冶金原理热力学基础练习题

第一章 热力学基础一、名词解释：（溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。

二、其它1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。

当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。

2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ∆=268650-158.4T 1J mol -⋅，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。

该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。

当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102⨯，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。

反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-⋅-=∆mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。

3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。

4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。

5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。

7．热力学中，利用关系式 2)ln (RT H dT K d P ∆=来讨论化学反应的热效应对反应的影响。

当化学反应为吸热时，随着反应温度的升高，平衡常数K 的变化趋势为＿＿＿＿＿，对化学反应的正反应方向＿＿＿＿＿（填“有利”或“不利”）。

8、在1873K 时，Fe-C 系内碳的溶解反应为C(石)=[C]，其[C]的活度为][C a ，则平衡常数表示为＿＿＿＿＿，当碳的溶解达饱和时，其平衡常数为＿＿＿＿＿，此时溶解过程的吉布斯自由能变化值为＿＿＿＿＿（J ）9．在1813K 时铁液中有反应[C]+2CO =2CO ，其平衡常数表示为＿＿＿＿＿，当铁液中的碳含量为1.5%时，其平衡常数的值为420。

若铁液中的碳含量达到饱和时，其平衡常数的值为＿＿＿＿＿，该反应在1813K 的ΔθG 等于＿＿＿＿＿(J)。

10、反应FeO (S)+CO=Fe (S)+CO 2 为可逆反应，其T G 26.2422880+-=∆θ J.mol -1 ,则1173K 时反应的平衡常数K 等于＿＿＿＿＿＿。

该反应的热效应近似为＿＿＿＿＿＿＿＿（J ）。

11． 恒温、恒压下，判断冶金过程能否进行用＿＿＿＿＿＿热力学函数，在＿＿＿＿＿＿＿＿条件下，可用该参数的标准状态变化量来判断化学过程能否进行。

12、某反应中的一反应物473K 时有45%分解，在573K 时有95%分解，则此反应为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。

（填“放热”或 “吸热”）13．已知某一气相反应 A (g) 12k k B (g)+C (g) 在298K 时，k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应在298K 时的平衡常数为＿＿＿＿＿，该反应的标准吉布斯自由能的变化为 ＿＿＿＿＿J 。

14．钢液中的氧与纯氧化铁渣间的反应可表示为FeO(l)=[O]+Fe(l)，在1873K 时的平衡常数为0.23，则此时钢液中的氧含量为＿＿＿＿＿＿＿＿；保持温度不变，将上述的纯氧化铁渣换为非纯氧化铁渣，此时反应的平衡常数为＿＿＿＿＿＿＿＿。

15．反应1)1(22)58.4055850(),(2)()(2-⋅-=∆⋅=+mol J T G l SiO FeO s SiO s FeO m r θ；1)2(22)09.2136200(),(2)()(2-⋅+-=∆⋅=+mol J T G s SiO FeO s SiO s FeO m r θ，则熔化过程)()(22l SiO FeO s SiO FeO ⋅=⋅的θ)3(m r G ∆与温度的关系式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，计算的理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，标态下的熔化温度为＿＿＿＿＿＿（K ）。

16. 4[C]+(Cr 3O 4)=3[Cr]+4CO T G 22.617934706-=∆θ J.mol -1 ， 在1500℃，标态下反应的方向是＿＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应是＿＿＿＿＿（填“吸热”或“放热”），采用真空操作时，对反应的影响是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

17、反应2)()(CO s Fe CO s FeO +=+，在1100℃时的平衡常数为0.333，则该温度时反应的标准吉布斯自由能为▁▁▁▁▁▁（J ）。

保持温度不变，若将产物2CO 减少，其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁▁，若增加2CO 的量，其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁。

降温到1000℃时测得平衡常数为0.351，则该反应为（填“吸”或“放”） ▁▁▁▁▁▁热。

18、活度的标准态是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；冶金中通常采用活度标准态的三种形式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

19、在研究钢铁冶金熔体的物化性质时，选择熔体中组元活度的方法通常是：铁液中溶解的合金和杂质以＿＿＿＿＿＿＿＿为标态，溶剂铁以＿＿＿＿＿＿＿＿为标态，碳溶解在铁液中达到饱和时，选纯物质为标准态其活度等于＿＿＿＿＿＿＿。

20、反应)(2)(22g HCl s Cr H CrCl +=+，在1073K 时mol KJ G /58835=∆θ，在此温度和一定的气相成分下ΔG=-125.92KJ/mol ，若要判断该反应在该条件下能否进行，用函数＿＿＿＿＿，该反应在该条件下＿＿＿＿＿（填“能”或“否”）进行。

21、铁基合金液中元素的相互作用系数)(j i e 反应了元素j 的加入对i 组元活度系数的作用，若0>j i e ，说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；若0<j i e ，说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

22、冶金中计算一个化学反应过程的焓变、吉布斯自由能变化、熵变的数值时均可用代数组合法得到，其理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

冶金中，计算一个复杂化学反应过程的θG ∆与温度的二项式，通常采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿方法，其理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

23、1000K,反应)(g CO +)(212g O =)(2g CO 的平衡常数为1010659.1⨯,反应)(2)(2g CO CO s C =+的平衡常数为1.719, 则反应)(2g CO =)(g CO +)(212g O 的平衡常数为＿＿＿＿＿＿，反应)()(21)(2g CO g O s C =+的平衡常数为＿＿＿＿。

24、铁液中硅的浓度为2.0][=Si x ，Si γ=0.03，1873K 时被氧气(Pa p O 5102=)氧化的反应为：[Si]+O 2=SiO 2(S)，该铁液中硅的活度等于＿＿＿＿＿，氧化反应的ΔG 等于＿＿＿＿＿(J), 反应＿＿＿＿＿（填“能”或“否”）自发进行。

25、在1873K 时，Fe-C 系内碳的溶解度W [C]=5.5%，其溶解反应为C (石)=[C]。

若[C]选择纯液态物质为标准态，其溶解过程的平衡常数为＿＿＿＿＿，加入硅W [Si]=0.5%后，仍保持1873K ，纯液态物质为标准态，体系内碳的溶解平衡常数为＿＿＿＿＿，溶解过程的标准吉布斯自由能变化值为＿＿＿＿＿（J ）。

26、用等温方程讨论冶金中化学反应在等温、等压下能否进行。

问：（1）写出等温方程式。

（2）说明方程中的参数联系了哪些状态27、什么是物质的标准溶解吉布斯自由能？纯物质标准态的标准溶解吉布斯自由能的表示及数值为何？28、某组元B 溶解在溶液中形成饱和溶液，当以纯物质为标态时，组元B的活度为1，为什么？29、若要计算某温度时反应[C]+2CO =2CO 的标准吉布斯自由能变化（[C]以1%为标准态），至少需要查找哪些基础数据？30、若反应为)(2][2)()(2g CO Si C s SiO +=+石铁液中硅的活度为0.1(质量1%溶液标准态)，体系总压为Pa 510，试计算开始反应的温度。

已知：CO O C 222)(=+石 mol TJ G /54.171228800--=∆θ)(][22s SiO O Si =+ mol TJ G /25.215814850+-=∆θ31、已知氧在熔渣和铁液间的反应为：（FeO ）=[O]+[Fe]。

在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与组分为258.0)(,064.0)(,663.0)(700.0)(2====FeO n MgO n SiO n CaO n ，的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.048%。

试计算熔渣中FeO 的活度及活度系数。

32、)(22)(S L MO O M =+ θ1G ∆；)(22][S MO O M =+ θ2G ∆。

问：θ1G ∆和θ2G ∆是否相等？为什么？若使θθ21G G ∆=∆，应满足的条件是什么？33、冶金实验过程中，1600℃有还原剂2H 时,气相中52210-=H O H P P ，问1873K 时，用刚玉坩埚会产生多少2()Al O g P ?已知刚玉坩埚与2H 的反应方程式:)(2)(2)(2)(3222g g g S O H O Al H O Al +=+ T G 65.266990770-=∆θ J.mol -134、冶金实验过程中，1600℃有还原剂H 2存在时,气相中52210-=H O H P P ，问1873K 时，用石英坩埚做实验，气相中会产生多大的)(g SiO p ?已知石英坩埚与H 2反应式:T>1473K )(2)()(2)(2g g g S O H SiO H SiO +=+ T G 78.181529280-=∆θ J.mol -135．在冶炼铜、铅、锌的废气中含有大量的2SO ，为防止大气污染和进行综合利用，可将2SO 作为硫酸的原料。