化碳的分压； dV⎯上浮到钢液面时一个气泡的体积。 此式可由理想气体方程得到：
同样，式（3）－式（4）得到铁水中 Si 氧化的反应如下，
[Si] + O 2 = SiO 2
ΔG θ = −816130 + 214.1T ( J / mol )
aSiO 2 aSi ⋅ ( p O 2 / p θ )
（6）
Δ r G SiO 2 = Δ r G θ + RT ln
因为 p O2 = 101325 Pa ， aSiO 2 = 1 ， 所以， Δ r G SiO 2 = Δ r G θ + RT ln
Si c 已知： ecc = 0.14, ecSi = 0.08, eSi = 0.11, eSi = 0.18
1 C( S ) + O2 = CO 2
Si( l ) + O2 = SiO2( S ) C( s ) = [C ]% Si( l ) = [ Si ]%
（1） ΔG ∅ = −117990 − 84.35T ( J / mol ) （2） ΔG ∅ = −947680 + 196.86T ( J / mol ) （3） ΔG ∅ = 22590 − 42.26T ( J / mol ) （4） ΔG ∅ = −131550 − 17.24T ( J / mol )
Fe2O3 两种形式，通常需经进行折算。折算方法w( FeO) + 1.35w( Fe2 O3 ) Σw( FeO) = w( FeO) + 0.9w( Fe2 O3 )
（6）在浓度三角形 ABC 内，x、y 和 z 是三个已知 成分点，假设这三个三元体系的质量分别为 m x 、m y 和 m z 。将它们混合，则混合后所形成的新的体系 p 点位于 Δxyz 的重心位置，且有
面迁移；③钢渣界面发生化学反应；④生成的Si4+从界面向渣中扩散；⑤生成的 Fe原子从界面向钢液内扩散。 （2）设铁水密度为ρ，熔池截面积为A m2，深h=0.4m，则体积为V=Ah， 由传质方程 J = k d Δc
dnSi ρ D D = A Δc Si = A Δw[ Si ] ⋅ dt δ δ M Si
nco=p’coVAr/RT
d nco=p’codVAr/RT
−
dn[ C ] dt
=
dnco p ′ dV = CO Ar dt RTdt
二、热力学部分（共 30 分）
' 1． （15 分）试推导炉气中的氧分压 pO < 0.1 pa 时硫化物容量的表达式。 2
解：当氧分压低于 0.1Pa 时，硫以硫化物形式存在于渣中。相应的反应为 1 1 S 2( g ) + (O 2 − ) = (S 2 − ) + O 2 ( g ) 2 2
n ∂ lg f i ) w[ i ];w[ j ]→0 ，而 lg f i = ∑ eij w[ j ]% 。 ∂w[ j ]% j =2
（3）分子结构理论假设： ① 炉渣是由简单氧化物分子及其相互作用形成的复杂氧化物分子所组成； ② 炉渣中只有简单氧化物才能参与金属液间的反应； ③ 由酸性氧化物及碱性氧化物复合成复杂氧化物的过程存在着动态平衡。 （4）混合热不为零，但混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫做正规溶液。 （5） 熔渣的氧化还原能力： 一般用 Σw( FeO) 表示渣的氧化性。 认为渣中只有 FeO 提供的氧才能进入钢液，对钢液中的元素进行氧化。由于渣中氧化铁有 FeO 和
1 = Δ r G θ − 2.303RT lg aSi aSi
= −816130 + 214.1T − 2.303RT (lg f Si + lg w[ Si]% )
Si C lg f Si = e Si ⋅ w[ Si ]% + e Si w[C ] % = 0.11 × 0.6 + 0.18 × 4.5 = 0.876
γ (S
K =
θ
2−
w( S ) % 32∑ n ⎛ p O 2 ⋅⎜ ⎜ pS a(O2− ) ⎝ 2
)
⋅
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1/ 2
⎡ ⎛ pO 所以， K = ⎢ w( S ) % ⋅ ⎜ 2 ⎜ pS ⎢ ⎝ 2 ⎣
θ
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1/ 2
⎤ γ ( S2 − ) ⎥⋅ ⎥ 32∑ n ⋅ a( O2− ) ⎦
m x : m y : m z = S Δpyz : S Δpzx : S Δpxy
（7）均相反应：参与反应的各物质均处于同一个相内进行化学反应。 多相反应：参与反应的各物质处于不同的相内进行化学反应。 多相反应特征：在不同的界面上发生，反应物要从相内部传输到反应界面， 并在界面处发生化学反应，生成物要从界面处离开。因此多相反应得动力学问题 必须考虑物质传输对反应速率的影响。 （8）双膜理论假设： ① 在两个流动相的相界面两侧，都有一个边界薄膜。物质从一相进入另一 相的传质过程的阻力集中在界面两侧膜内； ② 在界面上，物质的交换处于动态平衡； ③ 在每相的区域内, 被传输组元的物质流密度（J） ，对液体来说与该组元 在液体内和界面处的浓度差 ci − cb 成正比；对于气体来说，与该组元在气体界面 处及气体体内分压差 pi − p g 成正比； ④ 对流体 1/流体 2 组成的体系中，两个薄膜中流体是静止不动的，不受流 体内流动状态的影响。各相中的传质被看作是独立进行的，互不影响。 （9） rmax = −