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1、 1 2 3 试卷参考答案 1 1 简答题简答题 解析： 此题考查化合物的标准生成和标准溶解吉布斯自由能的概念。Gf定义：恒温下，由标准大气压（p ）下的最稳定单质生成标准大气压（p ）1mol某物质时反应的自由能差；Gsol定义：恒温下，某一元素溶解在溶剂中，形成1%（质量）的溶液时的自由能变化。举例如下： )(2)(21gsCOOC TbaGf111-即在恒温下，由标准大气压下最稳定单质 C（石墨）与氧气反应生成标准大气压下 1molCO 反应的自由能差，即 1Gf值。 1Gf即为 CO 的标准生成吉布斯自由能值。 质量）1%(CC TbaGf222-即在恒温下，C 元素溶解在溶剂（如铁液
2、）中，形成 1%的溶液时自由能的变化，其值为 2Gf，则 2Gf即为 C 溶解吉布斯自由能值。 注意：要搞清楚混合偏摩尔自由能与标准溶解吉布斯自由能的区别,混合偏摩尔自由能和标准溶解自由能都是两种物质相互溶解后的自由能的变化值， 混合偏摩尔自由能中溶解前为纯物质，溶解后为非标准态，而标准溶解自由能是溶解前是纯物质,而溶解后是标准态。见书本 148 面混合自由能定义。 解析：三种活度已经三种活度系数之间的关系要求重点掌握，此题很简单。 参考答案： 4 *,%, *%,%,*%,iiHiHiiiiiiiiiR pkkkpkkpppaa 而ijrriHi AAkk100,%,，iiiH pk*,，从
3、而得到irriiRij AAaa100%,解析；此题属于强调多次的题目， 冶金生产中对钢铁性能有害的元素如硫、氮、氢、水汽等均能在熔渣中溶解，并保留其中。把熔渣具有容纳或溶解这些物质的能力称之为炉渣的容量性，由于这些气体是中性分子，而熔渣是离子态的熔体，因此这些气体要吸收电子，才能转化为阴离子，而熔渣中有2O参与反应，因此溶解反应式中是有2O参与的碱性渣中的离子反应式。关于硫容量有两种表达式， 由于硫在熔渣中的存在的形式， 与体系的氧分压有关， 氧分压小时， 硫呈-2S状态，氧分压较大时，呈现2 4SO状态。同样，磷也有类似现象，氧分压小时，呈现3P状，氧分压相对较大时呈现3 4PO状。见书本
4、 263 页。参考答案 硫容量表达式为： 解析：考查正规溶液，很简单，参考答案： 过剩摩尔混合吉布斯自由能为实际摩尔混合吉布斯能与理想摩尔混合自由能的差值， 5 解析：熔渣结构理论中的分子理论模型及活度计算是重点内容。参考答案： 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、结）
5、（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。 解析：有效边界层的定义已经多次强调，注意有效边界层概念实际上是将边界层中的湍流传质和分子扩散等效地处理为厚度为 c的边界层的分子扩散。 参考答案为： 6 解析：实质上是考查双模理论，双模理论为液液相传质理论模型，界面两侧各存在一个边界层， 过程的总阻力包括两个边界层的传质阻力和界面化学反应的化学阻力，相关机理也很简单，参考答案： （1）钢种Mn原子向钢渣界面迁移； （2）渣中4 4SiO离子向钢渣界面迁移 （3）钢渣界面发生化学反应 （4）生成的2Mn从界面向渣中迁移 7 （5）生成的Si原子从界面向钢液中迁移
6、。 解析： 多相反应特征： 在不同的界面上发生， 反应物要从相内部传输到反应界面， 在界面处发生化学反应，生成物要从界面处离开。因此多相反应得动力学问题 须考虑物质传输对反应速率的影响。此题也属于多次强调内容，参考答案： 其中dk为传质系数， 表示当sc和bc之差为单位浓度时在固体和流体之间被传输物质的物质流密度。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，参见书本 107-108 页。 解析：要在液相中形成气泡，就需要很高的过饱和度。因为，在液相中产生一个气泡核心需要克服表面
7、张力做功， 气泡越小， 表面张力所产生的附加压力就越大，形成气泡所需的过饱和度越大，在碳氧反应中 在钢液脱碳的过程中，钢液和CO气体间的表面张力约为mN /50. 1，在钢液形成一个-710m的气泡核心，表面张力所产生的附加压力为 30MPa.但钢液中碳氧反应产生的CO压力远小于此值。因此在单一的铁溶液相中的碳-氧反应很难形成8 CO气泡。 解析：主要考察吉布斯自由能和标准吉布斯自由能区别。参考答案： 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
8、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， 即便所得化学反应的Gr不同， 标准平衡常数K也不同，但rG值仍相同。 2 2 相图相图题题 9 解析：考察了简单三元系共晶体的相图，三元系相图是表示凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系的相图，它是在浓度三角形上竖立坐标轴构成的三棱柱体图，如下图示意： 纯组分的熔点分别为at、bt、ct，三棱柱的各个侧面分别具有共晶体点1e、2e、3e的二元系相图。当有第三组分加入到此二元系构成的熔体时，可使此二元系的液相线温度降低。这时，两相邻的
9、二元系相图的液相线，向三角形内扩展为液相面。这样，相图中就构成了由三个二元系的液相线连在一起的三个曲面，分别为A、B、C 三个组分从液相内析出的固相的初晶面。它是固、液两相平衡共存的液相面，自由度为 2。这三个液相面两两相交的交线，则是两组分同时从液相析出的液相线，称为二元共晶线。它是二元系共晶点因第三组分加入，其凝固点不断降低的结果。此曲线上是液相及两固相平衡共存(21SSL),自由度数为 1，它是随温度的降低而下降的。这三根二元共晶线最后相交于 E 点，是三组分同时从液相析出的三元共晶点，此点是四相共存（321SSSL，自由度为 0，10 称为无变量点。它是体系的最后凝固点。在将立体图中的
10、液相面、二元共晶线、三元共晶点等相图的结构单元垂直投影到浓度三角形，面上，即可得到下图 简单共晶体的相图是三组分中两两形成二元共晶体构成的三元共晶系相图， 是因为三组分在液相时完全互溶，而在固态时完全不互溶，形成了具有一定熔点及组成的三元共晶体。 现在考查 x 点的冷却过程 参考答案： 应注意此点是组分 A 所在的初晶区内的物系点，在温度下降到其所在的等温线所示的温度时，开始析出 A，然后沿着 Ax 连线的延长线移动，不断析出 A(背向规则） ， 温度降低到达此延长线与二元共晶3EE交点 m 时，开始析出二元共晶体 A-C。液相再沿着EE3线的 mE 线移动，不断析出此二元共晶体，液相达到 E
11、点时，析出三元共晶体 A-B-C。 2.32.3 热力学计算题热力学计算题 11 解析;此题难度不大，主要是搞清楚如果要反应朝着特定方向进行，有几个典型方法，考虑压强、考虑温度这两个方面即可。参考答案： 令0Gr,得到 T=2470K。 考虑到镁熔点 648.9，镁沸点 1090，在 1473K 时，镁呈现气态，因此可以创造真空条件，还可以加入添加剂CaO，借以降低2SiO的含量，进而促进反应的进行。综合考虑，采取创造真空条件来实现温度的降低。 （标准态压强记熟，为51001325. 1Pa) MgOSigMgrraappRTlGG22)( SiO)(a n2 以纯物质标准态为活度标准态，则有 1Sia，1MgOa,1 2SiOa代入上式，得到： ppTTGgMg r)(ln628.1671.211-523000当 T=1473K 时，令0 Gr，代入即为 0ln1473628.16147371.211-523000)(ppGgMg r解得PapgMg27.18)(，因此，愈使还原温度降低到 1473K，需要确保真空度小于 18.27Pa. 12 2.42.4 动力学计算题动力学计算题 解析：参考答案如下： 1）反应机理 2）外扩散控速速率推导公式： 13
