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1、考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 1 - 版权所有，翻印必究 北 京 科 技 大 学 2011 年硕士学位研究生入学考试试题 北 京 科 技 大 学 2011 年硕士学位研究生入学考试试题 = = 试题编号： 809 试题编号： 809 试题名称： 冶金物理化学 试题名称： 冶金物理化学 （共 2 页） 适用专业： 冶金工程 （共 2 页） 适用专业： 冶金工程 说明： 所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。说明： 所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。 = = 一、简答题（每小题7分，共70分） 1）试用热力学原理简述氧势图中
2、各直线位置的意义。 2）简述熔渣分子结构理论的假设条件。 3）某溶液中组元B的标准态改变时（其它条件不变），下列热力学参数哪些会随之改变，哪些不变？ (a) 组元B的活度aB；(b) 组元B的化学势B； (c)有组元B参与的化学反应的平衡常数K；(d) 有组元B参与的化学反应的标准吉布斯自由能变化rG； (e) 有组元B参与的化学反应的吉布斯自由能变化rG。 4）试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。 5）试写出多元系铁溶液中组元i的相互作用系数的表达式。 6）简述正规溶液的定义？ 7) 试讨论如何由有效边界层得到多相反应动力学基本方程？ 8）简述表面更新理论如何在溶质
3、渗透理论的基础上建立起来的？ 9）试描述多相反应动力学基本方程中的传质系数 Kd的可能的形式？ 10）推导在铁液深度为 H 的耐火材料的器壁上活性气隙的最大半径的表达式？ 二、 （25 分） 若铁钒溶液与固态 VO 平衡，其平衡氧分压为 6.710-6Pa，在 1873K 下，试分别以纯固态钒和钒在铁液中为 1%的浓度（质量）为标准态计算铁液中钒的活度。 已知 V(s)=V solGv(s)=（1548045.6 T）Jmol-1 2 V(s)+O2(g)=2 VO(s) rG =（861490+150.2 T）J 考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 2
4、 - 版权所有，翻印必究 三、 （25 分） 对于如下三元系相图， 成分为 M1点的液相， 用相图的相关原理分析其冷却过程，并划出冷却曲线。 四、（30分）直径为1.2cm的FeO球团，在800、0.1MPa的CO气流内进行还原，还原产物是多孔结构铁。已知还原反应属于CO气体在产物层内扩散控速，球团密度4.8103 kg/m3，M FeO=7210-3kg/mol，产物层内CO有效扩散系数210-4m2/s，还原反应： 假设还原前后球团直径不变，试推导并计算完全还原所需要的时间。 2013 年考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 3 - 版权所有，翻印必究
5、 2013年考研专业课真题评讲系列 北京科技大学专业课冶金物理化学真题评述 2011 年试卷分析 点评人：谷宗喜 点评人：谷宗喜 1 试卷呈现的特点 本套试卷是北京科技大学 2011 年冶金工程专业冶金物理化学研究生入学考试真题，本套试卷呈现的特点是考点基础，主要从重点知识来进行考察。所有考点均在大纲要求范围内，只要细致备考，可以取得高分。 本套试题所涉及的许多知识点以前都有所涉及，另外，提醒我们要注意一些细微的知识点，例如叙述表面更新理论如何在溶质渗透理论的基础上建立起来，这就是要求我们不仅对这两种理论的基本假设了然与胸， 还有进一步分析两者的区别。热力学大题考查不同活度标准态下吉布斯自由能
6、的计算，属于传统题型；相图部分考查具有一个不稳定化合物的三元系相图 M1的冷却过程，属于意料之中；动力学大题延续着继续考察气固反应动力学（未反应核膜型） ，但是是以计算题的形式，在外扩散控速和内扩散控速考察之后，以计算题的形式来考查显得角度新颖。 总体来看，本套试题强调基础知识的掌握，对考点把握很准确，可以给考生备考复习起到很好的指引作用。这套试题告诉我们，应该更加重视对基本概念的理解，应该更加注意书本中的细微知识点，复习要做到全而细。 2 试题逐题分析 2.1 简答题方面，试题强调对细微知识点的考查 2.1 简答题方面，试题强调对细微知识点的考查 1）试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意
7、义。 解析：氧势图是需要重点掌握的知识点，还需要掌握氧势图的应用，主要有以下几点：1）判断氧化物的稳定性 2）求得氧化物的分解压 3）判断氧化物的相对稳定性和氧化-还原反应的平衡温度 4）求CO及H2还原氧化物的平衡常数及还原2013 年考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 4 - 版权所有，翻印必究 开始温度 应注意氧势图是在标准态下做出的，参加反应的凝聚物都是标准态，所以仅仅适用于标准态下的气固反应。具体答案如下：氧势图中不同元素的氧化物 与温度的关系构成斜率不同、位置高低不同的直线。且 直线位置越低，则氧化物越稳定，越难被还原； 同一温度下，几种元素
8、同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化； 位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。 2）简述熔渣分子结构理论的假设条件。 解析：熔渣结构理论中的分子理论和离子理论的假设条件及活度计算是重点内容。分子理论的缺点应该也需要搞明白。分子结构理论假设： 炉渣是由简单氧化物分子及其相互作用形成的复杂氧化物分子所组成； 炉渣中只有简单氧化物才能参与金属液间的反应； 由酸性氧化物及碱性氧化物复合成复杂氧化物的过程存在着动态平衡。 自由氧化物的浓度（活度）等于由化学分析所测定的氧化物的总浓度与该氧化物的结合浓度之差，即结）（总）自）(-BBBnnn，组分B的活度为nnaBB/（自），其中，nnnBB、
9、结）（自）分别指组分B的自由氧化物、复合氧化物、自由氧化物及复合氧化物的物质量的总和。需要指出的是，由于结）Bn取决于复合化合物分子式的选定，因为这种分子式不能确定，常是根据经验确定的，但所选定的化合物实际上是不能证明其存在的，另一方面，熔渣的复合化合物种类众多，数量大，因此分子理论假设计算组分活度的方法是复杂而且是不可取的。 3）某溶液中组元B的标准态改变时（其它条件不变），下列热力学参数哪些会随之改变，哪些不变？ (a) 组元B的活度aB；(b) 组元B的化学势B； (c)有组元B参与的化学反应的平衡常数K；(d) 有组元B参与的化学反应的标准吉布斯自由能变化rG； (e) 有组元B参与的
10、化学反应的吉2013 年考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 5 - 版权所有，翻印必究 布斯自由能变化rG。 解析：考查采取不同活度的标准态时，组分的标准吉布斯自由能与吉布斯自由能的区别。 活度的热力学表达式为：iaRT lnii， 由于组元i的拉乌尔活度iRa,及亨利活度iiHaa%,及在数值上各不相等，因此对于不同活度的标准态所得的标准化学势i也各不相同。且活度采用不同标准态计算时，rG值是不同的，由等温方程式KRTGrln-可知，标准平衡常数K也不同，但活度的标准态不同时，只要保证在同一组元在平衡态和指定态的活度计算采取的标准态一致时， 即便所得化
11、学反应的Gr不同， 标准平衡常数K也不同， 但rG值仍相同。因此答案为（a);不同(b);不同(c)不同;(d)不同;(e)相同。 4）试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。 解析：硫容量为反复强调的重点知识点，推导如下： 2013 年考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 6 - 版权所有，翻印必究 相关的磷容量、氮容量参见书262-264页。 5）试写出多元系铁溶液中组元i的相互作用系数的表达式。 解析：实质是考查浓度以质量分数表达的瓦格纳一次作用参数，参考答案： j ie称为定浓度活度相互作用系数，其物理意义为，当铁液中i的组元
12、保持不变时，j组元的质量分数每增加1%时，所引起的i组元活度系数对数值的改变。定义规定0%j，因为只有0%j时，j iflg与%j才呈线性关系。 6）简述正规溶液的定义？ 解析：正规溶液的性质无需赘言，已经强调很多遍，其混合自由能、混合熵、混合晗、过剩偏摩尔混合自由能、过剩混合自由能全部要求会推导，另外，正规溶液可能会涉及大题，见书本43-45页，例题1-3-4也要求熟练掌握。参考答案： 7) 试讨论如何由有效边界层得到多相反应动力学基本方程？ 解析：实际上是考查边界层理论，这也是重点强调的内容，参考答案：由有效边界层理论得到的有效边界层厚度 C值如下：2013 年考研专业课真题解析系列 北京
13、科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 7 - 版权所有，翻印必究 边界层理论模型为：其中dk为传质系数，sc为由固体表面向流体内传输的物质在固体和流体界面的浓度，bc为该物质在浓度边界层外流体内部浓度，J为该物质在界面处的扩散流密度。此题实质上要求推导边界层理论，书本107页叙述的很清楚，这部分还要求掌握有效边界层、浓度边界层、速度边界层定义。 8）简述表面更新理论如何在溶质渗透理论的基础上建立起来的？ 解析：表面更新理论和溶质渗透理论都是气液相传质理论模型，其基本假设和传质系数表达要求牢记，参考答案为：溶质渗透理论认为流体2中的各微元和流体1的接触时间即寿命et 是一定的，et 代表平均寿命；且传质为非稳态，即在强烈流动的流体中，任何流体微团在界面的停留时间很短，且停留时间固定，得到的传质系数edtDk2； 而丹克沃茨的表面更新理论认为流体2的各微元和流体1的接触时间即寿命各不相同，而是按照0分布，符合统计分布规律，即流体微团2013 年考研专业课真题解析系列 北京科技大学冶金物理化学真题解析-2011 年 - 8 - 版权所有，翻印必究 在表面上的更新不同时进行，按照统计学分布规律取S，得到的传质系数为
