冶金原理试卷与答案 (1)

《冶金原理》试题

一 解释下列名词

①氧势：体系中氧气的相对化学位，2ln O P RT 。

②选择性氧化：对于金属熔体，用控制温度及体系压力的方法，控制熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，称为选择性氧化。

二 简答题(共30分)

①(6分)炉渣的熔点是如何定义的？炉渣的半球点温度是如何定义的？二者是否一致？为什么？

炉渣熔点定义：加热时固态完全转变为均匀液相的温度，也就是炉渣相图的液相线或液相面的温度。半球点温度：渣柱试样在加热过程中高度降低一半时所对应的温度，实际上此时炉渣未完全熔化，因此不等于理论上定义的炉渣熔点。

②(5分)在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用哪种标准态？对于熔渣中的组元，一般采用哪种标准态？

在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用服从亨利定律，重量1%浓度溶液为标准态；对于熔渣中的组元，一般采用纯物质为标准态。

③(6分)写出化学反应速率常数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对反应速率常数随温度变化的影响关系。

化学反应速率常数与温度的关系式为：

RT

E e

z k -

⋅=

式中：k —化学反应速率常数；R —理想气体常数；T －温度 E —活化能；

z —频率因子。

在频率因子一定的条件下，活化能E 越大，则k 越小。反之，活化能E 越小，则k 越大。 因为： RT

E z k -=ln ln 所以：

2

ln RT

E

dT k d = E 越大，

dT k d ln 值越大，当温度升高时，k 随温度升高而增大得多；E 越小，dT

k d ln 值越小，当温度升高时，k 随温度升高而增大得少。

④(8分)对于H 2还原FeO 的过程，采用一界面未反应核描述时，其速率的积分式为：

()()()⎭

⎬⎫⎩⎨

⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅++⎥⎦⎤⎢⎣⎡---+-=

31320

00

0111132363R K k K R R D r R c c r e βρτ平

当过程处于动力学范围时，写出相应的速率积分式，计算反应完全所需的时间；内扩散是限制环节时，写出相应的

速率积分式，计算反应完全所需的时间。

当过程处于动力学范围时，β<<<

()()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

--⋅+-=

3100

0111R K k K c c r 平

ρτ

当1=R 时所对应的时间τ'为反应完全所需的时间。

()

⋅

+-=

'K k K

c c r 100

0平

ρτ

当内扩散是限制环节时，β<<<

()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡----=

32

02

00132361R R D c c r e

平

ρτ

当1=R 时所对应的时间τ'为反应完全所需的时间。

)

(602

00平c c D r e -=

'ρτ

⑤(5分)硫化物在高温下的化学反应主要有哪几种类型？写出反应通式。

222232SO MeO O MeS +=+ 22SO Me O MeS +=+ S e M MeO O e M MeS '+='+ 232SO Me MeO MeS +=+ Me S e M e M MeS +'='+

三 作图题

①(共10分)图1是具有一个不稳定二元化合物的三元系相图，分析其中m 点在 温度降低过程中液相及固相的变化，并在图中标出结晶路线。

②(共10分)图2为CO 还原铁的各级氧化物平衡曲线图。回答下列问题： (1)(4分)写出各曲线的反应方程式；

(2)(2分)在图上各区域内标出稳定存在的固相； (3) (4分)在图中a 点体系中放入Fe ，保持a 点体系的温度及气相组成不变，分析体系中将有哪些反应发生？最终存在的固相物质是什么？

(1) 曲线1：3 Fe 2O 3+CO=2Fe 3O 4+CO 2 ； 曲线2：Fe 3O 4+CO=3FeO+CO 2；

曲线3：FeO+CO=CO 2+Fe ； 曲线4：1/4Fe 3O 4+CO=3/4Fe+CO 2。 (2) 见图。

(3)过a 点作等温线，交曲线(3)于点a ’，交曲线(2)于点a ’’，利用等温方程分析。

对于曲线(3)：FeO+CO=Fe+CO 2 a

a CO CO RT CO CO RT G ⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛-=∆%%ln %%ln 2'2

()()()()a a a a CO CO CO CO 2'2'%%%%<>；

'

22%%%%a a CO CO CO CO ⎪⎭⎫ ⎝⎛>⎪⎭⎫

⎝⎛ 0%%ln %%ln 2'2>⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛-=∆a

a CO CO RT CO CO RT G

发生反应(3)的逆反应：Fe+CO 2= FeO+CO ，Fe 被氧化为FeO 。

对于曲线(2)：Fe 3O 4+CO=3FeO+CO 2 a

a CO CO RT CO CO RT G ⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛-=∆%%ln %%ln 2''2

()()()()a a a a CO CO CO CO 2''2''%%%%><；

'

'22%%%%a a CO CO CO CO ⎪⎭⎫ ⎝⎛<⎪⎭⎫

⎝⎛ 0%%ln %%ln 2''2<⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛-=∆a

a CO CO RT CO CO RT G

反应(2)的逆反应不可能发生，FeO 不会被进一步氧化为Fe 3O 4。

体系最终稳定存在的固相物质是FeO 。

四 计算题（共42分） 1（共20分）

在下述条件：温度K T 1873=；熔渣成分为：02.12)(%=FeO ，84.8)(%=MnO ，68

.42)(%=CaO