冶金原理-复习题-总结.doc

绪论1、如何判断反应进行的方向？∆G＝G(产物)-G(反应物)∆G <0：反应正向进行∆G >0：反应逆向进行∆G＝0：反应达到平衡2、如何控制反应？改变反应体系温度改变反应体系压力改变产物活度改变反应物活度3、如何计算反应的产率？∆rG＝0时反应达到平衡，此时的J即为反应的Kθ 不考虑活度影响，Kθ可近似理解为产物浓度比反应物浓度4冶 金 熔 体：金属熔体（铁液、钢液），冶金熔渣（还原渣、氧化渣、富集渣、合成渣）冶金熔体都是混合物5铁精粉进行烧结的目的：提高烧结矿强度，需要提高粘结相含量6炉顶煤气成分N2<50％、 CO（20~25％）、CO2（22~17％），少量H2、CH4；CO+CO2（42~44％）CO为还原剂，也是重要的热源，另一方面CO属于有毒气体，希望能够在炉内100%消耗无法实现的原因：存在化学平衡7铁水中含C、Si、Mn、P、S1）P2O5、FeO、CuO等全部被还原；2）SiO2、TiO2等难还原，50%被还原；3）Al2O3、MgO、CaO等不能被还原氧化物的氧势线越低，氧化物越稳定，越不容易被还原8高炉炼铁工艺更适于脱硫1）高温——脱硫吸热；2）高碱度——渣中O2-含量高；3）低w(FeO)——还原渣；4）金属液中fS(C、Si、P含量高) 高——[S]活度高。

9炼钢前期，P、Si、Mn氧化，C不被氧化，为什么？1）低温，[P]、[Si]、[Mn]氧势线低；2）高温，[C]氧势线低10出钢温度高，钢液w[O]高11冶炼高碳钢，铸坯出现气孔的可能性大：随钢液和铸坯的冷却，温度降低，Kθ升高，m降低，CO析出12高炉煤气：CO、CO2、N2等、铁液：Fe、C、Si、Mn、P、S等、高炉渣：CaO、SiO2、Al2O3等、转炉渣： CaO、SiO2、FeO等、钢液：Fe，Mn、Ti、Nb等合金元素13“去碳保铬”需要高温、真空和加镍高温利于脱碳，但不利于脱磷第一章1p’B为理想气体B的分压，量纲为Pa；Pθ=105Pa2该式使用范围：适用于理想气体现实的理想气体：常压（p<10×105Pa），温度低（T→0K）3利用∆rGmθ也可以判断反应进行的方向，但有应用范围，∆rGmθ ≥40~50 kJ/mol一般来说，高温不能利用∆rGmθ来判断∆rGmθ<0时反应正向进行；∆rGmθ >0时反应逆向进行；∆rGmθ＝0时反应达到平衡4范特霍夫方程式（等压方程）∆rHmθ>0(吸热反应）时，әlnKθ/ әT>0，说明Kθ随温度的上升而增加，即平衡向正向移动；∆rHmθ<0(放热反应）时，әlnKθ/ әT<0，说明Kθ随温度的上升而降低，即平衡向逆向移动；∆rHmθ＝0(体系无热交换）时，әlnKθ/ әT=0，说明Kθ与温度无关，或称温度不能改变平衡状态；提高温度，平衡都向吸热方向移动。

5∆rGmθ＝∆rHmθ－T∆rSmθ.，A＝ ∆rHmθ，B＝－∆rSmθA值正负的判断：吸热反应：∆rHmθ>0，A>0，放热反应：∆rHmθ<0，A<0B值正负的判断：反应发生后，气体物质的量增加，体系混乱度增加，∆rSmθ>0，B<0，反应发生后，气体物质的量减少，体系混乱度降低，∆rSmθ<0，B>06活度：“有效浓度” 质量分数的量纲为1或1%钢液中氧的质量百分比浓度为0.0050%（50ppm），质量分数为0.0057摩尔分数的量纲为1也可以用摩尔百分数表示（摩尔分数×100%) 钢液中氢的摩尔分数为0.0010（常用），摩尔百分数为0.10%8拉乌尔定律：当溶液中组分B的浓度xB→1时，组分B的蒸气压pB与其浓度xB成线性关系式中：pB为组分B浓度为xB时饱和蒸汽压；pB*为纯组分B在同温度下的饱和蒸气压；xB为组分B在溶液中的摩尔分数浓度注：在全部浓度范围内，符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液 9亨利定律：当溶液中组分B的浓度xB→0时，组分B的蒸气压pB与其浓度xB成线性关系：式中：pB为组分B浓度为下xB时饱和蒸汽压；KH(x)为浓度为摩尔分数时亨利定律常数，又称为假想纯物质B的蒸气压，而且随着组分B浓度表达形式不同而不同；xB为组分B在溶液中的摩尔分数浓度。

10亨利定律的三种表达形式：当溶液中组分B的浓度为xB时，亨利定律表达形式：当溶液中组分B的浓度为wB时，亨利定律表达形式：当溶液中组分B的浓度为cB时，亨利定律表达形式：11浓度区域I区：组分B浓度低，遵循亨利定律；III区：组分B浓度高，遵循拉乌尔定律；II区：既不遵循亨利定律，也不遵循拉乌尔定律三个饱和蒸气压PB*为纯组分B的饱和蒸汽压，是拉乌尔定律的常数；K(H,x)为假想纯物质的饱和蒸汽压，是浓度为xB的亨利定律常数；K(H,%)为质量1%溶液的饱和蒸汽压，是浓度为wB的亨利定律常数；12实际溶液蒸气压产生偏差的原因：异类原子间的交互作用能当uAB<1/2(uAA+uBB)时，对拉乌尔定律形成正偏差当uAB>1/2(uAA+uBB)时，对拉乌尔定律形成负偏差13以拉乌尔定律为基准或参考态修正系数γB称为活度系数；aB(R)称为活度以亨利定律为基准或参考态修正系数fB称为活度系数；aB(H)和aB(%)都称为活度14活度的定义式pB——实际溶液浓度为xB或wB时组分B的蒸气压；pB(标)——pB*、 KH(x)和KH(%) 分别为纯物质B、假想纯物质B及wB=1%溶液时的饱和蒸气压，也是拉乌尔和亨利定律的比例常数第二章1（1）零级反应： 常数k的量纲为mol·m-3·s-1 （2）一级反应： k的量纲为s-1 （3）二级反应： k的量纲为m3·mol-1·s-1 2传质的两种形式：（1）分子传质：受化学势（或浓度差）驱动的传质现象（2）对流传质：分子扩散和分子集团运动（对流运动）之和产生的传质现象3（1）扩散的驱动力：体系内存在的浓度梯度或化学势梯度，促使组分从高浓度区向低浓度区内迁移。

活度为1时，扩散驱动力就是浓度差，即浓度梯度；实际溶液中活度不为1，化学势差就是驱动力2）扩散物质和扩散介质：扩散介质就是扩散物质经过的场所或空间4菲克定律式中：J为扩散通量，mol·m-3·s-1； əc/əx为在轴方向的浓度梯度， D扩散系数，m2·s-1； A为扩散流通过的截面积，m2； x为距离，m； 负号为扩散通量方向与梯度的方向相反，即əc/əx在扩散方向是负值 5菲克定律分为第一和第二定律:稳定态和非稳定态的判断6当单位时间内进入某扩散层的物质通量等于其流出的通量时，收入等于支出，扩散层内没有物质的积累，这就形成了稳定态的扩散，菲克第一定律当进入某扩散层的物质通量不等于其流出的通量时，扩散层内物质的量有变化，浓度随时间和距离而变化，形成特定的浓度场，从而浓度梯度也会发生变化，这就是非稳定态扩散，服从菲克第二定律7扩散系数包括自扩散系数和互扩散系数 第三章1过渡族元素Mn、Ni、Co、Cr、Mo，在铁液中无限溶解，溶解焓 可以看作是理想溶液碳碳溶于铁液形成饱和溶液 ，并吸收 的热量2氧进入铁水的主要形式：3硫在铁液中溶解，硫在铁液中可以无限互溶，形成相当于FeS的群聚团硫在固体铁中的溶解度非常小。

S含量高时形成“热脆现象”4磷在铁液中的溶解度很大，在固体铁中的溶解度很小低温时，易出现“冷脆”现象 5碱土金属Ca、Ba、Mg、Sr等，在铁液中溶解度很低，对钢的性能影响较小6有色金属Cu、Sn、As、Sb等，炼钢过程中不能去除7只有流体才有粘度，固体没有粘度 第四章1还原渣：能够从与之接触的金属液中吸收[O]，以氧化物的形式进入的熔渣；氧化渣：能够向与之接触的金属液供应[O]的熔渣 ；富集渣：将原料中有用的成分富集在炉渣；合成渣：起到保护金属、防止污染、减少热损失的作用2若三条相界线温度降低的方向都指向该点，则此点就是三元共晶点 若三条相界线的温降方向不全指向三条界线的交点，即有一条或两条相界线的温降方向离开该点，则此点称之为转熔点 3熔渣的基本结构单元为电中性的分子 简单分子:CaO、MgO、FeO、Al2O3、FeS等复杂分子： 4结构单元间的作用力为分子间的引力（范德华力） 熔渣可视为理想溶液 简单分子与复杂分子之间存在动态平衡只有自由氧化物分子具有反应能力 5熔渣的基本结构单元为带电质子 简单阴离子: O2-、 S2- 、 F-简单阳离子：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+复合阴离子: SiO44-、 Si2O76- 、 AlO2-、 AlO33-、 PO43-正负离子间的作用力是静电引力（库仑力）6完全离子溶液模型的要点1）炉渣完全由离子组成，其内不出现电中性质点；2）每个离子周围只被带相反电荷的离子所包围；3）所有离子在熔渣中的分布完全是统计无序状态。

完全离子溶液可视为由正负离子分别组成的两个理想溶液的混合溶液7氧化物按酸碱性的分类1）碱性氧化物：在渣中能够离解出O2-的氧化物，如CaO、MgO、FeO等2）酸性氧化物：能吸收O2-，转变为络离子的氧化物，如SiO2、P2O5、V2O5、Fe2O3等； 3）两性（中性）氧化物：在酸性熔渣中能离解出O2-，显示碱性，而在碱性熔渣中能吸收O2-，显示酸性，如Al2O3、TiO2、Cr2O3等 8氧化物酸碱性规律1）同一种金属元素的氧化物在高价时显酸性，在低价时显碱性 ，如Fe、FeO、Fe2O3等氧化性和还原性 判断依据：利用化学反应进行的方向溶解氧量减小，还原渣-----供[O]，氧化渣9衡量熔渣氧化还原性的依据：熔渣中的w(FeO)10影响熔渣氧化性的因素：1) aFeO增加，熔渣的氧化性提高2) Fe2O3含量提高，aFeO增加，熔渣的氧化性提高3) R=2 时，aFeO最大，熔渣的氧化性增强11影响熔渣粘度的因素1）熔渣中复合阴离子的大小和多少2）固相质点：固相质点越多，熔渣的表观粘度越大3）温度12粘度越低，熔化性温度越低13渣系的粘度曲线——适用于高炉渣 渣系的粘度曲线——适用于炼钢渣 14泡沫渣：冶炼过程中，有气体进入熔渣内，被分散成微小气泡，而不在聚合时，熔渣体积膨胀，形成泡沫渣。

形成泡沫渣的必要条件： 1）熔渣中存在不溶性气体；2）熔渣的比小 第五章1【化合物的分解压】：一定温度下，化合物分解出唯一气体的平衡分压称为化合物的分解压注意：只有凝聚相的化合物才有分解压，而气相没有分解压2判断该化合物的稳定性1）分解压越大， 越负，反应向正向进行的趋势越大，即化合物越容易分解，稳定性越小2）分解压越小， 越接近0，反应向正向进行的趋势越小，即化合物越不容易分解，稳定性越强3促进化合物分解的方法：真空&提高温度 4分解压的影响因素1 温度、压力2 固相物的相变：A（s）相变，分解压增大， AmBn（s）相变，则减小3 固体的分散度：固体的分散度越大，化合物越易分解，分解压增加4 固相物的溶解：固相物溶解于第三物质时，分解压增大5氧势线截距：反应为放热,A<0 →氧势线均在坐标系的第四象限 ，反应前后气体物质的量之差为：体系的混乱度减小，B>0 斜率均大。