2022年北京科技大学冶金物理化学第二章作业答案 .pdf

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1、多练出技巧巧思出硕果P317 8 计算氧气转炉钢熔池( 受热炉衬为钢水量的10%)中， 每氧化 0.1%的Si使钢水升温的效果。若氧化后 SiO2与 CaO成渣生成2CaO ?SiO2（渣量为钢水量的15% ） ， 需要加入多少石灰 （石灰中有效灰占80% ） ，才能保持碱度不变（0.81kg ）, 即; 增加的石灰吸热多少 ?( 答案： 1092.2kJ) 欲保持炉温不变，还须加入矿石多少kg? 已知：2229822;97.07kJ/molrSiOCaOCaO SiOH钢的比定压热容p,0.84kJ/ (K kg)stC；炉渣和炉衬的比定压热容p,1.23kJ/(K kg)sl frC; 矿

2、石的固态平均比热容p,ore1.046kJ/ (K kg)C; 矿石熔化潜热fusore209.20/HkJ kg; 2rSi2O(SiO ) ; H-600kJ/mol221rSiO(SiO ) ; H = 28314kJ/kgSi , H792.792kJ/mol解：221SiO(SiO ) ; H = 28314kJ/kgSi 硅氧化所产生的化学热不仅使钢水升温，而且也使炉渣、 炉衬同时升温。 忽略其他的热损失。设有钢水质量mst, 根据p,p,p,()ststslslfrfrQcmcmcmt11p,p,p,p,p,p,11p,p,p,p,p,p,0.1%0.1%0.1%10%15%(1

3、0%15%)0.1% 28314 = 0.84 1.23 10%stststslslfrfrststslslfrfrststststslstfrstststslfrmHQtcmcmcmcmcmcmmHmHcmcmcmmccc-1.23 15% = 24.67 K-，升温硅的氧化反应是放热反应，所以钢水升温约24.67K。方案一：过剩碱度：氧化后SiO2与 CaO成渣生成2CaO ?SiO2, 即渣中的（ CaO ）减少，碱度减小，减少的量是与氧化后SiO2结合 CaO的量。所以需要增加石灰，使得碱度不变。工程碱度： 氧化后的SiO2使得 (SiO2)增多， （CaO ） 不变，碱度减小， 所以

4、需要增加石灰。2(CaO)3(SiO )wRw精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果(CaO)(CaO)2200(CaO)00(SiO )(SiO)3lim(CaO)0.1%230.1%0.1%5580%=22 565 104284=1000kg,5kgstCaOSiststeCaOstSistmwMwwMRwwmmwwMmMm如果则新增石灰为。方案二： Si 氧化成（ SiO2）, 增加的 SiO2量为22SiOSiO0.1%mstSimMM, 根据碱度, 要使碱度不变，CaO需要增加3 倍的生成

5、SiO2量。则223CaOSiOSiO0.1%m=3m80%380%8.036 10ststSimMmM2229822;97.07kJ/molrSiOCaOCaO SiOH氧化热、成渣热、石灰吸热2Si11(SiO )222p,p,p,=0.1%= 28.314/ kg0.1%0.1%n=97.07/3.4667/kg0.028/+28.314 3.4667=0.841.23 10%1.23stststststSiststslslfrfrQmHmHm kJmmQHHkJmolm kJMkgmolQQtcmcmcm氧化成渣成渣氧化-，放热（-） -，放热-lime,limlim3lime27.6

6、9615%0.90/ (K)0.005(T27.69298)7.185/,=1000kg,T=1873K=7185.peestststKKQcmtkJkgmKKm kJkgmQkJ-，升温吸热当时，欲保持恒温limeore,oreMfusp,stM+m(c(T298)Hc(T298)=0pQQQ氧化成渣MT为矿石的熔点。以Fe2O3为例，熔点MT=1838K=1465 。设矿石融化后后，刚好保持体系温度不变。则：则limeore,oreMfusp,oreM-3+mc(T298)Hc(TT )28.314 3.46677.185 =1.046 (1873 298)209.20 =9.539 10

7、pststQQQKmm氧化成渣当 mst=1000kg, 需加入矿石9.539kg. 2(CaO)3(SiO )wRw精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果12 在 298923K(Al 的熔点）温度范围内，计算Al2O3的标准生成吉布斯自由能与温度的关系。已知298( AlO )231673600 J/molH; 298( Al O )2328.33 J/ Kl()moS; 298(Al)28.33 J/l)o(K mS298(O)2205.13 J/l)o(K mS; 233,Al O (s)1

8、14.77 12.80 10J( /mo )KlpCT3,Al(s)20.67 12.39 10J/(K)olmpCT;解：22332+2AlOAl O; 232,Al O (s),Al(s),O3228.490.018272ppppCCCCTV定积分法：29829829829829829822228.490.01827167360028.490.01827313.3150.01827313.31528.49 lnln 298167360028.4929829821681278.79528.490.009135TTTpTTTSHCSdTHCpdTTTTdTdTTTTTTTVVVVVV0.182

9、7(298)470.1828.49ln0.01827TTT21681278.795 28.49 ln498.670.009135TTTGHT STTTTVVV不定积分法：298(AlO )2322T00298;28.49,0.01827ln221673 00=6/pTcabTabbbHHaTTGHaTTTITHHJmol; VVVVVVVVVVVT=298K时，求出01681278.795 /HJmolV将此结果代入（2）式，求出498.67I精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果202216812

10、78.79528.49In0.0091498.67TbGHaTInTTITTTTTVVVV注：定积分法和不定积分法，最好不要混用，调理要清晰，逻辑要顺畅。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果13 利用气相与凝聚相平衡法求1273K时 FeO的标准生成吉布斯自由能Fe OxfG。已知：反应(s)2(g)(s)2(g)FeOHFeH O在 1273K 时的标准平衡常数K=0.668 ；2H2(O)2()2()249580 51.111HOH O J/2molgggfGT解：(s)2(g)(s)12fF

11、eOFeOFeOG，（ 1）22(g)2(g)2(g)1,2fH OHOH OG（2）（2）- （1）=（3）得(s)2(g)(s)2(g)=,rFeOHFeH OG（3）222ln8.314 1273ln 0.6684270.18/127324958051.11 1273184516.97/184516.974270.18188787.15/fH OfFeOrfFeOfH OrrrH OrFeOGGGGGGGRTKJmolGKJmolGJmolVVVVVVV精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果1

12、4 利用吉布斯自由能函数法计算下列反应在1000K时的fG( )2()( )1MgOMgO2lgs已知 1000K时的下列数据物质-1298J mo/()l KTGHT8129/kJ molHMg(l) -47.2 0 MgO(s) -48.1 -601.8 物质-10/m()Jol KTGHT29801/ ?HHJ molO2(g) -212.12 8656.7 解：首先，将气态O2的 fef 值换算为参考温度为298K 时的 fef ，即222229802980() =()()8656.7212.12/ ()1000220.7767 /()TOOTOOGHfefTGHHHTTJmol KJ

13、mol K212148.147.2220.7767/ ()2109.48835/ ()iiMgOMgOifeffeffeffeffefJmol KJmol KV1000298601.8 1000 1000 109.48835 /492311.65 /fTrrGGHTfefJmolJmolVVVV注：需要把 O2在 0K 的焓函数fef 换算成参考温度为298K时的 fef是本题的关键。 另外，计算要准确，过程和结果数据要匹配。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果P317 11 指出 1000K时，

14、在标准状态下，下述几种氧化物哪一个最容易生成。已知各氧化物的标准生成吉布斯自由能如下：MnOfG= T36.76384930 J/mol 32OMnfG= T18.254969640 J/mol 2MnOfG= T67.20152300 J/mol 43OMnfG= T62.3501384900 J/mol 解：2f2G222GxyxyryxMOM OxMOM Oyy比较氧化物生成的难易程度，由反应的rG决定。2ririOGGRTInp在标准状态p下，在 1000K时，在相同的条件， 比如 1molO2, 各组元的20ORTInp，所以各氧化物的反应吉布斯能2xyririfM OGGGy212

15、23223223223443422,2()617140/22,0.67()476973/33,()149370/31,0.5()517140/22rfrfrfrfMnOMnOGG MnOJmolMnOMn OGG Mn OJmolMnOMnOGG MnOJmolMnOMn OGG Mn OJmolVVV因为1423rrrrGGGG所以 MnO 最易生成。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果15 用 Si 热法还原MgO,即 Si(s)+2MgO(s)=2Mg(s)+SiO2(s)的标准吉布斯自由能

16、与温度的关系为523000211.71 ,/rGT J mol试计算（ 1）在标准状态下还原温度；（2）若欲使还原温度降到1473K, 需创造什么条件？作业反馈及疑难问题分析：一半人能做对这题。（1）不知道1473K 时 Mg 已呈气态，因而对问题（2）无从下手解决是最常见的错误。（2）200lnPPRTrGrGMg0 解： （1）欲使反应进行，需523000211.710rTGT算得2470.36TK（2）镁的熔点为648 ，沸点 1107（ 1380K） ，故镁在1473K时，是气态。欲使还原温度降到1473K，需满足2ln()0MgrTrTPGGRTPVVg523000211.71 14

17、738.314 1473 2ln8.314 1473 2ln 1013250211151.1724493ln282308.99018.265MgMgMgPPPPa（ ）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果16 已知在 460-1200K 温度范围内，下列两反应的G与 T 的关系式如下：(s)(s)3(s)f(s)23FeCFe C2667024.33 ,/CCO2CO 162600 167.62 ,/rGT JmolGT Jmol问：将铁放在含有CO220% 、CO75% 、其余为氮气的混合气体中

18、，在总压为202.65KPa, 温度为 900的条件下，有无Fe3C生成？若要使Fe3C生成，总压需多少？解：33sssFeCFe C（1）22sggCCOCO（2）（1）- （2）=（3）得：32sgsg3Fe2COFe CCO（3）3(2667024.33 )(162600 167.62 )135930 143.29 ,/rGTTT JmolV20.2 202650405300.75 202650 151987.5 , 101325COCOPPaPaPPaPaPPa23322(/)ln(/)40530/101325(143.29 1173) 135930 8.314 1173ln15198

19、7.5/10132515304.76 /0COrrCOPPGGRTPPJmolVV故不能生成。设总压为 P，设 T=900=1173K，3220.2/143.29135930ln0.75/0.2/143.29 11731359308.314 1173ln0.75/32149.179752.322ln(0.355101325 /)0971919.53rPPGTRTPPPPPPPPPaV精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果17 计算反应 ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g)在 1727时的标准平衡常

20、数及平衡氧分压。指出1727时纯ZrO2坩埚在 1.3X10-3Pa 真空下能否分解，设真空体系中含有21% 的 O2。已知 ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g)1087600 18.12 lg247.36 ,/rGTTT J mol解： T=1727 =2000K 1087600 18.12 lg247.36lnrGTTTRTKV19108760018.122000lg 2000247.3620008.3142000ln42.85ln2.45710KKK22191431514/2.457101013252.4910(0.21 1.3 10/101325)/1.09 1012.4910/10

21、1325OOKPPPPaQK（）lnlnlnln/0rrGGRTQRTKRTQRTQ K VVZrO2不会分解。18 在 600下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。已知( )( )2()12ssgFeOFeO25960062.55rGT J/mol （1）( )2()2()sggCOCO3941000.84rGT J/mol （2）( )2()( )22sggCOCO223400 175.30rGT J/mol （3）作业反馈及疑难问题分析：一半同学做错了这道题，即认为单一气体的气压即是总压，计算出不同气体的分压取最大值为总压。实则总压为所有气相分压之和。解法一：212FeO

22、sFe sOg (1) 22C sOgCOg (2)222C sOgCO g (3) 2(1)+(2)=(4) 222FeO sC sFe sCOg (4)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页多练出技巧巧思出硕果4122225960062.553941000.84125100124.26 ,/rrrGGGTTT JmolVVVT=600=873K, 4125100 124.26 87316621 ,/rGJ molV24lnlnCOrPGRTKRTPV2228.314 873ln16621ln2.290.1COCO

23、COPPPPPP；2=10132.5 COPPa(1)+(1/2)(3)=(5) FeO sC sFe sCOg (5)5131147900 150.22rrrGGGTVVVT=600 =873K, 5147900 150.2 87316775.4 /rGJmolV4lnln8.314 873lnCOCOPPrGRTKRTPPV16775.4ln2.311COPP；0.099COPP；10132.5COPPa；最大压力 P=210132.5=20265Pa. 解法二：求与 PCO2平衡的 PCO，(3)-(2)=(6) 得22sggCCOCO (6) 532223400 175.3039410

24、00.84170700 176.14 ,/rrrGGGTTT Jmol（）（）VVVT=873K, 5170700 176.14 87316929.78, /rGJmolV22225(/)lnln()ln()(/)COrCOCOCOPPGRTRTPRTPPPPV25216929.78ln()ln()ln(10132.5 101325)8.314 873ln1026675562.52.3320.752.33=18.42rCOCOGPPPRTV2()99931949 9996.6 COCOPPPa29996.6 10132.520129maxCOCOPPPPa精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页