北京科技大学 冶金物理化学 第二章 作业答案

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1、第一章作业总结P3178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

2、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。11第一章作业总结方案二：[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℃。

3、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.11第一章作业总结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11第一章作业总结注：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。11第一章作业总结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）=

4、（3）得（3）11第一章作业总结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)-47.20MgO(s)-48.1-601.8物质O2(g)-212.128656.7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。11第一章作业总结P31711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=

5、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。11第一章作业总结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）

6、≤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11第一章作业总结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，11第一章作业总结17计算反应ZrO2(s

7、)=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℃=2000KZrO2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)+

8、(2)=(4)(4)11第一章作业总结T=600℃=873K,(1)+(1/2)(3)=(5)(5)T=600℃=873K,；；；最大压力P=2×10