北京科技大學(xué) 冶金物理化學(xué)第二章 作業(yè)答案

1、第一章作業(yè)總結(jié)P3178計(jì)算氧氣轉(zhuǎn)爐鋼熔池(受熱爐襯為鋼水量的10%)中，每氧化0.1%的Si使鋼水升溫的效果。若氧化后SiO2與CaO成渣生成2CaOSiO2（渣量為鋼水量的15%），需要加入多少石灰（石灰中有效灰占80%），才能保持堿度不變（0.81kg）,即;增加的石灰吸熱多少?(答案：1092.2kJ)欲保持爐溫不變，還須加入礦石多少kg? 已知：鋼的比定壓熱容；爐渣和爐襯的比定壓熱容;礦石的固態(tài)平均比熱容;礦石熔化潛熱; 解： 硅氧化所產(chǎn)生的化學(xué)熱不僅使鋼水升溫，而且也使?fàn)t渣、爐襯同時(shí)升溫。忽略其他的熱損失。設(shè)有鋼水質(zhì)量mst,根據(jù)硅的氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以鋼水升溫約24.67K。

2、方案一：過(guò)剩堿度：氧化后SiO2與CaO成渣生成2CaOSiO2,即渣中的（CaO）減少，堿度減小，減少的量是與氧化后SiO2結(jié)合CaO的量。所以需要增加石灰，使得堿度不變。工程堿度：氧化后的SiO2使得(SiO2)增多，（CaO）不變，堿度減小，所以需要增加石灰。方案二：Si氧化成（SiO2）,增加的SiO2量為,根據(jù)堿度,要使堿度不變，CaO需要增加3倍的生成SiO2量。則氧化熱、成渣熱、石灰吸熱欲保持恒溫為礦石的熔點(diǎn)。以Fe2O3為例，熔點(diǎn)=1838K=1465。設(shè)礦石融化后后，剛好保持體系溫度不變。則：則當(dāng)mst=1000kg,需加入礦石9.539kg.1112在298923K(Al的

3、熔點(diǎn)）溫度范圍內(nèi)，計(jì)算Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能與溫度的關(guān)系。已知;解：;定積分法： 不定積分法：T=298K時(shí)，求出將此結(jié)果代入（2）式，求出注：定積分法和不定積分法，最好不要混用，調(diào)理要清晰，邏輯要順暢。13利用氣相與凝聚相平衡法求1273K時(shí)FeO的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能。已知：反應(yīng)在1273K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)=0.668；解： （1） （2）（2）-（1）=（3）得 （3）14利用吉布斯自由能函數(shù)法計(jì)算下列反應(yīng)在1000K時(shí)的已知1000K時(shí)的下列數(shù)據(jù)物質(zhì)Mg(l)-47.20MgO(s)-48.1-601.8物質(zhì)O2(g)-212.128656.7解：首先，將氣態(tài)O2的fef值換

4、算為參考溫度為298K時(shí)的fef，即注：需要把O2 在0K 的焓函數(shù)fef 換算成參考溫度為298K時(shí)的fef是本題的關(guān)鍵。另外，計(jì)算要準(zhǔn)確，過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)要匹配。P31711指出1000K時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下述幾種氧化物哪一個(gè)最容易生成。已知各氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能如下： = J/mol = J/mol = J/mol = J/mol解： 比較氧化物生成的難易程度，由反應(yīng)的決定。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，在1000K時(shí)，在相同的條件，比如1molO2,各組元的，所以各氧化物的反應(yīng)吉布斯能因?yàn)樗訫nO最易生成。15用Si熱法還原MgO,即Si(s)+2MgO(s)=2Mg(s)+SiO2(s)的標(biāo)

5、準(zhǔn)吉布斯自由能與溫度的關(guān)系為試計(jì)算（1）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下還原溫度； （2）若欲使還原溫度降到1473K,需創(chuàng)造什么條件？作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：一半人能做對(duì)這題。（1）不知道1473K 時(shí)Mg 已呈氣態(tài)，因而對(duì)問(wèn)題（2）無(wú)從下手解決是最常見(jiàn)的錯(cuò)誤。（2）0解：（1）欲使反應(yīng)進(jìn)行，需 算得 （2）鎂的熔點(diǎn)為648，沸點(diǎn)1107（1380K），故鎂在1473K時(shí)，是氣態(tài)。 欲使還原溫度降到1473K，需滿足16已知在460-1200K溫度范圍內(nèi)，下列兩反應(yīng)的與T的關(guān)系式如下：?jiǎn)枺簩㈣F放在含有CO220%、CO75%、其余為氮?dú)獾幕旌蠚怏w中，在總壓為202.65KPa,溫度為900的條件下，有無(wú)Fe3C

6、生成？若要使Fe3C生成，總壓需多少？解： （1） （2）（1）-（2）=（3）得： （3）故不能生成。設(shè)總壓為P，設(shè)T=900=1173K，17計(jì)算反應(yīng)ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g)在1727時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及平衡氧分壓。指出1727時(shí)純ZrO2坩堝在1.3X10-3Pa真空下能否分解，設(shè)真空體系中含有21%的O2。已知ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g) 解：T=1727=2000K ZrO2不會(huì)分解。18在600下用碳還原FeO制取鐵，求反應(yīng)體系中允許的最大壓力。已知 J/mol （1） J/mol （2） J/mol （3）作業(yè)反饋及疑難問(wèn)題分析：一半同學(xué)做錯(cuò)了這道題，即認(rèn)為單一氣體的氣壓即是總壓，計(jì)算出不同氣體的分壓取最大值為總壓。實(shí)則總壓為所有氣相分壓之和。解法一： (1) (2) (3)2(1)+(2)=(4) (4)T=600=873K, (1)+(1/2