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1、第一篇冶金熔體 第一章冶金熔體概述 1. 什么是冶金熔體它分為幾種類型 在火法冶金過程中處于熔融狀態(tài)的反應(yīng)介質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)物（或中間產(chǎn)品）稱為冶金 熔體。它分為：金屬熔體、熔渣、熔鹽、熔銃。 2. 何為熔渣簡述冶煉渣和精煉渣的主要作用。 熔渣是指主要由各種氧化物熔合而成的熔體。 冶煉渣主要作用在于匯集爐料中的全部脈石成分，灰分以及大部分雜質(zhì)，從而使 其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物分離。 精煉渣主要作用是捕集粗金屬中雜質(zhì)元素的氧化物，使之與主金屬分離。 3. 什么是富集渣它與冶煉渣的根本區(qū)別在哪里 富集渣：使原料中的某些有用成分富集與爐渣中，以便在后續(xù)工序中將它們回收 利用。 冶煉渣：

2、匯集大部分雜質(zhì)使其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物分離。 4. 試說明熔鹽在冶金中的主要應(yīng)用。 在冶金領(lǐng)域，熔鹽主要用于金屬及其合金的電解生產(chǎn)與精煉。熔鹽還在一些氧化 物料的熔鹽氯化工藝以及某些金屬的熔劑精煉法提純過程中廣泛應(yīng)用。 第二章冶金熔體的相平衡圖 1. 在三元系的濃度三角形中畫出下列熔體的組成點，并說明其變化規(guī)律。 X : A 10% ， B 70% ， C 20% ； Y : A 10% ， B 20% ， C 70% ； Z : A 70% ， B 20% ， C 10% ； 若將3kg X熔體與2kg Y熔體和5kg Z熔體混合，試求出混合后熔體的組成 點。 2. 下圖是生

3、成了一個二元不一致熔融化合物的三元系相圖 (1) 寫出各界限上的平衡反應(yīng) (2) 寫出P、E兩個無變點的平衡反應(yīng) (3) 分析下圖中熔體1、2、3、4、5、6的冷卻結(jié)晶路線。 3. 在進(jìn)行三元系中某一熔體的冷卻過程分析時，有哪些基本規(guī)律 答：1背向規(guī)則 2杠桿規(guī)則3直線規(guī)則4連線規(guī)則 5三角形規(guī)則 6重心規(guī)則7切線規(guī)則8共軛規(guī)則等 第三章冶金熔體的結(jié)構(gòu) 1. 熔體遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)無序的實質(zhì)是什么 2. 試比較液態(tài)金屬與固態(tài)金屬以及液態(tài)金屬與熔鹽結(jié)構(gòu)的異同點。 3. 簡述熔渣結(jié)構(gòu)的聚合物理論。其核心內(nèi)容是什么 第四章 冶金熔體的物理性質(zhì) 1. 什么是熔化溫度什么是熔

4、渣的熔化性溫度 解：熔化溫度是指由其固態(tài)物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變成均勻的液態(tài)時的溫度。熔渣的熔化性 溫度是指黏度由平緩增大到急劇增大的轉(zhuǎn)變溫度。 2. 實驗發(fā)現(xiàn)，某煉鉛廠的鼓風(fēng)爐爐渣中存在大量細(xì)顆粒鉛珠，造成鉛的損失。 你認(rèn)為這是什么原因引起的應(yīng)采取何種措施降低鉛的損失 解;當(dāng)金屬熔體與熔渣接觸時，若兩者的界面張力太小，則金屬易分散于熔渣中， 造成有價金屬的損失，只有當(dāng)兩者的界面張力足夠大時，分散在熔渣中的金屬微 滴才會聚集長大，并沉降下來，從而與熔渣分離。 造成該廠鉛損失的原因是因為鼓風(fēng)爐爐渣與鉛熔體兩者界面張力太小，采取的措 施為調(diào)整爐渣的組成。 第五章 冶金熔體的化學(xué)性質(zhì)與熱力學(xué)性質(zhì) 1

5、. 某工廠爐渣的組成為：% SiO 2 ， %CaO， %FeO， %MgO。試計算該爐 渣的堿度和酸度。 原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 解：R= (W +Wm ) /Wsio2=+/= r=EWo(酸性氧化物)/EWo (堿性氧化物) =Wo(sio)/[Wo(CaO)+Wo (MgO) +Wo(FeO)] 2 =*32/60)/*16/56+*16/+*16/40) 2. 什么是熔渣的堿度和酸度 堿度一一熔渣中主要堿性氧化物含量與主要酸性氧化物含量（質(zhì)量）之比，用R （B、V）表示。當(dāng)R>1，呈堿性。R<1，呈酸性

6、 酸度一一熔渣中結(jié)合成酸性氧化物的氧的質(zhì)量與結(jié)合成堿性氧化物的氧的質(zhì) 量之比，一般用r表示。一般說來，酸度小于或等于1的渣屬于堿性渣。 3. 已知某爐渣的組成為(WB/%)：CaO 、SiO2 、FeO ‘FeQ 、、MnO 、 p2O5，試用四種不同的堿度表達(dá)式計算該爐渣的堿度。 原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65 1) R=W / Wsio2== 2) 對于Al2O3或MgO含量較高的渣 R= W /(W +W ) R=( W +W )/( W +W ) cao SIO2 AL2O3 cao MgO SIO2 AL2O3

7、 此題中無A12O3僅MgO含量較高， 故 R=( W +WQ/ Wsio2 = ( + ) /= 3) 對于含P2O5較高的渣 R=Wcao/ (WSIO2+WP2O3) 4） 一般爐渣，既要考慮CaO和sio2對堿度的影響，也要考慮其他主要氧化物如 MgO、MnO、P O、Al O等對堿度的影響 2 5 2 3 R=（W +W +W ）/（ W + W + W ） cao Mgo MNO SIO2 AL2O3 P2O3 =++/+0+= 利用CaO-Al O-SiO系等溶度曲線圖求1600°C時組成為（W%）CaO26、sio 43、 2 3 2 B 2 MgO4、

8、Al O 20、PO7的熔渣中SiO和Al O的活度 23 25 2 23 解：設(shè)熔渣為100g，則有 CaO SiO2 MgO Al2O3 PO 2 5 WB (g) 26 43 4 20 7 MB 56 60 40 102 142 %(mol) Xb 由表中數(shù)據(jù)可得 ExCaO=x(CaO+MgO)= ExSiO2 =x(SiO2+ P2O5) = x Al2O3= 由CaO-Al2O3-SiO2等活度曲線圖查得: a SiO =+5= 2 a Al2O3=+3= 第二篇冶金過程的

9、熱力學(xué)基礎(chǔ) 第六章概述 1. 已知反應(yīng) Ni(CO)4 (g) = Ni (s) + 4 CO (g)的 A GQ = J - mol -1 試求: (1) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，分別在300 K和400 K時能否利用上述反應(yīng)制取金屬鎳； (2) 在400 K時反應(yīng)進(jìn)行的限度及當(dāng)開始時Ni(CO)4 (g)的分壓為P。，并設(shè)分 解反應(yīng)過程中總體積不變，求Ni(CO)4 (g)的分解率； (3) 分析進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化率的途徑。 第七章 化合物生成一分解反應(yīng) 1 .已知反應(yīng) Li2CO3(l) =Li 2O (s) +CO2 的 A G0 = T J - mol -i (1000~11

10、25K) r m 試求：(a )其分解壓與溫度的關(guān)系； 和總壓分別為 (b)當(dāng)氣相 時，計算其開始分解溫度和化學(xué)沸騰溫 度。 (c )將1mol Li 2CO3置于容積為L的密閉容器中控制溫度為700 °C求Li 2CO3的分解率。 2 .已知反應(yīng) LaN (s) =La (s) + A G0 = T KJ - mol ( 298~1000K ) r m 試求 1000K時LaN的分解壓。 3 .試根據(jù)式△ f G * (MeO) = RT ln P "MeO) — RT ln P。說明氧化物的氧 勢 中 項的物理意義。 試解釋氧勢圖上Na2O、MgO的△/G；

11、-T線上各轉(zhuǎn)折點的原因。 5. 試計算碳酸鎂在空氣中的開始離解溫度和化學(xué)沸騰溫度。 已知：MgO+CO2=MgCO3 A Ge (T)=+ , J 6. 已知反應(yīng) 2 Al (l) + 3O = Al O (s)的A Ge為 2 .說明電勢-pH圖中a線和b線的意義，為什么在Au-HO中(沒有配合物 2 CN -存在)不能控制電勢在Au 3+的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，從而使Au浸出進(jìn)入溶液。 r m A Ge = -1680685 + J - mol -1 (923-1973K) rm 求1900 K時Al2O3的分解壓。 第八章熱力學(xué)平衡圖在冶金中的應(yīng)用 2 .某物料的主要

12、組分為CuO和FeO在浸出過程中采取什么措施可使兩者分 離。 第九章 還原過程 1 .求碳?xì)饣磻?yīng)在1273K，總壓為2 X 10 5 Pa時氣相CO的平衡濃度。 解：C()+CO()=2CO() A rG o= J/mol 根據(jù)上式得，1273K時 LgK 0=(-170707+/ P 二(-170707+*1273)/*1273二 Ko= P 代入下式 P /P0== V [(Kp02/4)+ Kp0*P/P0]- Kp0/2 = V[4)+*2*105/10 1 3 25] = 6 =[-K 0/2+ V [(K 02/4)+ K 0*P /P 0]* P0*1

13、00% CO P P P C O = (197**105*100%)/(2*105)=% 2.用硅熱還原法按下反應(yīng)制取金屬鎂 2 MgO (s) + Si (s) =2 Mg (g) + SiO2(s) 已知上反應(yīng)A G0 = J ? mol -1 r m 要求還原溫度為1300°C，求應(yīng)保持的真空度。 解：反應(yīng) A rG = ArG 0+2RTLn(P/P。) =+ TLg(P/P0) 當(dāng) t=1300°C,^rG=0 時 Lg(P/Po)= (-610846+*1573) / (1573*)= (P/P0)=*10-4 P= Pa 3. 根據(jù)氧勢圖估算Cu2O、NiO

14、、Fe2O3(還原成Fe3O4)在1273K時用CO+CO2混合 氣體還原時，氣相平衡 ①CO/①CO2的比值。 4. 利用鋁在真空下還原氧化鈣，其反應(yīng)為： 6CaO (s) +2Al (l) =3Ca (g) +3CaO?Al 2O3 (s) A Ge = J ? mol -1 求：(a )如使反應(yīng)能在1200 C進(jìn)行，需要多大的真空度 (b )如采用 的真空度，求CaO被Al還原的開始溫度； (c )在同樣的真空度()下，按下反應(yīng)進(jìn)行還原： 3CaO (s) +2Al (l) =3Ca (g) + Al.O3 (s) A Ge = 703207- 261. 94 T 試估計復(fù)

15、雜化合物的形成對還原的作用。 解：①根據(jù)等溫方程，有△ rG 0=-RTln (Pca/P。)3=-3 RTln (Pca/P。) m ln (Pca/P0)=/3* 當(dāng) T=1200+273=1473K 時 ln (Pca/Po)=fPca/P。二 Pca(g)=*101325二 故真空度為172Pa ② Pca(g)=10Pa Ln(10/101325) =當(dāng)真空度為10Pa時，CaO被鋁還原的開始溫度為1272K (999°C) ③ 根據(jù)等溫方程 有^ rG 0=-RTln (Pca/P。)3=-3 RTln (Pca/P。) m =-3* In (Pca/P0)

16、 T= 從上可得知 1：對產(chǎn)生氣體產(chǎn)物的熱還原過程而言，降低系統(tǒng)壓強相應(yīng)地降低生成物的 氣態(tài)產(chǎn)品的蒸汽壓，將有利于還原反應(yīng)，即降低了還原反應(yīng)的開始溫度 2：生成復(fù)雜化合物，降低了還原產(chǎn)物的活度，有利于提高還原效果，即在 相同的還原效果下，降低了還原反應(yīng)的開始溫度，在此題中生成復(fù)雜化合物與未 生成復(fù)雜化合物相比，溫度下降7C 第十章高溫分離提純過程 1 .已知Sn-Cd合金含Cd 1% (質(zhì)量)，在955K時Cd在Sn中的活度系 數(shù)為(純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài))，Cd的飽和蒸氣壓kPa，Sn的飽和蒸氣壓為X10-6 Pa。 求：（a ） 955K時上述合金中Cd的蒸氣壓; （b ）氣相中鎘與錫的摩爾比；B cd/sn 解：sn-cd合金中各物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)（以100g即） Xs=（99什么是速度限制步驟 溶液的熱力學(xué)性質(zhì) 1 .試述以1%溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時，當(dāng)實際溶液濃度為1%，在什么條件下，其活度才為1