2013年北京科技大学冶金物理化学考研真题

2013年北京科技大学冶金物理化学考研真题

北 京 科 技 大 学

2013年硕士学位研究生入学考试试题

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试题编号： 809 试题名称 冶金物理化学

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。

考试用具：无存储功能计算器。

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此试卷包含两部分：其中第一部分适用于冶金工程（不含生态学）考生，第二部分仅适用

于生态学考生。

第一部分（适用于冶金工程<不含生态学>考生）

1、简要回答下列问题（第1-8小题每题7分，第9小题14分，共70分）

1）当铁液中组元i 的浓度趋于零时，试推导以纯物质标准态的活度及活度系数与以1%标

准态的活度及活度系数的关系。

2）对如下反应

（SiO 2）+2[C]=[Si]+2CO (1) △G 10

=a 1-b 1T

SiO 2，（S ）+2[C]=[Si]+2CO (2) △G 20=a 2-b 2T

在T ≤1873K 时，讨论△G 10与△G 20的关系。

3）用热力学原理分析氧势图（Ellingham 图）上，为什么标准状态下低位置的金属元素可

以还原高位置的氧化物？

4）描述二元系规则溶液的活度系数的计算方法，并与Wagner 模型计算进行对比。

5）用分子理论模型简要描述如何解决CaO-FeO-SiO 2三元系高碱性炉渣溶液各组元活度的

计算，并写出各组元活度的表达式？

6）试用热力学原理证明，为什么化学反应△G 0与温度T 的关系为线性？其意义如何？

7）试推导多相反应动力学基本方程)(b s d c c k J -=，并解释每项的物理意义。

8）当用溶质渗透理论处理钢液中的脱碳反应时，假设气泡的半径为r ，气泡在钢液中上浮

速率为u ，写出传质系数d k 的表达式。

9）在钢液深度为1米的耐火材料与钢液接触的位置有一个半径为0.001mm 的气隙，试问这

个气隙能否成为活性气隙？已知钢液中，气液表面张力σ值约为1.5 N·m-1, θ角约为150。，钢液密度为7200 kg·m-3，气隙内气体的密度为1000 kg·m-3。如果上述气隙是活性气隙的话，初始形成的气泡的直径为多少？

2、（25分）对如下相图，F点表示A-B-C三元系的熔体成分，其质量为m F。试分别回答以下的三个问题。

（1）能获得多少一次结晶的A？在获得该一次结晶的A过程中体系的自由度是多少？

（2）在二次结晶过程，液相组成由H→L变化时，达到L时，体系的组成如何?自由度是多少？获得多少固相，分别是什么?

（3）三元共晶开始前，尚余多少液相？

3、（25分）已知炼钢炉渣组成及理论光学碱度如下：

组元CaO SiO2MnO MgO FeO P2O5 W(i) 42.68% 19.34% 8.84% 14.97% 12.03% 2.15% Λi 1 0.48 0.59 0.78 0.51 0.4 1）试计算该炉渣的光学碱度；

2）试用完全离子溶液模型计算1600℃时炉渣中(CaO)、(MnO)、(FeO)的活度及其活度系数。3）在1600℃下，若此时钢液中w[O]=0.058%，试确定此渣的氧化还原性。

4、（30分）装有30 t钢液的电炉, 钢水深度50cm, 1600°C 在电炉的氧化期用含有高浓度的FeO的氧化性炉渣脱除钢液中的Mn，假设炉渣的厚度远小于钢液的深度。已知Mn在钢水

中的扩散系数为1.1X10-8 m 2

/s, 钢渣界面上金属锰含量为0.03% (质量分数), 钢液原始[Mn]

为0.3% (质量分数),经过30 分钟后，钢液中锰含量降至0.06% (质量分数)。

1）分析此过程脱除Mn 反应的机理及对可能的限制环节的确定？

2）求Mn 在钢液边界层中的传质系数及钢液边界层的厚度。

第二部分(仅适用于生态学考生，其他考生不答此部分)

一、填空题（每空1分，共35分）

1 热力学第一定律的数学表达式为: ；若规定系统吸热为正，放热

为负，系统得功为正，对环境作功

为负，如右图所示，一绝热、无质量、无摩擦

的活塞将与外界绝热的容器分为体积相等的左

右两室，室中均充有n 、p 1、T 1的理想气体。

若右室中装有一电热丝，并缓慢通电加热右室

气体，于是活塞逐渐向左移动，此时，如以右

室气体为系统时，此过程的Q （右） 0，W （右） 0；如以左室气体为系

统时，则此过程的W （左） 0，Q （左） 0。

2 对理想气体的单纯pVT 变化过程，式dT nC dH m p ,=适用于 过程；而对于

真实气体的单纯pVT 变化过程，式dT nC dH m p ,=适用于 过程。

3 用一绝热隔板将绝热箱分成两部分，分别装有压力、温度均不相同的两种气体。当将隔板

抽走后，气体便进行混合，若以整个气体为系统，则此混合过程的 Q 0， △U 0。

4 某一系统经历一过程之后，该系统在过程前后△H =△U 的条件是 =0。

5 对于系统两个非常接近的平衡态，熵的微分定义式可写为 ；

克劳修斯不等式为 ；熵增原理是指 。

6 若一封闭系统系统经历了一不可逆过程后，则该系统的△S ，若隔离系统内

发生了一不可逆过程过程，则该隔离系统的△S 。

7 吉布斯自由能G 的定义式为 ，对于内部平衡的，只有体积功的封闭系统

d G = 。某一系统经一不作体积功的过程后，其ΔG =0，则此过程在 条件下进行。