冶金原理-活度教学探讨.pdf

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1、冶金原理课程“活度”教学探讨何生平王雨董凌燕（重庆大学，重庆400044）摘要：活度是热力学研究的核心内容，对钢铁冶金专业学生理解整个钢铁冶金过程有重要的作用，是冶金原理教学的重点和难点。针对教学过程中学生普遍反应的活度概念抽象、不易理解和记忆，对活度的计算和分析比较模糊的状况，从活度的概念→活度的计算和测定→活度在冶金中的应用三个方面进行了探讨。掌握活度的本质和定义以及基于案例讲解的活度典型应用有利于学生从整体上把握活度的相关知识。关键词：教学；冶金原理；活度；热力学活度是热力学研究中最重要的基础概念之一，在钢铁和有色金属冶金过程中具有广泛的应

2、用。活度的教学是冶金原理教学中的重点，对学生理解冶金过程特别是渣-金反应特性具有重要作用。众所周知，渣-金接触和反应贯穿冶金的整个过程。钢铁冶金过程始终是一个钢（铁）-渣作用的过程，即高炉（高炉渣）——铁水预处理（预处理渣）——炼钢（炼钢渣）——精炼（精炼渣）——连铸（中包渣和结晶器保护渣）。因此，有“炼钢即炼渣”的共识。然而，活度的教学始终是一个难点，学生普遍反应活度概念抽象、不易理解和记忆，对活度的计算和分析比较模糊。难点主要集中在活度的概念，三种标准态活度及其转换，钢渣反应中金属熔体和熔渣活度的考虑三个方面。本文从活度的概念→活度的计算和测定

3、→活度在冶金中的应用三个方面对教学过程中应当注意的问题进行探讨。[1,-3]一、活度的基本概念要理解活度的概念，最重要的是让学生弄清活度的本质。对理想溶液，由于同种分子或离子与异种分子或离子之间的作用力完全相同，则分子或离子所受“合力”为0，是“完全自由”的，符合拉乌尔定律，即溶液中的分子与纯组元蒸发趋势一样大；对非理想溶液，因同种分子或离子与异种分子或离子之间的作用力的差异，不是“完全自由”的。这种作用力可以是分子或离子之间的相互作用，也可以是相互结合生成化合物。对二元溶液体系，当异类分子之间的相互作用力小于同类分子间的作用力，则表明溶液中的分子

4、比纯组元蒸发趋势大，形成所谓正偏差，如Fe-Cu二元系。当异类分子之间的相互作用力大于同类分子间的作用力，则阻碍液体分子的蒸发，形成所谓负偏差，如Fe-Ni二元系。对熔渣体系如CaO和SiO2二元系，浓度（质量浓度或物质的量浓度）分别为x和y，但是由于CaO和SiO2可结合诸如成3CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·2SiO2或CaO·SiO2等化合物，使得自由的CaO或SiO2含量就减少了，这个自由的量就是活度。显然，活度与浓度之间存在差别。由此可以认为，活度即“自由度”。既然活度的本质是由于体系中分子之间相互作用力的差异所引起的，它

5、的测定和计算可以用理想状态参照。二、活度的计算和测定[1]（一）活度的三种标准态活度的计算中主要要求学生掌握三种标准态活度的计算和相互转换。由于标准态不一样，对浓度的修正方法也不一样，即修正系数或活度系数不一样，见表1。尽管标准态的选择可以不同，但对于一定温度和组成的溶液，某组分的实际蒸气压是一样的，则三种不同标准态的活度是有联系的，即它们之间可以相互换算。表1溶液内三种标准态的活度及活度系数标准态浓度单位活度活度系数纯物质,拉乌尔定律基准pB＝BpBpB(R)pB，aB(R)＝1，xBaB(R)paBB(R)x1BxB假想纯物质,亨利

6、定律基准pBf＝BKH(x)，aB(H)＝1，pBpB(H)xaB(H)BKxB1H(x)aB(H)xB质量1%溶液pBf＝BK，a＝1，pBpB(%)H(%)B(%)wB/%aB(%)KH(%)aB(5)w1BwB（1）纯物质标准态活度与假想纯物质标准态活度之间的转换：aKB(R)pB/pBH(x)00故a＝a(1)BB(R)BB(H)ap/KpB(H)BH(x)B（2）纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：aKKB(R)pB/pBH(%)MAH(x)MA0(2)Bap/Kp100Mp1

7、00MB(%)BH(%)BBBB（3）假想纯物质标准态活度与质量1%溶液标准态活度之间的转换：aB(H)pB/KH(x)KH(%)MA(3)ap/KK100MB[%]BH(%)H(x)B00可见，在一定温度下是常数，是稀溶液组分B以纯物质为标准态的活度系数(a＝x),可从实际溶液BBBB0的x图形外推到x0纵轴上的截距求得：lim，因为这时溶液已位于稀溶液的范围内。BBBBxB00是溶液的一个重要常数。B从上述分析可以看出，机械的去记忆这些活度的计算很难，而且容易混淆。理解记忆的关键在于掌握三种活度标准态的定义。溶液组分B

8、活度的定义式：aBpB/pB(标)，式中pB为实际溶液浓度为xB或wB组分B的蒸气压；pB(标)代表pB,KH(x)，