冶金原理韩明荣版课后习题答案.docx

3．化合物生成反应的ΔG°-T关系有何用途？试根据PbO、NiO、SiO2、CO的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。

4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？

5．试谈谈你对活度标准态的认识。活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？ 6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？

7．试根据Kelvin公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。

8．已知AlF3和NaF的标准生成焓变为ΔH°298K,AlF3(S)=-14.50kJ·mol, ΔH°298K,NaF(S)=-573.60kJ·mol，又知反应AlF3(S)+3NaF(S)=Na3AlF6(S)的标准焓变为ΔH°298K=-95.06kJ·mol，求Na3AlF6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ·mol) 9．已知炼钢温度下：

（1）Ti(S)+O2=TiO2(S) ΔH1=-943.5kJ·mol （2）[Ti]+O2=TiO2(S) ΔH2=-922.1kJ·mol （3）Ti(S)=Ti(l) ΔH3=-18.8kJ·mol

求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。(-40.2 kJ·mol) 10．ZrN是很好的高温材料，通氮气于灼热的ZrI2可得到ZrN，反应式为： ZrI2(S)+1/2N2(g)=ZrN(S)+I2(g)

已知：CP,I2=37.40+0.569×10T, J·K·g CP,N2=27.87+4.27×10T, J·K·g CP,ZrI2=91.97+7.774×10T, J·K·g CP,ZrN=58.58+7.029×10T, J·K·g

-3

-1

-1

-3

-1

-1

-3

-1

-1

-3

-1

-1

-1

-1

-1-1

-1

-1

-1

-1

试用基尔霍夫公式计算该反应的ΔH°-T关系式。

11．25℃，以空气助燃，查找相关数据，求CO燃烧后火焰的理论温度（物质的CP=f（T）可取二项式）（2626K）

-1

12．1kg的铁水在101325Pa和熔点1536℃下凝结成固态铁，试求此过程的W、Q、ΔH、ΔG、ΔS。已知铁水的凝固热为274 J·g。 （0kJ，-274 kJ，-274kJ·kg, -151.46kJ·kg）

-1

-1

13．Si、Ti、V、Cr等金属被合金化到不锈钢中，试问下不锈钢中有哪些碳化物存在？为什么（设过程处于标准状态下）？已知： 3Cr+2C=Cr3C2 ΔG1°= -87030-16.74T, J·mol Si+C=SiC ΔG2°= -430+6.95T, J·mol V+C=VC ΔG3° = -83680+6.69T, J·mol Ti+C=TiC ΔG4°= -188280+11.72T, J·mol

14．求反应[Si]+2[O]+2CaO（S）=Ca2SiO4（S）的ΔG°-T关系。

15．试查找相关热力学数据，判断CuO 、Cu2O、FeO和CuS的相对稳定性。

第二章 相图基础

-1-1 -1

-1

1．基本概念：相，组元，组元，自由度，物系点，液相线，液相面，固相线，共晶线，共晶点，包晶点，开始凝固和凝固终了温度，固熔点，同分熔熔点化合物，异分熔融化合物，等温线，等温截面。 2．试述等含量规则、等比例规则和背向规则。

3．在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。 X ： A 10% ， B 70% ， C 20% ； Y ： A 10% ， B 20% ， C 70% ； Z ： A 70% ， B 20% ， C 10% ；

若将 3kg X 熔体与 2kg Y 熔体和 5kg Z 熔体混合，试依据杠杆规则用作图法和计算法求出混合后熔体的组成点。 4．利用CaO—SiO2系相图(图3-7)，叙述SiO2为10%，30%的体系，在冷却过程中相成分的变化。 5．说明图中1、2、3点的冷却过程。

6．冶炼温度为1550℃，要求炉渣的熔点要低于1400℃，如果选择的炉渣体系为CaO-SiO2-Al2O3，试画出可选的炉渣成分范围。 7．炉渣碱度为 ％CaO／％SiO2=2，在 1600℃下，当渣中含58%FeO时，炉渣是否全部处于液态？如果炉渣碱度不变，因脱碳反应使渣中FeO含量降至20％时，在此温度下炉渣是否有固相析出？固相组成和含量是多少? 8． 下图为Zn-Pb相图，试回答：

（1） 如何处理含Pb2%的粗锌，以除去其中的杂质铅？理论上温度最低可降低到多少度？除Pb最低可达到什么限度？

（2） 将熔体缓慢冷却，使其中杂质析出的方法叫熔析精炼，含2%Pb的粗锌1000kg在430℃经熔析精炼后，能得到 多少锌？其中含有多少Pb？析出的粗Pb中还有多少Zn？ （9.6kg，9.6kg，0.312kg） 9．分析Bi-Sb相图：

（1）20%Sb的合金 在何温度开始融化？在合温度完全熔化？

（2）60%Sb的合金 在300g冷却到何温度开始凝固？刚刚凝固出的固相温度是多少？ 冷至500℃时，共存的相的量各是多少？各相中的Bi和Sb各是多少？

第三章 冶金过程动力学基础

1. 冶金过程的动力学一般有哪些基本环节，不同环节的影响因素又有哪些？

2. 试述化学反应等温式，并说明为何在冶金中广泛使用表观化学反应级数、表观反应速度常数和表观化学反应活化能的概念。 3. 试述确定反应性环节对动力学研究的意义。

4. “冶金反应动力学问题主要是传质问题”，这个说法对吗？你怎样理解？

5. 铁精矿球团在 1123 K 用 CO 还原。通过减重法测得还原深度R与还原时间 t 的关系如下表：

t /min 10 20 30 40 50 60 70 R /% 12 23 32 40 46 52 59

试判断还原反应的速率步骤。

6. 在某一温度下，实验一水溶液中沉淀过程的沉淀率r与沉淀时间t的关系如下：

t /min 10 20 30 40 50 60 70

r /% 0.4 6.5 27.0 63.2 92.3 99.0 100

试求此沉淀过程的动力学方程，并初步判断其成核机理。

7.使用 7.11 mol/L 的硫酸浸出钛铁矿。铁的浸出率 R 与浸出时间 t 的关系如下表所示。试判断浸出反应的速率步骤，并计算浸出反应的活化能。

T / °C 20 95 100 105 110 118 9.40 10.79 12.50 15.41 19.84 30 13.31 16.77 19.85 23.14 31.08 40 17.80 23.43 26.25 29.77 40.24 t / min 50 21.91 28.13 31.87 35.86 47.17 60 25.55 31.00 38.14 42.06 55.55 70 30.01 36.29 41.68 47.71 60.57 80 33.78 40. 45.74 52.60 65.11 8.试绘出完整的气 / 固反应模型示意图（固相有一个产物层和一个未反应核），说明反应包括哪几个环节，写出各环节分别为速

率步骤时的速率方程。

9.液相A、B之间发生反应，在 A 相强烈搅拌的条件下， A 的传质速度足够快而不成为速率步骤。试利用双膜理论模型推导反应的动力学方程。（提示：反应受界面化学反应及 B 相的扩散步骤控制，可设各相中的物质浓度，用符号表示）

10.某片状矿物呈现强烈的各向异性，在浸出时浸出反应只在如图的环面上进行，而上下两平面呈惰性。假定浸出反应受化学反应步骤控制，试导出浸出反应的动力学方程。

液/固反应的动力学环节有哪些？如何改善反应的动力学条件？

第四章 冶金熔体

1. 什么是冶金熔体？它分为几种类型？

2. 何为熔渣？简述熔渣成分的主要来源及冶炼渣和精炼渣的主要作用。 3. 试说明熔盐在冶金中的主要应用。 4. 熔锍的主要成分是什么？

5. 如何判断离子熔体中阳离子与阴离子间作用力的大小？

6. 为什么对于同一种金属，其低价氧化物呈碱性而高价氧化物呈酸性？

7. 金属的熔化熵和熔化热远小于其蒸发熵和蒸发热，这说明液态金属在什么方面更接近于固态金属？为什么？ 8. 试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。 9. 简述熔渣结构的聚合物理论。其核心内容是什么？

10. 熔盐熔化时体积增大，但离子间的距离反而减小，为什么？

11. 试利用熔渣的等粘度曲线图估计组成为38.00%CaO、38.39% SiO2、16.00% A12O3、2.83%MgO的高炉渣在1400 ° C时的粘度，如果将温度提高到1500 ° C，熔渣的粘度降低到多大?

12. 试利用加和性规则计算组成为35%CaO、50%SiO2 、15%A12O3的高炉渣的表面张力。

13. 利用 CaO - SiO2 - FeO 系熔渣的等密度曲线图说明CaO 含量一定时FeO 含量对熔渣密度的影响。 14. 实验测得组成为 42.5%CaO，42.5%SiO2，9.5%MgO，5.5% A12O3的熔渣在不同温度下的粘度如下：

t / ° C

粘度 /0.1Pa · s

1500 7.5

1450 9.1

1400 10.9

1350 13.4

1300 16.3

试求出粘度与温度的指数方程及粘流活化能。

15.高炉低钛渣的成分为：2%TiO2，46.11%CaO，35.73%SiO2，3.99%MgO， 9.99% A12O3。用毛细管法测得渣中硫的扩散系数如下表，试求扩散系数与温度的关系式。

t / ° C D/10-9 m 2 · s-1

1350 1.69

1400 2.42

1450 3.40

1500 4.69

1550 6.35

16. 试用离子理论观点说明熔渣的温度及碱度对熔渣的粘度、表面张力、氧化能力及组元活度的影响。 17. 什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？

18. 某工厂炉渣的组成为：44.5% SiO2，13.8%CaO，36.8%FeO，4.9%MgO。试计算该炉渣的碱度和酸度。

19. 设熔渣组成为35.0%CaO、20.0%SiO2、20.0%FeO、4%Fe2O3、5%MgO、 8%MnO、8%P2O5。试利用等活度曲线图求1600 ° C 时渣中FeO的活度及活度系数。

20. 利用等活度曲线图求 FeO 含量 15%(mol) 及碱度为 2.5 的熔渣中 FeO 的活度。 21. 什么是熔渣的碱度和酸度？ 22．熔渣的氧化性是怎样表示的？

23. 熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？

第五章 还原反应

1.求碳的气化反应在900℃，总压为3个大气压时气相中CO的平衡浓度。 已知： C+CO2=2CO， ΔG=170707－174.47T，J

2.试推导碳在空气中不完全燃烧达平衡时，气相中CO、CO2及N2所占比例。 3.试述高温条件下，有固体C存在时的还原反应和低温条件下有何异同？为什么？

0

4.％CO/％CO2标尺和％H2/％H2O标尺有何作用? 5.试分析熔体中（FeO）被C和CO还原的各种情况。

6.根据氧化物标准生成自由能图及相关标尺，估算Cu2O、Fe2O3、NiO、MnO、SiO2和TiO2在1273K用CO+CO2混合气体还原时，还原气中％CO和％CO2各为多大？

7.铁锰矿石中含Fe3O4和MnO，现用CO+CO2混合气体在1173K时还原，要求Fe3O4还原为Fe，而MnO不还原，问还原气体中CO含量应如何控制？

8. 试说明铁氧化物用C还原平衡图的绘制方法。指出不同温度区氧化物的稳定存在状态。 9. 利用氧势图计算1200℃，CO和H2分别还原Fe2O3、Fe3O4及FeO的气相平衡成分。 10.试求真空度为13.3Pa，固体碳还原MgO的开始温度。

11. 为使金属锰在p’=100kPa及900℃无氧化加热，试问CO-CO2混合气体中pCO/pCO2比应是多少？用计算法和氧势图法。 12. 试计算在100kPa及700℃时，用水蒸气和固体碳反应制取混合煤气的成分。

第六章 氧化反应

1. 名词解释：直接氧化和间接氧化反应，熔池中过剩氧，碳氧浓度积，硫、磷分配比。 2. 分析氧气转炉炼钢过程中脱碳的规律。 3. 试述脱磷和脱硫的热力学条件。

4. 试分析真空处理使钢液中碳脱氧能力增强的热力学原理。

5. 在1650℃单独用铝脱氧，试求钢液中氧气量从0.004％下降到0.0008％，需要加入多少铝？

6. 在氮和氢混合气氛下熔化纯铁时，其总压为101325Pa，氢气和氮气分压相等，求1600℃铁水中平衡的[％H]和[％N]各为多少？ 7. 含钒铁水成分为：4.0％C，0.4％V，0.08％Si，0.6％P，现欲吹氧使[V]氧化成（V2O3）生产钒渣而尽量保住[C]，试求吹炼时的温度？

8. 冶炼[％Cr]=18，[％Ni]=9的不锈钢，要求最终脱碳[％C]=0.02，而钢液温度又不要求高于1650℃，当钢液在真空条件下吹氧精炼时，其真空度应达多少？

9. 在电弧炉内用返回吹氧法冶炼不锈钢时，熔池中[％Ni]=9，若吹炼到终点[％C]=0.05时，且要求[％Cr]=10，求吹炼到终点时钢液温度为多少？假定炉内PCO=101325Pa，а

Cr2O3

=1。

10. 试分析吹炼铜锍必须分为两个周期的热力学原理（即第一周期吹炼除铁，第二周期吹炼成铜）。 11. 试比较铜锍吹炼与镍锍吹炼条件的异同。

第七章 硫化矿的火法精炼

1. 硫化物冶金中有哪些基本反应？试写出反应式。

2. 根据Me－S－O系平衡图，升高温度或改变气体成分时，硫酸盐的稳定区如何变化？

3. 将含94%MoS2的钼精矿在900K的温度下焙烧。试作出Mo－S－O系的凝聚相稳定存在区平衡图，并说明在此条件下最稳定的凝聚相是什么？已知反应

（提示：Mo的氧化物有MoO2，MoO3，而硫化物为MoS2）

4. 硫化镍于总压10 Pa，温度1000 K时，气相组成范围为3%~10%O2, 3%~10%SO2进行焙烧，问焙烧所得产物是什么？ 5. 试比较锍和冶金炉渣在特性上有何异同。锍吹炼的基本反应是什么？

第八章 卤化冶金

5

1. 什么是氯化冶金？有何特点？

2. 利用氯化物标准生成自由能 和温度的关系图，可获取哪些氯化冶金所需数据？ 3. 加碳氯化反应与一般氯化反应相比有何特点？ 4. 能否用C，H2作还原剂还原其他金属氯化物？为什么？

5. 某铁厂原料中除Fe2O3外，还含有Cu, Ag, Co等金属的氯化物，现想用CaCl2作氯化剂氯化焙烧分离，问工艺是否可行？ 6. 在1 000K用氯气氯化分离FeO和CoO混合物中的Fe、Co,问pCl2/pO2应如何控制？已知1000K时

第九章 粗金属的火法精炼

1/2

1. 说明熔析精炼和区域（带熔）精炼有何不同。

2. 简要说明氧化精炼和硫化精炼的基本原理。

3. 蒸馏精炼的原理是什么？

4. 镍的氧化式为：2Ni(l)+O2=2NiO(S)，△G=-505301.7+1.2T（J.mol）。若在1200℃氧化精炼铜时，熔体[％Ni]=19（质量），问镍可除到什么程度（以百分浓度表示）？若在1250℃，熔体中[％Ni]=19（质量）时，镍脱除程度又如何？以上计算能否说明除镍反应是吸热反应，从而提高操作温度使镍脱除更彻底。

0

0

-1

5. 含有Fe、Ni、Ag、S等杂质的粗铜氧化精炼时，若采用鼓入空气于铜液中把杂质氧化去除，试作△G-T图判断哪些杂质能氧化，哪些杂质不能氧化，杂质氧化的顺序如何？已知反应

6. 设在350℃进行铅的加硫除铜精炼，问铅中铜最低可能降为多少？已知反应

7. 根据测定，当重油含硫为0.5％，2％及4％完全燃烧时，产物SO2中的分压力P SO2分别为26.7Pa，108Pa，120Pa，试计算当铜水温度为1100℃，[O]含量为0.01％和0.005％时，[％S]是多少？已知反应式为 。

8. 试分析计算1200℃时粗铜氧化精炼除铁的极限浓度。 9. 试分析计算500℃时粗铅氧化精炼除锡的极限浓度。

1. 名词解释：电极电位，超电位，理论分解电压，实际分解电压，极化和去极化，电流效率。

2. 在电位序中电性最负的一些金属，如铝、镁，为什么不能用电解法从其盐类的水溶液中析出,却能用熔盐电解法制取?

3. 以铝熔盐电解为例，说明何谓临界电流密度?并分析其主要影响因素有哪些? 4. 熔盐电解的电流效率一般比较低，其原因何在?影响因素主要有哪些?

5. 在铝的电解中，总反应为2Al2O3+3C=4Al+3CO2,已知槽电压为5V，电流效率为90%，求生产1 t铝所需的Al2O3，C和电耗。