冶物化課后習(xí)題答案

P1881.試計(jì)算高爐中爐氣的CO為16%的區(qū)域內(nèi)?？倝簽?26656.25Pa時(shí)，石灰石2的分解溫度和沸騰溫度。CaO3=CaO+CO2 AG0n 8908rc1gP=- + 7.53CO2 T①開始分解P'CO=P總X16%=126656.2x0.16=20265Pa:.PCO2CO_:.PCO2CO_P20265101325=0.2P'-co=1.25P'-co=1.25P0②沸騰時(shí)：P=PPco2 總 co2T=1198.4K2.根據(jù)氧勢圖，求Fe2O3分解在大氣中分解的開始溫度和沸騰溫度，并與Fe2O3分解壓的熱力學(xué)計(jì)算值進(jìn)行比較。P'P=—=0.21P'=0.21x101325Pa02P0 O2連接“O”與P=10-0.687點(diǎn)，T=1380℃02沸騰P=1=100T=1460℃02計(jì)算：6FeO=4FeO+O AG0=58677-034T0.2023 34 2In 30645.5 rr1gP=- +17.7702T開始分解：T開=1338℃沸騰：t沸=1451℃3.把5x10-4kg的碳酸鈣放在體積為1.5x10-3m3真空容器內(nèi)，加熱到800℃,問有多少kg的碳酸鈣未能分解而殘留下來。CaO3=CaO+CO2 AG0=17057-714T4.19

一8908

T=800℃(1073K)lgP=---+7.53

co?TPO=0.169，P'一8908

T=800℃(1073K)lgP=---+7.53

co?TPO=0.169，P'=0.169X101.325Pa=17124Paco2按理想氣體處理，分解的CO2量PV17124X1.5X10-3PV=nRTnn= = =0.00288molRT8.314X1073則分解的CaO3摩爾數(shù)為n=0.00288molm=100g/molx0.00288mol=0.288gAm=0.5x10-3-0.288x10-3=0.212x10-3kg5. 用空氣/水汽=3(體以比)的混合氣體去燃燒固體碳。試計(jì)算總壓為1.01325x105Pa,溫度為1127℃時(shí)煤氣的組成。(提示：初始態(tài)中(nJnH)初=(1+2x0.21x3)/2)設(shè)碳過剩下，平衡氣相中氣體為CO+CO2+H2+H2O+N2獨(dú)立反應(yīng)：C+CO=2COK=2 1PCO2AG0=1690(-817T7.191CO+H=CO+HO(g) K=PCOPH2O2 2 2 2PH2PCO2927℃(1200K)：dK=-眄01 X1 380xAG0=3449-32T.832-^3= K1=43.41InK2-34493+29.83x12008.314X1200=0.13K2=1.14又空氣與水汽的體積比為3,勺=101.325Pa，T=927℃(nJnH)初=(1+2x0.21x3)/2=2.26/2①分壓總和方程：PCO+pO+p+pO+p=1P2②平衡常數(shù)方程：K=POnP=P2/K1P co2 co1CO2PP P2P1KPK=COH2OnP=-co HO 1——HO

③元素的原子摩爾量比恒定方程：n=n+2n=(p+2p*3)21初O初H2O初 O2 H2O初 ％初 p二n2二n2o平+2no2平+no平=(p2n+2p +p)義 1平co2 co平p2nTOC\o"1-5"\h\znH初二2nH2O初二2PH2O初 U2nn=2n+2n =(2p +2p)義 曄H平 H2O平 與平 H2O H2平p(n/n)=2.26=(n/n)=(2PC%+p/Pr2O)0H初 OH平 2PHJ2pH2 平又(n/n)=3x0.79/2=(p/2p)、=(p/2(p +p)、,(n/n))平Pn2=m/o+PjKy,令：p=xp=yp+p=-i FyCO H2O H2O H2 KXx+x2/k+3.37(K.y+y)=11 K2x(2x2/k+x+y)/(解得：x=0.3946y=0.0018所以：pco=所以：pco=0.3946Pho=0.00183=0.003pC02 H=0.1766Pn=0.4229(三)P3377將0.1molFe3O4和0.5mol的固體碳垃入體積為30x10-3m3的真空反應(yīng)器內(nèi)，抽去空氣后氣，加熱到700℃,進(jìn)行還原反應(yīng)：Fe3O4+4C=3Fe+4CO。試求1)反應(yīng)器內(nèi)的壓力；2)氣相組成：3)反應(yīng)器中未反應(yīng)殘留的碳量。Fe3O4+4C=3Fe+4CO V=30x10-3m3T=973KFeO+4CO=3Fe+4CO AG0=--412011T82K=0.40034 2 1 1CO+C=2CO AG0=1690(-817T2.1K=0.9352 2 2由AG由AG0=—RTInKnAG0=-4RTInp^-co2=-4RTInpCO%COp%COp總=-RTln(10°一％CO)4%CO②K1=0.400=(100一％②K1=0.400=(100一％CO)4

%CO...%CO=55.68%CO=

244.32...0.56=——nCOx28x28+nCOx440.4由此可推出:nCO=0.2mol所以￡n=0.3mol...p=!R=0.3x8.314x973/30x103=80895Pa=0.8atmV③n=n+n=0.3mol.AnC=n總-nC=0.5-0.3=0.2molm=0.x1=2 g.48.鋁真空下還原氧化鈣，其反應(yīng)為6CaO(s)+2Al(s)=3Ca(g)+3CaO-Al2O3(s)AG0=659984-288.75T(1)如使反應(yīng)能在1200℃進(jìn)行，需要多大的真空度？(2)如采用1.33Pa真空度，求CaO為Al還原的開始溫度，(3)如在同樣的真空度(1.33Pa)下，將CaO的用量減少一半，試估計(jì)復(fù)雜化合物的形成對還原的作用，此時(shí)的反應(yīng)為：3CaO+2Al(s)=3Ca(g)+3Al2O3(s)，AG0=703270-261.94T解：(1)AG=AG0+RTlnP3=659984-288.75T+3x8.314TlnPC又T=1473代入AG=0得：lnP=-6.387Cap=0.001atm= 17Pa.5Ca(2)AG=659984-288.75T+24.942Tln(1.33/101325)=659984-569.12T=0T開=1159.66K=886.5℃

(3)3CaO+2Al(s)=3Ca(g)+3AlO(s) AG0=70327026H.923AG=AG0+RTInP3=703270—261.94T+24.942Tln(1.33/101325)Ca=70327-054T2.馬17開=1296.69K=1023.5℃AT=1296.69-1159.66=137K(下降)10.向裝有FeO球團(tuán)的反應(yīng)管內(nèi)通入組成為52%H2，32%CO,8%H2O及8%CO2的還原氣體進(jìn)行還原，溫度為1105K，總壓為1.01325x105Pa，試求反應(yīng)管放出的氣體的成分。解：FeOFeO+H2=xFe+H2OAG0=1799-89T951FeO+CO=xFe+CO2AGFeO+CO=xFe+CO2AG0=-1788+32T.082AG0=-RTlnK1 1P

=-RTln-ho

PH2T=1105KPH,oPH2=0.467nPHO=0.467PH（1）P產(chǎn)COP產(chǎn)CO結(jié)合式（1）得PCO=0.257PCO=0.143AG0=-RTInK=-RTInP%=0.555nP=0.555P(2)TOC\o"1-5"\h\zP CO COCO，n,n+n、 32+8 1(f)=(—CO2——CO—)= =-n初 2n +2n 平2(52+8)3H H2O H2O 1"(iPC。)又P%o5sCO=1說2%)=1n/0.4又可得至UPHO+PH=0.6結(jié)合式（結(jié)合式（2）得PH=0.409PHO=0.191SR為碳還原,生成的硅溶解于金屬鐵液中,其濃度為20%,幾二0.333。試求沁開始還原的溫度。(SiO2)+2C=[Si]+2CO AGe=57951-33873.1選純SiO2為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，a$.選1%Si溶液為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)aS=fs[%Si]=0.333義20=6.66pco=pe,C選石墨為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)AG=AGe+RTInaSiPCo=AGe+RTIna=0a2a SiCSiO2579513-383.12T+8.314Tln6.66=0579513 _T=--—=1577.5K=1304.5℃367.36.在高爐內(nèi)冶煉釩鈦磁鐵礦石時(shí)，生鐵的成分為0.189%Ti,0.165%Si,0.4205%V,0.30%Mn,0.155%P,0.0569%S,4.24%C熔渣成分為25.53%TiO2,24.89SiO2,25.98%CaO,60%MgO,15.00%Al2O3,0.27%V2O5,試計(jì)算熔渣中TiO2為碳還原的開始溫度。y=0.6,爐缸壓力2.4x105。(TiO2)+2C=[Ti]+2CO AGe=68409-839方.5令aC=1pCO=2.37lgf=eTi[%Ti]+eSi[%Si]+eMn[%Mn]+ep[%P]+eS[%S]+ec[%C]TiTi Ti Ti Ti Ti Ti=0.013x0.189+0.05x0.165+0.004x0.3-0.064x0.155-0.11x0.059-0.165x4.24=-0.7038fi=0.198aT=f[%T]=0.1xfi=0.1982553 2489取100g渣：n=—=0.319n =―-==0.415TiO2 80 SiO2 6025.98 八”< 7.60八1八 15n= =0.464n= =0.19n= =0.147CaO56 MgO40 Al2O3102工n工n=1.53648% =0.2076TiO-aTO-aTO=tO2%tO2=0.6x0.2076=0.1246:.AG=684098-395.58T+8.314TIn ，x. =012x0.1246T=舒=1748.6K13.試求高爐內(nèi)1350℃時(shí)，與TiC(s)及碳平衡的鐵水中鈦的溶解度。已知：[Ti]+[c]=TiC(s)AG0=-153635+57.537。鐵水中的含碳量為4.3%,其余組分的濃度小于1%,可以不考慮他們對ej的影響。Ti[Ti]+[c]=TiC(s)AG0=-153635+57.53TLgf=[%C]ec=—0.165*4.3=-0.7095f=0.1952Ti在碳飽和的高爐鐵水中a=1,令aTC=1AG=AG0+RTIn 1 =AG0-RTIna[Ti]-RTIna[c]a[Ti]*a[c]=AG0-RTInf[%Ti],AG0=-602640=-153635+57.53*1623-8.314*1623*ln0.1952-8.314*1623*In[%Ti][%Ti]=0.059%-60264=8.314*1623*InaTiaT=0.015,[%Ti]=0.059%15.向溫度為1500℃,含碳量5.1%的鐵水中加入CaC2作爐外脫硫處理。試求脫硫后鐵水的最低含硫量，已知：CaC2+[S]=CaS(s)+2[C]AG0=-352794+106.7T[c]的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為石墨，[s]的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為1%溶液。CaC+[S]=CaS(s)+2[C]2AG0=-352794+106.7T選[c]的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為石墨,a=1,[s]的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為1%溶液,as=[%s]fsa2AG0=-8.314*1773*In-asa=0.000015lga=-4.824=Ig[%s]fs=Ig[%s]+1gfsslgfs=[%s]es+ec[%c]=0.028[%s]+0.112*5.1ss[%s]=4.03*10-6%第五章.P2352.在真空中向Cr18%,Ni9%的不銹鋼吹氧，使含碳量降低到0.02%,而鋼液的溫度不高于1630℃,問需用多大的真空度。解：4[c]+CrO=4co+3[Cr]AG0=934706—617.22T1gf=ecr[%Cr]+ecr[%Cr]+eN[%Ni]=-0.003*18+0.0002*9—0.12*0.02=—0.00602f=0.9C62,a=17.7516C3.在電1gf=ec[%C]+ecr[%Cr]+eNi[%Ni]=-0.2123.在電f=0.4733,a=0.00955=-8.314*1903In17.75764*Pco4=-8.314*1903In17.75764*Pco40.009554AG=AG0+RTInt a4Pco=0.04887P'co=0.04887*101325=4952Pa弧爐內(nèi)用不銹鋼返回料吹氧冶煉不銹鋼時(shí)，熔池含有9%Ni。如吹氧終點(diǎn)碳為0.03%,而銘保持在10%，問吹煉應(yīng)達(dá)到多高的溫度。解：(同題2)1gf=eCr[%Cr]+eCr[%Cr]+eNi[%Ni]=-0.003*10+0.0002*9-0.12*0.03=-0.0048f=0.98：a=9.81gf=ec[%C]+eCr[%Cr]+eNi[%Ni]=-0.1278cc C Cfc=0.7451,a「0.02235 4.試計(jì)算Pco=P9934706-617.22T=-8.314TIn(9.83)/(0.022354)T=2155K鋼液中C為0.2%，總壓為1.3x105Pa,溫度為1600℃時(shí)鋼液的平衡氧量。若與之平衡的溶渣含有FeO12%，y"f3,試求與熔渣平衡的鋼液層的氧量。[c]+[o]=COAG0=-22363-39.63TnK=494P總=1.3*105PaPco=P總/P。=1.283：：：[%c]=0.2<0.5,\T=1873K,m=0.0025[%o]=mPco/[%c]=0.016%5.將組成為4.0%C、0。4%V、0.25%Si、0.03%P、0.08%S的生鐵進(jìn)行氧化提釩處理。為使生鐵中釩大量氧化，而碳不大量氧化，以獲得含氧化釩高的釩渣和半鋼液。試求提釩的溫度條件。釩渣的成分為25%V2O5(20.60%V2O3),38%FeO,%16SiO2,14%TiO2,0.5%CaO,2 10.5%MgO,3%MnO,2.9%Al2O3,y=10-7。釩的氧化方程式： —[V]+co=-(VO)+[C]V2o3 3 323AG0=-218013+136.22T。

解:2[V]+co=1(VO)+[C]TOC\o"1-5"\h\z3 3 23，AG0=-218013+136.22TAG=AG0+RTInJa*a1/3 .一 .一 .一J=—c—v2o3,a=[%v]f,a =[%vo]f,a=[%c]f,Pco=1a2/3Pcov vv2o3 23v2o3c cv1gf=ec[%c]+ev[%v]+.[%Si]+ep[%p]+/[%s]=0：14*4-0.077*0.4+0.08*0.25+0.051*0.03+0.046*0.08=0.5544f=3.5843,a=14.33721gf=ec[%v]+ev[%v]+esi[%Si]+ep[%p]+es[%s]=0.v34*4+0.01540.4+0.04*0.25-0.041*0.03-0.028*0.08=-1.34697f=0.045,a=0.018以100g渣計(jì)算En=1.2541,XVO=0.1439/1.2541=0.1147???a=[%vo]f=1.147410-8v2o3 23v2o3J=(14.337140.0002255)/0.06868=0.47080=-218013+16.28T+8.314T(In0.4708)T=1678K.在1600℃用錳托氧，鋼液中Mn的平衡濃度為0.5%。試計(jì)算脫氧產(chǎn)物的組成。解:[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]T=1873KLgK=Lg(%LgK=Lg(%MnO)(%Mn)(%FeO)(%MnO)(%Mn)(%FeO(%MnO)(%Mn)(%FeO)=3.0785又因?yàn)?％MnO)+(%FeO)=100[%Mn]=0.5所以(％FeO)=39.4,(%MnO)=60.6(%MnO(%MnO)(%FeO)=1.54.為使溫度為1600℃、含碳為0.0625%的鋼液氧含量下降到痕跡量(0.0008%),需加入多少鋁？如改用真空脫氧，需用多大的真空度？解:①Al脫氧：2[AL]+3[O]=Al2O3(s)Lg[%Al]2[%O]3=-63^+20.58

與[%O]=0.0008平衡的[%Al]=,盧93,10-14=8.76x10-30.00083...m=8.76x10-2Kg/1又脫氧耗去的Al的量： [%C]=0.0625<0.5m=0.0025m*P _一.?.[%O]= =0.0025x1/0.0625=0.04初[%c]A[%O]=0.04-0.0008=0.039227x2設(shè)100g鋼液，消耗Al的量為m= x0.0392=0.0441g/100g=0.441g/1000g16x3,m'=0.441Kg/1鋼Al,m=0.529Kg/1鋼②用真空脫氧[C]+[O]=COK=494.1 T=1873K12A[%O]=0.0392,A[%CA[%O]=0.039216[%c],=0.0331又[%C][%O]=mPCO0.0331x0.00080.0331x0.00080.0025=0.0106COmCOmP'=0.0106x101325=1.074KPa若八1P二K-[%C]-[%O]-f?f=494.1x0.0331x0.0008=0.0131Pco=0.0131x101325=1.325KPa11.將含[C]0.15%及[O]0.016%的鋼液送入真空室進(jìn)行真空處理。真空度為1013.25Pa。溫度為1600℃。試問鋼液最終的碳和氧量是多少？解：[c]+[o]=coT=1873K,K0=494.1K0=-__Jco [%C].[%O].f.ff.f=1,p=1013.25/101325=0.01CO[%C]-[%O]=p/K0=0.01/494.1=2.024x10-5對[c]+[o]=co1216xyx=A[%C] y=A[%O]_16 4T3y=—x=—x或x=—y12 3 43(0.15--y)(0.016-y)=2.024x10-5y=0.015855二.[%O]=0.016-y=1.45x10-4[%c]終=0.15-0.75xy=0.13816.煉鋼渣和鋼液間硫的分配比用以下經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算Ls=")=[0.5+2.25(n +2n )]?["o+25nMno+1]。式中符號意義見第六節(jié)。試用之計(jì)[%S] FeO FeQ, n +2nFeO Fe2O3算1600℃與下列組成的熔渣平衡的鋼液的硫量。熔渣成分：19.7%SiO2，43.0%CaO,4.3%Fe2O3,10.3%FeO,12.6%MnO,2.6%P2O5，5.4%MgO,0.10%S.nSO2=20.1/60=0335%=43.88/56=0.782O3=43/180=0.0274n =0.146n=0.181