北京科技大学冶金物理化学第二章课后复习规范标准答案.doc

-` 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： 钢的比定压热容；炉渣和炉衬的比定压热容;矿石的固态平均比热容;矿石熔化潜热; 解： 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 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，所以需要增加石灰。 方案二：[Si]氧化成（SiO2）,增加的SiO2量为,根据碱度,要使碱度不变，CaO需要增加3倍的生成SiO2量。 则 氧化热、成渣热、石灰吸热欲保持恒温 为矿石的熔点。以Fe2O3为例，熔点=1838K=1465℃。设矿石融化后后，刚好保持体系温度不变。则：则 当mst=1000kg,需加入矿石9.539kg. 12 在298～923K(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 ; ; ; ; 解： ; 定积分法： 不定积分法： T=298K时，求出 将此结果代入（2）式，求出 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。 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。已知： 反应在1273K时的标准平衡常数=0.668； 解： （1） （2） （2）-（1）=（3）得 （3） 14 利用吉布斯自由能函数法计算下列反应在1000K时的 已知1000K时的下列数据 物质 Mg(l) -47.2 0 MgO(s) -48.1 -601.8 物质 O2(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 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。 P317 11 指出1000K时，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： = J/mol = J/mol = J/mol = J/mol 解： 比较氧化物生成的难易程度，由反应的决定。 在标准状态下，在1000K时，在相同的条件，比如1molO2,各组元的，所以各氧化物的反应吉布斯能 因为 所以MnO最易生成。 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与温度的关系为 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）≤0 解：（1）欲使反应进行，需 算得 （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 16 已知在460-1200K温度范围内，下列两反应的与T的关系式如下： 问：将铁放在含有CO220%、CO75%、其余为氮气的混合气体中，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： （1） （2） （1）-（2）=（3）得： （3） 故不能生成。 设总压为P，设T=900℃=1173K， 17 计算反应ZrO2(s)=Zr(s)+O2(g)在1727℃时的标准平衡常数及平衡氧分压。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) 解：T=1727℃=2000K ZrO2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 J/mol （1） J/mol （2） 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： (1) (2) (3) 2(1)+(2)=(4) (4) T=600℃=873K, (1)+(1/2)(3)=(5) (5) T=600℃=873K, ； ；； 最大压力P=210132.5=20265Pa. 解法二： 求与PCO2 平衡的PCO， (3)-(2)=(6) 得 (6) T=873K,