冶金在化學(xué)中的應(yīng)用題庫(kù)

1、1冶金熱力學(xué)研究冶金反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行的（ 可能性 ）、（ 方向 ）及（ 進(jìn)行的限度 ），進(jìn)而能夠控制或創(chuàng)造一定條件，使之達(dá)到人們所要求的方向及其進(jìn)行的程度。2由反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變量Hm 的特性可確定溫度對(duì)反應(yīng)限度的影響：( 提高溫度 )平衡都向吸熱方面移動(dòng)。3生產(chǎn)實(shí)踐中采用爐渣中主要的堿性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)酸性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比定義為（ 堿度 ）。4利用和氧親和力強(qiáng)的金屬去還原和氧親和力弱的金屬的氧化物，制取不含C的純金屬或合金，稱為（ 金屬熱還原 ）。5、硫酸化焙燒的條件是：（ 控制較高的lgPSO2 ） 或 （ 較低的溫度 ） 。6、影響粘度的主要因素有（ 熔渣的成分 ）、（ 溫度 ）

2、。7、我國(guó)常見(jiàn)的有色金屬是：（ Cu ）、（ Al ）、（ Zn ）、（ W ）、（ Sn ） 等。8化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能的變化G是判斷反應(yīng)在（ 不做非體積功，定溫定壓 ）下能否自發(fā)進(jìn)行的依據(jù)。9在溶液的整個(gè)濃度范圍內(nèi)，服從拉烏爾定律的稱為（ 理想溶液 ），溶質(zhì)的蒸氣壓服從亨利定律的溶液稱為（ 稀溶液 ）。10溶液的吉布斯自由能是溶液最重要的熱力學(xué)函數(shù)，它由溶液形成時(shí)的焓變量及熵變量?jī)身?xiàng)組成，Hm決定于溶液中原子間的交互作用能，而Sm 則決定于各原子間（ 聚集狀態(tài) ）。11、影響金屬熔體沉降速度的主要因素有（ 密度差 ）、（ 熔渣粘度 ）等。12、在氧化物的碳還原中，復(fù)雜氧化物總是比簡(jiǎn)單化合

3、物（ 難 ）還原，隨著浮氏體中氧含量的降低，其越來(lái)越（ 難 ）還原，而直接制取合金比制取單質(zhì)（ 容易 ）。13、熔锍是指：（ 多種金屬硫化物的共熔體，工業(yè)上稱作冰銅 ） 。1. 什么是冶金熔體？簡(jiǎn)述熔渣成分的主要來(lái)源及冶煉渣和精煉渣的主要作用。答：冶金熔體：在火法冶金過(guò)程中處于熔融狀態(tài)的反應(yīng)介質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)物。 熔渣：它由礦物原料的脈石成分及伴生的雜質(zhì)金屬則與溶劑一起融合成一種主要成分為氧化物的熔體。冶煉渣的作用：匯集爐料中的全部脈石成份，灰分以及大部分雜質(zhì)，從而使其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物分離。精煉渣的作用：捕集粗金屬中的氧化產(chǎn)物，使之與主金屬分離。2. 熔體遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)無(wú)序的實(shí)質(zhì)是什么？熔渣結(jié)構(gòu)聚合物

4、理論的核心內(nèi)容是什么？答：金屬熔體在過(guò)熱度不高的溫度下具有準(zhǔn)晶態(tài)的結(jié)構(gòu),多種聚合物同時(shí)并存而不是一種獨(dú)存，這就是熔體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程無(wú)序的實(shí)質(zhì)。熔渣聚合理論的核心內(nèi)容：硅氧四面體SiO4是熔渣的基本結(jié)構(gòu)單元，SiO4的連接方式可從架狀變?yōu)閷訝?、帶狀、鏈狀、環(huán)狀直至最后橋氧全部斷裂而形成SiO4島狀。熔體中各種不同聚合程度的負(fù)離子團(tuán)同時(shí)并存，聚合體的種類、大小和數(shù)量隨熔體的組成和溫度而變化。熔體的物理化學(xué)性能取決于其聚合程度。3. 試根據(jù)式 fG*(MeO) = RTlnPO2(MeO)RTlnP說(shuō)明氧化物的氧勢(shì) RTlnPO2中 PO2項(xiàng)的物理意義，以及fG*的意義。答：2 MeO= 2 Me + O

5、2由公式得：rGm=-fG(MeO)lnPO2(MeO)= fG(MeO)/RT +ln P 所以Po2為系統(tǒng)中的平衡氧分壓 Po2(MeO)為氧化物MeO的分解壓fG*(MeO)則是以1mol O2參與反應(yīng)表示的MeO生成能，fG*(MeO)愈負(fù)則MeO愈穩(wěn)定愈難被還原，同時(shí)此金屬M(fèi)e對(duì)氧的親和勢(shì)愈大。因此, fG*(MeO)值是衡量氧化物相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)志之一.4. 何為熔渣？簡(jiǎn)述熔渣成分的主要來(lái)源及冶煉渣和精煉渣的主要作用。熔渣：它由礦物原料的脈石成分及伴生的雜質(zhì)金屬則與溶劑一起融合成一種主要成分為氧化物的熔體。冶煉渣的作用：匯集爐料中的全部脈石成份，灰分以及大部分雜質(zhì)，從而使其與熔融的主要

6、冶煉產(chǎn)物分離。精煉渣的作用：捕集粗金屬中的氧化產(chǎn)物，使之與主金屬分離。5為提高蒸餾精煉的效果，從熱力學(xué)上分析，你認(rèn)為可采取什么措施，并從理論予以說(shuō)明。解：蒸餾精煉：當(dāng)處理的物料為各種金屬的混合物時(shí)，控制一定溫度，易揮發(fā)的金屬（如Mg、Pb等）將優(yōu)先進(jìn)入氣相；難揮發(fā)的金屬（如稀有高熔點(diǎn)金屬，鈷、鎂等）絕大部分將保留在凝聚相。分離系數(shù)A/B與兩物質(zhì)飽和蒸氣壓的差值及A、B有關(guān)。從熱力學(xué)上分析，lg=化為lgPA=PA降低，蒸餾溫度降低，則A/B值向有利于分離的方向變化：A/B1時(shí)，降低溫度使A/B增大；A/B1時(shí)，降低溫度使A/B變小所以，采用真空蒸餾，蒸餾溫度降低，從而提高蒸餾精煉的效果6氧化精

7、煉中雜質(zhì)元素（A）的氧化機(jī)制有哪三種？解：（1）A與空氣中的O2直接反應(yīng)：A + O2 = AO AO為獨(dú)立的固相或熔于熔渣中。（2）主金屬M(fèi)e首先被氧化成MeO，MeO（包括人工加入的MeO）進(jìn)而與雜質(zhì)A反應(yīng)（或進(jìn)入熔渣后與雜質(zhì)反應(yīng)）：A + (MeO) = (AO) + Me （3）MeO擴(kuò)散溶解于主金屬中并建立平衡，后者再將A氧化：2Me + 2O 2(MeO) A + O = (AO) 總反應(yīng)： A + (MeO) = (AO) + Me1.試分析下圖中熔體 1 、 2 、 3 的冷卻結(jié)晶路線。 本圖為二元一致熔融化合物的三元系圖。連接CD，把，三角形ABC分為兩個(gè)低共熔型三角形ACD

8、，三角形BCD 。點(diǎn)都位于三角形ACD內(nèi)熔體1.液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：熔體2.液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：熔體3.液相點(diǎn)：固相點(diǎn)：2.在三元系的濃度三角形中畫出下列熔體的組成點(diǎn)，若將 3kg X 熔體與 2kg Y 熔體和 5kg Z 熔體混合，試求出混合后熔體的組成點(diǎn)。 X ： A 10% ， B 70% ， C 20% ； Y ： A 10% ， B 20% ， C 70% ； Z ： A 70% ， B 20% ， C 10% ；解：熔體（A 40%，B 35%，C 25%）1 求布多爾應(yīng)在 1200K ，總壓為P時(shí)氣相 CO 的平衡濃度。 C(s)+CO2(g)=2CO(g) rG(T)=170707-

9、174.47 T J/mol解：rG(T)=170707-174.47 T = 170707-174.471200 = -38657 J mol-1C(s)+CO2(g)=2CO(g)PCO2 =P - PCOlnk=k=48.17解得PCO=0.98 PCO=98%2. 某容器內(nèi)充滿 1300 K 的CO2+CO+O2 混合氣體和NiO，問(wèn)應(yīng)控制氧氣分壓多大，NiO才能夠被還原為Ni 。2CO(g)+O2(g)=2CO2(g), rG(T) = -564840+173.64 T J /mol2Ni(s)+O2(g)=2NiO(s), rG(T) = -468189.6+169.79 T J

10、/mol3. 已知 Sn-Cd 合金含 Cd 1% ( 質(zhì)量 )，在 955K 時(shí) Cd 在 Sn 中的活度系數(shù)為 2.26( 純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài) )，Cd的飽和蒸氣壓 33.3 kPa，Sn的飽和蒸氣壓為1.310-6 Pa 。 求：（ a ） 955K 時(shí)上述合金中 Cd 的蒸氣壓；（ b ）氣相中鎘與錫的摩爾比；解：（ a ）Cd =0.0106PCd = = 33.3103Cd Cd =333002.260.0106=797.7Pa（ b ）氣相中即氣相中鎘與錫的摩爾比為6.141084. 利用鋁在真空下還原氧化鈣，其反應(yīng)為： 6CaO(s) +2Al(l) =3Ca(g) +3CaOAl

11、2O3(s) rG(T)=659984-288.75 T J/mol 求：（ a ）如使反應(yīng)能在 1200 進(jìn)行，需要多大的真空度？（ b ）如采用 1.33 Pa 的真空度，求 CaO 被 Al 還原的開始溫度；解：（ a ）T=1200+273 =1473 krG(1473k)=659984-288.751473 = 234611.9 J mol -1Q=( )3平衡時(shí)，rG(1473k)= rG(1473k)+RTlnQ = 0lnQ =PCa =1.6810-3 P =168 Pa（ b ）Q=( )3 = ( )3 =2.3510-15rG(T)= 659984-288.75T= -

12、8.314Tln(2.3510-15)解得T=1160k（或t=887）5. 某工廠爐渣的組成為： 44.5% SiO2 ，13.8%CaO ，36.8%FeO ， 4.9%MgO 。試計(jì)算該爐渣的堿度和酸度。解：SiO2 是酸性氧化物， CaO、ZnO是堿性氧化物堿度R=0.42酸度r=1.686. 已知反應(yīng) Li2CO3(l) =Li2O (s) +CO2 (g) 的 rG(T)=325831-288.4 T J/mol (10001125K) 試求：（ a ）其分解壓與溫度的關(guān)系； （ b ）當(dāng)氣相PCO2和總壓分別為 0.2P和P時(shí)，計(jì)算其開始分解溫度和化學(xué)沸騰溫度。解：（ a ）平衡

13、時(shí)，rG(T)=rG(T) + 2.303RTlg=0=lg=（ b ）當(dāng)= PCO2 = 0.2P，開始反應(yīng)T開=1080當(dāng)= P總 = P，開始沸騰T沸=11307. 求碳?xì)饣磻?yīng)在 1273K ，總壓為 2105 Pa 時(shí)氣相 CO 的平衡濃度。C(s)+CO2(g)=2CO(g) rG(T)=170707-174.47 T J/mol解：rG(T)=170707-174.47 T = 170707-174.471273 = -51393.3 J mol-1C(s)+CO2(g)=2CO(g)PCO2 =2P - PCOlnk=k=128解得PCO=1.96 PCO=98%8. 用硅熱還原法按制取金屬鎂 2MgO (s) +Si (s) =2Mg (g) +SiO2(s) 已知該反應(yīng)rG(T)=610846-258.57 T J/mol 求還原起始溫度與系統(tǒng)中鎂蒸氣壓的關(guān)系，及壓力由 105 Pa 降為 10 Pa 時(shí)開始還原溫度降低多少 。解：rG(T)=610846-258.57 T 平衡時(shí)，rG(T)=rG(T) + 2.303RTlg=0lg=（）2lg（）=PMg=105Pa , T1= 2362 kPMg=10 Pa , T2= 1483 k開