第一章

1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。

2 金属熔体指________、________。液态的金属、合金。

1、 冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶

金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。物理化学、技术、新

2、 根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、

_______四种类型。金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。

3、 冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。钢铁、有色金属。 4、 根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、

__________四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。熔渣。 5、 熔渣是_______和_______的重要产物之一。金属提炼、精炼过程。 6、 熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。氧化物。

7、 ________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们

回收利用。富集渣、

8、 _______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。精炼渣。 9、 在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，

要求熔渣具有较低的______、______和_______。粘度、密度、渣-锍界面张力。 10、 为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.

物理化学性质。 11、 在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符

合冶炼要求的物理化学性质。熔渣成分 12、 冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条

件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向；限度；转化率。

13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：________、________、________FeO、CaO、SiO2

14 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：________、________、________CaO、Al2O3、

SiO2

15 熔盐——盐的熔融态液体，通常指________ 无机盐的熔融体

16 在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体 17

1、 应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的

或占主导地位的生产方法。错

2、 对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉

子的最高温度。错

3、 熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、 冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。 对

5、 金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加

者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。 对

1

6、 常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。对 7、 非金属熔体包括：熔渣、熔盐、熔硫 对

1、 什么事冶金熔体？它分为几种类型？

2、 什么事富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？

3、 为什么熔盐电解是驴、镁、钠、锂等金属的唯一的或占主导地位的生产方法？ 4、 熔渣的副作用？ 5、 熔盐的冶金应用？ 6、 熔剂在精炼中的作用？

1、 我们把在火法冶金过程中处于熔融状态的反应介质和反应产物（或中间产品）称为冶金

熔体。它分为①金属熔体 ②熔渣 ③熔盐 ④熔锍四种类型。

2、 富集渣是冶炼过程中把品味低的矿通过物理化学的方法调高品味的方法，它是熔炼过程

的产物，它是颜料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工作将它们回收利用，而冶炼渣是以矿石或精矿为原料，以粗金属或熔锍为冶炼产物的冶炼过程中生成的，其主要作用在于汇集炉料中的全部脉石、灰分及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物分离。

3、 铝、衲、镁、锂等金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解往

往成为唯一的方法。

4、 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷? 大大缩短了炉子的使用寿命、炉渣带走了大量

热量? 大大地增加了燃料消耗、渣中含有各种有价金属? 降低了金属的直收率 5、 ①在冶金领域，熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与精炼②熔盐电解法广泛应用于

铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼③其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属④利用熔盐电解法制取合金或化合物 如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等⑤某些氧化物料（如TiO2、MgO）的熔盐氯化，适合处理CaO、MgO含量高的高钛渣或金红石⑥用作某些金属的熔剂精炼法提纯过程中的熔剂，例如，为了降低粗镁中的非金属杂质和某些金属杂质，采用由碱金属和碱土金属的氯化物、氟化物的混合熔剂进行精炼。

6、 ①除去镁中的某些杂质②在熔融的镁表面形成一层保护膜，将镁与空气隔绝防止其燃

烧。 第二章

1、三院系中的界线有低共熔线和转熔线两种。为了区分这两种性质的界线，在三元系相图中规定了用___箭头表示低共熔线下降的方向，用___箭头表示转熔线的温度下降方向。单、双。

2、渣型的选择通常取决于熔炼时冶金炉内要求达到的温度。如果熔炼的温度较高，渣型的选择便___一些，反之渣型的选择范围要____一些。宽；窄。

3、________三元系是十分重要的冶金炉渣体系，该三元系相图是研究大多数有色冶金炉渣和碱性炼钢炉渣性的基本相图。Cao-feo-sio2。

4、三元凝聚体系中可能存在的平衡共存的相属最大为___，最大自由度数为___。4，3 5、在实际应用中，一般才用____________和__________来描述三元系的相平衡。平面投影图，等温截面图。 6、_________反映了体系在指定温度下所处的相图以及体系相态随组成的变化。等温截面图 7、一般来说，在三元相图中，对应于每一个______都有一个子三角形。无变点

8、工业铝电解质主要含有_______、________和________，其中_______和_______是熔剂，

2

________是炼铝原料。冰晶石、氟化铝、氧化铝，冰晶石、氟化铝，氧化铝 9、______是硫化铜矿造锍熔炼的产物，主要组成为CU2S和FeS。铜锍

10、三元凝聚体系的自由度数最多为______，即体系的平衡状态决定于温度和两个组元的浓度。 3

11、要完整地表示三元系的状态，必须采用______ 三维空间图形

12、由浓度三角形中任一顶点向对边引一射线，则射线上所有各点含三角形其余二顶点所表示的组元的数量比例______ 均相等

13、用三方棱柱体表示—— 以浓度三角形为底面，以垂直于浓度三角形平面的纵坐标表示______温度。

14、在简单三元低共熔体系内，液相面和固相面之间所围的空间是由六个不同的______所构成，而不是一个整体。 结晶空间

15、在冷却析晶过程中，不断发生液、固相之间的相变化，液相组成和固相组成也不断改变，但体系的______是不变的 总组成（即原始熔体的组成M点）

16、按照直线规则和杠杆规则，液相点、固相点和体系点在任何时刻都必须处于______ 一条直线上。

17、在析晶的不同阶段，根据液相点或固相点的位置可以确定______组成点的位置。 另一相

18、利用杠杆规则，可以计算出某一温度下体系中的______ 液相量和固相量 19、一般来说，在三元相图中，对应于每一个无变点都有______ 一个子三角形

20、如果原始熔体的组成落在某个子三角形内，则液相必定在其相应的无变点（低共熔点）______ 结束析晶

21、判断界线上的温度走向的规则______ 连线规则 22界线上温度降低的方向用______表示 箭头

23、在浓度三角形的边线上，箭头由三角形顶点（化合物组成点）指向转熔点（如，再由转熔点指向______ 低共熔点

24、在浓度三角形内部，界线上的箭头由二元低共熔点指向______ 或由二元转熔点指向三元转熔点，再由三元转熔点指向三元低共熔点 三元低共熔点 25、 三元低共熔点是所划分的独立三角形中温度的______ 最低点 26三元系中有低共熔和______两种不同性质的界线 转熔 27、判定界线性质的一般方法______ 切线规则

28、用______表示低共熔线上温度降低的方向，用______表示转熔线上温度降低的方向 单箭头 双箭头

29、三元相图中的每一个无变点都对应于一个子三角形，它是由与该无变点液相平衡的______连成的 三个晶相组成点

30、转熔点不一定是析晶过程的终点，视______是否在对应的子三角形之内而定 物系点

1.等温截面图：在一定温度下的等温截面与立体相图相截，所得截面在浓度三角形上的投影。 2、结晶区：在液相面与固相面之间的空间。 3、界线：两个液相面相交得到的空间曲线。

4、一致熔融化合物：在熔融时所产生液相的组成与化合物固相的组成完全相同的化合物。 5、温度最高点规则：让一界线与其相应的连线相交，所得交点既是该界线的温度最高点，同时也是该连线上的温度最低点。

3

6、凝聚体系：不含气相或气相可以忽略的体系。

7、不一致熔融化合物：如果一个化合物被加热至某一温度是发生分解，形成一个液相和另一个固相，且二者的组成皆不同不同于化合物固相的组成，则该化合物为不一致熔融化合物。

1、如果三元系中之生成一致熔融化合物，那么久可以将该三元系划分成若干个独立的简单子三元系。对

2、不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，它既可以是二元化合物，也可以是三元化合物。对

3、C2S、CS、C3S2均为一致熔融化合物。错

4、当电解温度大于960时，三氧化二铝在电解质中的溶解度不大。错 5、从Fe-S二元系相图可知，含硫量增大将导致铁的熔点降低。对

6、在一定的温度下，随着含铁量得增加，将不断有铜铁合金相析出；而当含铁量一定时，随着温度的降低，铜铁合金也会从熔体中析出。对

7、相律是多相平衡中最基本的规律，其一般的规律为：f=c-￠+2，其中￠为组分数。错 8、重心原理所讲重心是浓度三角形的几何重心。错 9．、在分析三元系相图过程中，要注意：界线性质与相应化合物的性质没有明显关系。生成不一致化合物的体系不一定出现转熔线，而生成一致熔融化合物的体系中一定之出现低共熔线。错

10、在火法冶炼过程中，渣型的选择通常取决于冶金炉内要求达到的温度，如果熔炼的温度较高，渣型的选择范围可窄一些。错

1、式说明绘制三元系状态图的等温截面图的主要步骤。 2、浓度三角形的性质有哪些？ 3、简述重心原理。

4、分析实际三元系相图的基本步骤有哪些？

5、分析复杂三元系中任意熔体M的冷却结晶步骤有哪些？

1、若绘制该体系在T4温度下的等温截面图，则步骤如下：首先将图a中除T4外的等温线去掉，找出T4温度下的等温线与界线的交点d，连接交点与界线两边的固相组成点构成一个接线三角形，所围成的区域为（L+B+C）三项区，扇形区域AabA、CcdC分别是固相A/B和C的液相平衡共存两项区（L+A）、（L+B）、（L+C）区域abcdea显然是一个单一液相区，最后去掉所有的界线，并在每个区域内标出所存在的物相，这样就得到了等温截面图。

2.浓度三角形的性质有等含量规则、等比例规则、背向规则、直线规则、交叉位规则、共轭位规则和重心原理。

3、在浓度三角形ABC中，当由物系M、N和Q构成一新物系P时，则物系P的组成点必定落在三角形MNQ的重心位置上，这就是重心原理。 4、1）判断化合物的性质； 2）划分三角形 3）确定界线的性质 4）判断无变点的性质

5、1）根据给点熔体M的组成，在浓度三角形中找出M点的位置； 2）由M点所在的等温线，确定熔体M开始结晶的温度； 3）根据M点所在的初晶面，确定开始析出的晶体组成；

4）根据M点所在的子三角形，确定冷却结晶的终点以及洁净中辽的固相组成。

6图为生成一个三元化合物的三元相图，

4

(1)判断三元化合物N的性质 (2)标出界线的温度降低方向

(3)指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应； (4)分析熔体1、2的冷却过程 解：（1）因N点不在(N)初晶面内，故三元化合物为不一致熔融化合物 （2）见图

CCm2Dm1De3Pe1E1Be2E2tAAB （3）L点位于相应的子三角形CNB之内，因此是低共熔点,L→C+N+B；M点位于相应的子三角形ACN之内，因此是低共熔点，L→A+C+N

(4)熔体1，液相：1→(L→N,f=2)g→(t→C+N,f=1)L(L→C+N+B),固相：N→(N+C)d→(A+N+C)1

熔体2，液相：2→（L+B,f=2）C1→(L→A+B,f=1)k(L+A→V+B,f=0) →(L→N+B,f=1)L(L→C+N+B)

试说明绘制三元系状态图的等温截面的主要步骤？

答：1将平面投影图中给定温度以外的等温线，温度高于给定温度的部分界限（fe1）去掉。

2 将界限与给定温度下的等温线的交叉点（f）与该界限对应的二组元的组成的连接，形成结线三角形BfC.

5

3去掉余下的界限（Ef,Ee2,Ee3） 4在液-固相区画出一系列结线 5标出各相区的平衡物相

6用边界规则检查所绘制的等温面图

在进行三元系中某一熔体的冷却过程分析时，有哪些基本规律？ 答：1背向规则 2杠杆规则 3直线规则 4连线规则

5 三角形规则 6重心规则 7切线规则 8共轭规则等 分析熔体冷却过程时

a:液相点总是沿着温度下降的方向移动的，液相点，原始点与固相点始终在一条直线上，且原始物系点必定在固相点与液相点之间，他们之间的质量关系符合杠杆原理。 b：结晶终了时，液相点与固相点的变化路径首位相连，合为一条折线。

C：在包括三元转熔反应的冷却结晶过程中，如果被回吸组分在析晶过程中消耗完，则剩余的液相发生穿越所生成组元初晶区的现象。

8试根据氧化钙-二氧化硅-三氧化二铝系相图说明组成为(WB/%)氧化钙40.53二氧化硅32.94三氧化二铝17.23氧化镁2,55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。 解：

6

炉渣的∑WB=93.25%,需将其重新换算，使三组分(MgO计入CaO组分之内)之和为100%，因此∑WcaO=46.20%,∑SIO2=35.32%,∑Al2O3=18.48%,因此，炉渣的组成点位于ACS-C2AS-C3S2内的O点

当组成点为O的此渣冷却到此渣系所在的等温线所示的温度时，开始析出C2AS相，温

//

度下降时不断析出C2AS相，液相沿O-O-P-E变化，在OP段析出二元共晶C3S2-C2AS,在P点进行转熔反应L+ C3S2= C2AS+CS,沿PZ线段析出二元共晶体CS- C2AS，在E点析出三元共晶体CS- C3S2- C2AS.而固相成分沿C2AS-a-b-c-o变化

7如何判断无变点的性质？它与化合物的性质和界限的性质有何关联？如果某三元系中只生成了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点吗？

7

答：在浓度三角形中，一致熔融化合物的组成点落在自己的初晶面之内，不一致熔融化合物的组成点都落在自己的初晶面之外。

根据无变点与其相对应子三角形的相对位置关系来确定该无变点的性质，即是低共熔点还是转熔点。

无变点的性质与相应化合物的性质和界限的性质没有必然联系，如果某三元系中只生产了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点。

第三章

1、一般来说，在发生相变时物质的各种性质都会发生变化，相变过程的热效应可视为原子间结合力变化的标志。对

2、液体的性质和结构究竟更接近于固态还是更接近于气态，主要取决于液体的结构特点。错

3、液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小。对

4、液态金属与熔盐的结构相同，均为进程有序，远程无序。对

4、熔渣从金属液中吸收有害杂质硫及磷的能力决定于渣中存在的自由CaO。对 5、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错

6.结构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越高，结构起伏的尺寸越大。错

7、阴离子与阳离子间的库伦作用力是决定溶液热力学和结构性质的主要因素。对 8、大多数金属熔化后电阻减小，并且随温度升高而减小。错

9、金属在液态和固态下原子的分布答题相同，原子间结合力相近。对 10、熔盐熔化时的体积增加是自由体积的增加。错 11、一般认为空穴是在作为谐振子的球状的阴阳离子间形成的，空穴体积相当于熔融时体积膨胀量，空穴的分布是均匀的。对

12、金属原子与氧原子的电负性相差越大，离子键分数越大，氧化物离解为简单离子的趋势也越大。对

13、氧化物离解为简单离子的趋势取决于氧化物中阳离子与氧离子的作用力。对 14、一般来说，场强越大则氧化物的酸性越强；场强越小则氧化物的碱性越小。错 单键强度越大，氧化物的酸性越强；反之，单键强度越小，氧化物碱性越强。对

15、对于同一种金属，通常其高价氧化物显示酸性或两性，低价氧化物表现为碱性。对 16、随着温度升高，低聚物浓度降低。错

17、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错

18、冶金熔体的结构主要取决于质点间的交互作用能。对

19、冶金熔体的结构：指冶金熔体中各种质点的排列状态。对

20、熔体结构主要取决于质点间的交互作用能。对冶金熔体的物理化学性质与其结构密切

相关。对

21、相对于固态和气态，人们对液态结构，尤其是冶金熔体结构的认识还很不够 对 22、不同的冶金熔体具有明显不同的结构和性质 对

1、 典型的晶体结构有三种：_________、___________和_________。面心立方、体心立方、

密堆立方

2、 根据氧化物对氧离子的行为，可以将它们分为__________、___________和_________。

酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物。

8

3、 电荷小、半径大、活动性较大的阳离子，争夺氧的能力很弱，这种阳离子称为_____。

便网离子

4、 通常熔渣的热力学模型有__________、_________、和_________。分子理论模型、聚合

物模型、理想离子溶液模型

5、 马森模型可分为__________和_________两种。直链模型、支链模型 6、 熔体结构主要取决于质点间的_________交互作用能

7、 金熔体的物理化学性质与其_________ 密切相关 结构 8、 通常情况下，冶金熔体的结构和性质更接近于其_________固态

9、 在熔点附近液态金属和固态金属具有相同的_________和_________ 结合键 近似的原

子间结合力 10、 原子的热运动特性大致相同，原子在大部分时间仍是在其平衡位（结点）附近振动，

只有少数原子从_________位以跳跃方式移动 一平衡位向另一平衡位 11、 金属熔体在过热度不高的温度下具有_________的结构 准晶态 12、 熔体中接近中心原子处原子基本上呈_________的分布，与晶体中的相同（保持了

近程序）；在稍远处原子的分布几乎是_________的 有序 无序 13、 熔渣的氧化能力决定于其中未与SiO2或其他酸性氧化物结合的_________的浓度

自由FeO 14、 熔渣从金属液中吸收有害杂质S及P的能力决定于渣中存在的_________ 自由

CaO； 15、 只有在_________的情况下，熔渣才能被视为理想溶液 稀溶液 16、 可用_________表示阳阴离子间的作用力——阳离子的静电场强。 zc/d2 17、 酸性氧化物的阳离子静电场强一般大于1.0?10?12m?2，场强越大则氧化物的酸性

_________ 越强

18、 碱性氧化物的阳离子静电场强一般小于0.6?10?12m?2，场强越小则氧化物的碱性

_________ 越强。

19、 对于同一种金属，通常其高价氧化物显_________，而其低价氧化物显_________

酸性或两性 碱性，

20、 渣中阳离子及阴离子的分布显示_________，出现了有序态的离子团。微观不均匀

性

1、冶金熔体的结构：是指冶金熔体中各种质点的排列状态。

2、成网离子：电荷大、半径小、电离势大的阳离子，争夺氧的能力强。 1、熔体的聚合程度是如何表示的，它与熔体的结构有何关系？ 2、简述捷母金理想离子溶液模型的要点。 3、简述弗鲁徳离子溶液模型的要点。

1、熔体的聚合程度通常是用平衡常数表述的，平衡常数越大，其聚合程度越高，平衡常数越小，其聚合程度越低。

2、1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子； 2）熔渣中阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。 3、1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子。

9

2）阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。

试分析Ba-O,Al-O键的性质？

解：要判断键的性质，首先计标其离子键分数

2

离子键分数=1-exp[-1/4(xA-x0)] xA和x0分别表示金属（或准金属）原子积和原子的电负性

由教材P60求3-2知 x0=3.44 xBa=0.98 xAl=1.61 对于Ba-O而言

2

离子键分数=1-exp[-1/4(0.98-3.44)]=1-exp(-1.626)=0.803 对于Al-O而言

2

离子键分数=1-exp[-1/4(1.61-3.44)]=1-exp(-0.837)=0.567

某矿渣成分（wb/%）FeO 13.3,MnO 5.1,CaO 38.2,MgO 14.7,SiO2 28.1，P2O5 O.6.分别用捷姆金和弗鲁德理想离子溶液模型计算渣中FeO的活度 解：1 捷姆金理想溶液模型：

2+2+2+2+2-4-3- 假定熔渣中存在Fe、Mn、Cu、Mg、O、SiO、PO4、 氧化物 wb/% 物质的量 FeO 13.3 0.186 MnO 5.1 0.072 CaO 38.2 0.682 MnO 14.7 0.368 SiO2 28.1 0.408 P2O5 0.6 0.004 溶液中碱性氧化物按下列反应离解为相应的金属阳离子和氧阴离子

2+2- 2+2- 2+2-2+2- FeO=Fe+O MnO=Mn+O CaO=Ca+O MgO=Mg+O

因此，个金属阳离子的物质的量分别为：

2+2+

n(Fe)=n(FeO)=0.185 mol n(Mn)=n(MnO)=0.072 mol

2+2+

n(Ca)=n(CaO)=0.682mol n(Mg)=n(MgO)=0.368 mol

+2+2+2+2+

∑ni= nFe+ nMn+ nCa+ nMg=1.037 mol 复合阴离子的生成反应为：

2-4-2-3-

SiO2+O2=SiO4 P2O5+3O2=2 PO4

4-3-故n(SiO4)=n(SiO2)=0.468 mol n(PO4)=2n(P2O5)=0.008 mol

2-2-熔渣中O的物质的量为碱性氧化物离解出的O的物质的量之和减去复和阴离子生成消耗的2-O的物质的量

2- n=(O)= n(FeO)+ n(MnO)+ n(CaO)+ n(MgO)- 2n(SiO2)-3 n(P2O5+) =0.359 mol

-4-3-2- ∑ni= n(SiO4)+n(PO4)+n(O) =0.835 mol

2+2++

X(Fe)=n(Fe)/∑ni=0.142

2-2-- X(O)= n(O)/∑ni=0.428

2+2-因此，炉渣在FeO的浓度为a（FeO）=x(Fe)*x(O)=0.142*0.428=0.016

2弗鲁德理想溶液模型的离子摩尔分数表达式为： v+v+v+v-v-v-xi=vini/∑vini xj=vinj/∑vjnj

式中vi、vj分别为第i种阳离子和第j种阴离子的电荷数

2+2+2+2+2+2+

X(Fe)=2 n(Fe)/[2 n(Fe)+2 n(Mn)+ n(Ca)+ n(Mg)] =2*0.185/(2*1.307)=0.142 2-2-2-4-3-X(O)=2 n(O)/[2 n(O)+4 n(SiO4)+3 n(PO4)]

10

=2*0.359/(2*0.359+4*0.468+3*0.008)=0.275

2+2-因此，炉渣中FeO的活度为：x(FeO)= x(Fe)*x(O)=0.142*0.275=0.039

为什么同一种金属的低价氧化物呈碱性，而高价氧化物呈酸性？、

2-，-102

答：对于氧化物，阳离子OZa=a,ra=1.4*10m,均为确定值，因而可用Za/d表示阳离子与阳离子间的作用力，称为阳离子的静电场，即

22

Za/d= Za/(rc+ra)

显然，阳离子的电荷数大，半径越小，其静电场强越大，随着阳离子静电场强的增大，阳离子与氧离子作用时的氧化能力增强，使得Me-O键的共价键成分增长，因此氧化物离解为简单离子的趋势减小，而有利于复合粒子的形成。

金属的焙烧熵和融化热远小于其蒸发熵和蒸发热，这说明液态金属在什么方面跟接近于固态金属，为什么？ 答：应为金属在其热度不高的温度下具有准晶态的结构，即熔体中接近中兴原子处原子基本上呈有序分布，与晶体中相同，而在稍远处原子的分布则是无序的。

试比较液态金属与固态金属及液态金属与熔岩结构的异同点 答： 液态金属 固态金属 液态金属 熔岩 相同点 近呈有序性，远呈无序性 不同点 由至少两种阴阳离子组成的体积必须保持电中性那样的结构 相同点 相同的结合键 近似的原子间结合力，原子的热运动大致相同 不同点 近呈有序性，远呈无序性 远呈有序性

熔岩熔化时体积增大，但离子间的距离反而减小，为什么？

答：因为熔岩熔化时的体积增加不是自由体积的增大，而是熔岩熔化时有空穴生成。

熔体的聚合程度是如何表示的？它与熔体结构有何关系？

答：采用多个四次配位阳离子所拥有的非桥氧数目来描述熔体的聚合程度，一般用符号

4+

NBO/T来表示。四次配位阳离子通常是Si离子。熔体的NBO/T值与其O/Si有关，O/Si较小，其NBO/T值也越小，说明熔体中非氧桥越少，因此，熔体的混合度越高；反之，O/Si越大，NBO/T值也越大，熔体的聚合程度越低。

2-4+4+

NBO/T=[2n(O)-4n(Si)]/n(Si)

第四章

1、金属熔体的密度与其中溶解元素的种类有关，当几种物理化学性质相近的金属形成金属熔体时，其密度具有加和性，即_______________。

11

2、黏度由平缓增大到急剧增大的转变温度常称为_________温度。熔化性 3、在一定范围内，导电性越好，极间距离可以越大，电流效率就_____。越高 4、熔渣的导电率随温度的增加而______。增大

5、当金属熔体与沉渣接触时，若二者间的_________太大，则金属易分散于沉渣中，造成有价金属的损失。界面张力

6、随着温度升高，表面张力______。减小

7、______等元素是铁液的表面活性物质。N、O、S 8、阳离子半径越大，表面张力越____。大

10、电解质对碳素材料的润湿性能与电解质的组成、______和______有关。添加剂、温度 11、液体与固体材料间的界面张力越小，接触角也______，液体对固体的润湿性____.。越小、越好 12、当 时，液体对固体的润湿性好；当________时，液体对固体的润湿性差；当______时，固体被液体完全润湿；当________时，固体完全不被液体润湿。

13、在铜、镍硫化矿的造锍熔炼过程中，共存的两个熔体为______和_______。熔锍、熔渣 14、冶金熔体由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度叫______ 熔化温度 15、冶金熔体在冷却时开始析出固相时的温度叫______ 凝固温度或凝固点

16、高硅渣和高钙渣两种渣型都能______氧化镁和磁性氧化铁的有害作用 抑制 17、高钙渣的熔化温度比高硅渣______ 低

18、密度影响金属与熔渣、熔锍与熔渣、金属与熔盐的分离，影响金属的______ 回收率 19熔融金属的密度与原子量、原子的半径和______有关 配位数 20、在层流流体中，流体是由无数互相_____的流体层组成的 平行

21、粘度的意义是在单位速度梯度下，作用于平行的液层间单位面积上的______ 摩擦力 22、升高温度有利于克服熔体中质点流动的能碍______ 粘流活化能。 23、对于大多数冶金熔体，粘度与温度的关系均遵守______关系式 指数 24、温度降低时，酸性渣中质点活动能力逐渐变差，粘度平缓______ 上升 25、熔锍的粘度远______熔渣的粘度，与熔融金属和熔盐比较接近 小于 26、熔渣的电导率差别很大，取决于其中氧化物的______ 结构 27、熔渣的电导率随着______的增加而增大 碱度

28、熔锍的电导率远______熔盐和熔渣的电导率，但明显______金属熔体的电导率。高于、低于

29、对于一定组成的熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子的运动，从而使电导率______ 增大 30、溶液中的组分在浓度梯度的作用下由高浓度区向低浓度区的流动叫______ 扩散 31、在存在着浓度梯度的扩散过程中，扩散系数称为______ 互扩散系数 32、温度升高，扩散系数______ 增大

33、熔体中组元的扩散系数随着熔体粘度的增高而______ 减小 34随着温度升高，表面张力______ 减小

35、表面活性物质在纯粹状态时的表面张力______ 很小

1、冶金熔体的熔化温度：是指由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度。 2、表面活性物质：能导致熔剂表面张力剧烈降低的物质。 1、冶金熔体的熔化温度与其组成无关。错

2、熔渣的熔化性温度决定了冶炼时所采用的温度制度。对

12

3、熔体的温度随着温度的升高而减小。对

4、金属熔体的密度与其中溶解元素的种类及浓度无关。错

5、在熔盐电解过程中，在一定的电流密度和温度下，极间距离起决于电解质的导电率。对 6、酸性氧化物浓度的增加将导致熔渣的电导率下降。对 7、电导率越大，熔体的导电性越大。对

8、熔体中组分的扩散系数与温度、熔体组成及黏度无关。错 9、质点之间键的强度越大，液体的表面张力也越大。对

10、当温度升高到临界温度时，汽-液相界面消失，液体的表面张力为零。对

11、同种金属卤化物的表面张力从大到小的顺序是：溴化物﹥氯化物﹥氟化物。错 12、温度对不同种类的熔体的导电率的影响相同。错 13、润湿性好，容易发生阳极效应。错

14、熔渣-金属液间的界面张力与熔渣及金属渣的组成和温度有关。对 1、什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？

1、熔化温度是指由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度。熔渣的熔化性温度是指黏度由平缓增大到急剧增大的转变温度。

试利用熔渣的等粘度曲线图（p19,4-2）估计组成为（wb%）CaO 38.0,SiO2 38.39，Al2O3 16.0,MgO 2.83,的高炉渣在1500度时的粘度，如果将温度提高至1900度，此熔渣的粘度降低到多大？ 解： 炉渣总组成w（B）=95.22，需重新换标，使组分之和为100%。有： ∑w(CaO)= w(CaO)+w(MgO)=(38.0+2.83)/95.22%=42.88% W(SiO2)=40.23% w(Al2O3)=16.8% 查4-12得 1500度时η=0.7Pa.S

将温度提升到1900度，查4-12得η=0.1+0.05*0.3/0.4=0.138Pa.S

试利用加和性规则计标1400度时，组成为（wB%）：CaO 35,SiO2 50,Al2O3 15表面张力，并与由等表面张力曲线图所得结果（p97图4-23）进行比较 解：首先计标组成的摩尔数（以100g炉渣计） n(CaO)=35/56=0.625mol n(SiO2)=50/(28.1+16*2)=0.832mol n(Al2O3)=15/(2*27+3*16)=0.147mol

x(CaO)=0.625/(0.75+0.832+0.147)=0.390 x(SiO2)=0.832/(0.75+0.832+0.147)=0.518 x(Al2O3)=0.147/(0.75+0.832+0.147)=0.092 根据加和性规则δ=∑xi*δi

δ(CaO)=0.52N/M δ(SiO2)=0.40N/M δ(Al2O3)=0.72N/M δ=0.39*0.52+0.518*0.40+0.092=0.467 N/M 利用内插法查（p97 4-23）得 δ=0.42 （1600度）

比较得知，1400度时黏度高于1600时。

试计标800℃铝夜、1200℃铜液和1650℃的铁液的黏度，有关数据见下表。 金属Al Cu

熔点/℃660 1048 η /mpa.s1.18 4.50 Aq/mpa.s0.1492 0.3009 Eq/kj.mol16.5 30.6 -1 13

Fe 1536 4.95 0.3699 41.4 解：根据阿罗尼乌斯表达式 η=Aqexp(En/RT) 有 ηAl,800=0.1492exp(16.5/9.314*1073)=0.1495 (Pa.s) ηCa.1200=0.3009exp(30.6/8.314*1473)=0.3041 (Pa.s) ηFe.1650=0.3699exp(41.4/8.314*1923)=0.3789 (Pa.s)

实验测得组成为（WB%）CaO42.5、sio242.5、MgO9.5、Al2O35.5的熔渣在不同温度下的黏度如下表，试求出黏度与温度的指数方程及黏流活化能。 t/℃ η/pa.s 1300 1.63 1350 1.34 1400 1.09 1450 0.91 1500 0.75 解;黏度与温度及黏流活化能的关系为 η= Aqexp(En/RT) Lnη= En/RT+LnAq

44

现计标各温度的Lnη及（1/T）*10，如下表，以计标的Lnη-（1/T）*10作图，得图①，

-1-1-4

En=( Lnη1- Lnη2)/(T1-T2)*10 -4

=8.314*（0.41+0.09）/(6.2-5.8)*10=103925 J.mol t/℃ T/k 1/T En/R *1/T Lnη LnAq Aq 1300 1573 6.35*10 7.938 0.489 -7.449 -4-41350 1623 6.16*10 7.7 0.293 -41400 1673 5.977*10 7.471 0.086 -41450 1723 5.804*10 7.255 -0.094 -7.349 -41500 1773 5.64*10 7.05 -0.288 -7.388 -4-4-7.407 -7.384 -4-45.82*10 6.070*10 6.204*10 6.432*10 6.503*10 -4

-4

Aη=[(5.82+6.07+6.204+6.432+6.503)/5]* 10 -3 =6.206*10

故黏度与温度的指数方程为

-3

η=6.204*10exp(103925/T) 黏流活化能为103925 J.mol 采用线性回归

Lnη= En/R *1/T+Ln Aη

14

Y=A + Bx(Y= Lnη,A= LnAη) A=-6.426 B=10897.9 因为B = En/R

En=8.314*B=90605 J.mol

A-3

A= LnAη Aη=e=1.624*10采用指数回归

Bx

Y=A*e

Lny=LnA+Bx A=Aη B=Ea/R X=1/T K/℃ T/K (1/T)*10η 4 1300 1537 6.357 1.63 -31350 1623 6.161 1.34 1400 1673 5.977 1.09 1450 1723 5.804 0.91 1500 1773 5.640 0.75 R=0.997 A=1.6913*10 B=10820.832 因为B=Eη/R Eη=B*8.314=89964J/mol

-3

所以，指数方程为：η=1.6913*10Exp(89964/T)

高炉低钛渣的成分（wb/%）:TiO2 2.0,CaO 46.11，SiO2 35.73,MgO 3.99,Al2O3 9.99.用毛细法则测得渣中硫的扩散系数如下表，试求硫的扩散系数与温度的关系式及扩散活化能 t/℃ D/nm*s 2-11350 1.96 1400 2.42 1450 3.40 1550 4.69 1550 6.35 解：扩散系数与温度的关系 D=Aηexp(-Eη/RT) 两边取对数有 LnD=LnAη- Eη/RT

LgD=LgAD/2.303-Ed/(2.303*R*T)

LgD=A+B/T(A= LgAD B=-Ed/(2.303*R))

4

已题目所给表格中的数据计标LgD对（1/T）*10作图，可求得上式，作图数据如下表，（Lg

4

η及（1/T）*10）的数据。 t/℃ T/k （1/T）*10 D/nm*s Lgk 2-141350 1623 6.16 1.69 -8.77 1400 1673 5.98 2.42 -8.62 1450 1723 5.80 3.40 -8.47 1500 1773 5.64 4.69 -8.33 1550 1823 5.49 6.35 -8.02

用线性回归有 Y=a+bx

这里y= Lgk a= LgAD b=- Ed/(2.303*R) x=1/T 有a=-3.53 b=-8508.06 r=0.99993 扩散系数与温度的关系

LgD=-3.53-8508.06/T=-8508.06/T-3.53

EA=b*(-2.303R)=-8506.06*2.303*8.314=162905.03(J/mol)

15

根据CaO-Al2O3-SiO2系熔渣的等黏度曲线（图4-12），分别讨论碱度为0.2和1时，增大Al2O3含量对熔渣黏度的影响，并解释其原因。

解：当碱度为0.2时，即CaO/SiO2=0.2时，此时等黏度曲线几乎与SiO2-Al2O3边平行，增大Al2O3含量对熔渣黏度几乎没有影响。

3+

当CaO/SiO2=1时. 增大Al2O3含量熔渣黏度减小，主要原因是，低碱度情况下Al可以取代

4+

硅氧阴离子中的si而形成硅铝氧阴离子，即Al2O3呈碱性。在碱度为1时，增加熔渣中Al2O3含量，熔渣的溶化性温度增加，粘度增加。

1、什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？ 解：熔化温度是指由其固态物质完全转变成均匀的液态时的温度。熔渣的熔化性温度是指黏度由平缓增大到急剧增大的转变温度。

何为表面活性物质，哪些元素是铁液的表面活性物质？ 解：能剧烈地降低溶剂表面张力的物质叫表面活性物质，表面活性物质在纯粹状态时表面张力很小，O、S、N是铁液的表面活性物质。

实验发现某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量的细颗粒铅珠，造成铅的损失，你认为什么原因引起的，因采取何措施降低铅的损失？

解;当金属熔体与熔渣接触时，若两者的界面张力太小，则金属易分散于熔渣中，造成有价金属的损失，只有当两者的界面张力足够大时，分散在熔渣中的金属微滴才会聚集长大，并沉降下来，从而与熔渣分离。

造成该厂铅损失的原因是因为鼓风炉炉渣与铅熔体两者界面张力太小，采取的措施为调整炉渣的组成。

第五章

1、在高炉冶炼及炼钢生产中，高碱度渣有利于金属液中硫和磷的脱除。对 2、一般来说，酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。对 3、熔渣中三氧化二铁的含量越低，熔渣的氧化性越强。错

4、随着熔渣氧势和碱度的提高以及温度的降低，熔渣的氧化性降低。错 5、熔渣的氧化性只与其中能提供氧的组分的含量有关。对 6、随着CaO含量的增大，硫容迅速增大。对

7、氧化渣能很好地阻隔炉气中的氮与金属液的作用。对

1、熔渣的碱度：是指熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比。 2、熔渣的酸度：熔渣中所有酸性氧化物的氧的质量之和与所有碱性氧化物的氧的质量之和。 3、氧化渣：是指能向与之接触的金属液供给氧，使其中的杂质元素氧化的熔渣。 4、还原渣：能从金属液中吸收氧、使金属液发生脱氧过程的熔渣

1、熔渣的氧势是熔渣氧化能力的标志，其值越大，熔渣的氧化能力______。越强 2、一般来说，随着温度的升高，硫容_______。增大

3、熔渣的碱度或酸度表示炉渣酸碱性的______ 相对强弱 。

4、熔渣的化学性质主要决定于其中占优势的氧化物所显示的______ 化学性质。 5、用熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的______表示熔渣的碱度或酸度 相对含量

16

6、对于高炉渣，碱度大于1的渣是______，碱度小于1的渣是______ 碱性渣 酸性渣 7、对于炼钢渣，碱性渣的碱度约为______ 2~3.5。

8、有色冶金中，习惯上用______表示熔渣的酸碱性 酸度（硅酸度）

9、在离子理论中，用渣中自由O2? 的活度的大小作为熔渣酸碱性的______。 活度越大，则熔渣的碱度越大；反之，活度越小，则熔渣的酸度越大。 量度 10、熔渣可分为两种：______ 和 ______ 氧化渣、还原渣

11、熔渣的供氧能力或吸收氧的能力取决于熔渣中与金属液中______的相对大小 氧势 12、当熔渣中的氧势大于金属液中的氧势时，此炉渣为______ 氧化性渣 13、当熔渣中的氧势小于金属液中的氧势时，此炉渣为______ 还原性渣 14、熔渣的氧化性用渣中______的含量进行表征 能提供氧的组分

15、钢铁冶金中，用渣中______的含量来表示熔渣的氧化性 氧化亚铁（FeO） 16、离子溶液模型的作用是计算熔渣组元______ 活度

17、经典热力学模型——假定硅酸盐熔渣中的各种______之间存在着聚合型的化学反应平衡。利用这类聚合反应的平衡常数可计算熔渣组元的活度。 复合阴离子和氧离子

18、碱度高时，A12O3呈酸性，与渣中CaO结合，故aSiO2随着A12O3含量的增加而_____增大

19、碱度低时，A12O3呈碱性，与渣中SiO2结合，故aSiO2随着A12O3含量的增加而_____减小

20、统计热力学模型——利用统计方法分别由离子间的作用能（用混合热表示）和离子分布的组态来计算离子溶液形成的偏摩尔焓变量和偏摩尔熵变量，再由此计算出熔渣组元的_____ 活度。

1、熔渣的氧化性是如何表示的？

1、熔渣的氧化性表示当熔渣与金属液接触时，熔渣向金属液提高氧的能力，一般以熔渣中能提供氧的含量来表示。

2、什么是熔渣的碱度和酸度？

2、熔渣的碱度是指熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比； 熔渣的酸度：熔渣中所有酸性氧化物的氧的质量之和与所有碱性氧化物的氧的质量之和。

一工厂炉渣的组成为（WB%）sio244.5、CaO13.8、FeO36.8、MgO4.9,试计标该炉渣的酸度和碱度。

解：R=（Wcao+WMgo）/WSIO2=(13.8+4.9)/44.5=0.42

r=∑Wo(酸性氧化物)/∑Wo（碱性氧化物） =Wo(sio2)/[Wo(CaO)+Wo（MgO）+Wo(FeO)]

=(44.5*32/60)/(13.8*16/56+36.8*16/71.8+4.9*16/40) =1.68

17

已知某炉渣的组成为（WB%）CaO 20.78 sio220.50 FeO38.86 Fe2O34.98 MgO10.51 MnO2.51 P2O51.67,试用四种不同的碱度表达式计标该炉渣的碱度。

解;1) R=Wcao/ WSIO2

=20.7/20.5=1.01

2)对于Al2O3或 MgO含量较高的渣 R= Wcao/（WSIO2+WAL2O3）

R=( Wcao+WMgO)/( WSIO2+WAL2O3)

此题中无Al2O3，仅MgO含量较高，故 R=( Wcao+WMgO)/ WSIO2

=（20.78+10.51）/20.50=1.53 3）对于含P2O5 较高的渣 R=Wcao/ （WSIO2+WP2O3）

=20.78/(20.50+1.67)=0.94 4)一般炉渣，既要考虑CaO和sio2对碱度的影响，也要考虑其他主要氧化物如MgO、MnO、P2O5、Al2O3等对碱度的影响

R=（Wcao+WMgo+WMNO）/( WSIO2+ WAL2O3+ WP2O3)

=(20.78+10.51+2.51)/(20.50+0+1.67)=1.52

利用CaO-Al2O3-SiO2系等溶度曲线图求1600℃时组成为（WB%）CaO26、sio243、MgO4、Al2O320、P2O57的熔渣中SiO2 和Al2O3的活度

解：设熔渣为100g,则有 WB（g） MB Nb(mol) Xb CaO 26 56 0.464 0.304 SiO2 43 60 0.717 0.470 MgO 4 40 0.1 0.066 Al2O3 20 102 0.196 0.128 P2O5 7 142 0.049 0.032 由表中数据可得

∑xCaO=x(CaO+MgO)=0.370 ∑xSiO2 =x(SiO2+ P2O5)=0.502 x Al2O3=0.128

由CaO-Al2O3-SiO2等活度曲线图查得： аSiO2=0.2+0.2/5=0.24 аAl2O3=0.03+0.02/3=0.037

已知某熔渣的组成为（WB%）：CaO 35 Sio220 FeO20 Fe2O34 MgO 5 MnO8 P2O5 8.试利用CaO-FeO-SiO2系等活度曲线图，求1600℃时渣中FeO的活度及活度系数。

解：由教材图5-9中熔渣组分的浓度是用摩尔分数（xB）表示的，因此需先算出各组分的摩尔数和摩尔分数（100g熔渣计） nB XB CaO 0.625 0.402 Sio2 0.333 0.211 MgO 0.124 0.078 FeO 0.329 0.208 MnO 0.113 0.072 P2O5 0.056 0.036 由表中数据可得：

∑x CaO=x(CaO+MgO+MnO)=0.546

18

∑X Sio2=x(Sio2+ P2O5)=0.246

由5-9得氧化铁的活度аFeO=0.663 则аFeO=x FeO*γFeO→γFeO=3.19

已知某炉渣的碱度为2.5，x FeO为15%，试利用CaO-Fe-SiO2系等活度曲线图，求1600℃时熔渣中FeO的活度及活度系数》 解：因为x CaO/ X Sio2=2.5 x CaO+ x Sio2+x FeO=1

所以x CaO=1- x Sio2-0.15

而2.5 x Sio2+ x Sio2=1-0.15 x Sio2=0.243=24.3% x CaO=60.7%

查图5-9得аFe=0.61

аFeO= x FeO*γFeO→γFeO=0.61/0.15=4.07

什么是熔渣的碱度和酸度？

答：碱度——熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量（质量）之比，用R（B、V）表示。当R>1，呈碱性。R<1，呈酸性

酸度 —— 熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量与结合成碱性氧化物的氧的质量之比，一般用 r 表示。一般说来，酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。 某铅鼓风炉熔炼的炉渣成分为（质量百分数）：SiO236%、CaO10%、FeO40%、ZnO8%。试计算此炉渣的酸度。

解：此炉渣中的酸性氧化物为SiO2，碱性氧化物为CaO和FeO，ZnO在SiO2含量高的渣中可视为碱性氧化物。故此炉渣的酸度为 320.36?60r ??1.44161616 0.10?56?0.40?71.8?0.08?81.4该炉渣为酸性渣

熔渣的氧化性是如何表示的？

答:熔渣的氧化性表示当熔渣与金属接触时熔渣向金属液提供氧的能力，一般以熔渣中能提供氧的组分的含量表示。

熔渣的氧化性只与其中能提供氧的组分的含量有关，所以用氧化物的活度表示。而熔渣当

2-2

中аO值的大小与其中各种氧化物的数量及种类有关，因此不能用аO表示熔渣的氧化性。

第六章

1、减小系统的总压强不利于反应向生成物的方向进行。错 2、反应的平衡常数值随温度的升高而增大。对

已知反应：Ni(CO) 4(g)→ Ni (s) + 4CO (g) 的标准吉布斯自由能变化?rG?与温度的关系为 ?rG? =133860 – 368.1T J·mol–1 试分析：（1）分别在300K和400K时，在标准状态下能否利用上述反应制取金属镍。 （2）在400K时反应进行的限度及当系统中总压力为p?时Ni(CO)4 转化成镍粉的理论转化率。

19

（3）进一步提高理论转化率的途径。 解：（1）温度为300K时： ?rG? = +23430 J·mol–1

400K时： ?rG? = –13380 J·mol–1

所以 在标准状态下，300K时反应不能自发向生成金属镍方向进行。 400K时反应能自发向生成金属镍的 方向进行。 根据等温方程

?? ?rG(??RTlnKT)P 400K时， = 55.9

?4??3P 当反应进行到使系统中 K P ? P CO ? ( P ) / Ni(CO) 达到55.9时，达到平衡； 4? 4 ? ?3 400K时反应进行的限度为 K =55.9。 P?PCO?(P)/PNi(CO)4（3）进一步提高转化率的途径：根据计算，反应的KP? 值随温度的升高而增大。 400K时： KP? = 55.9

450K时： KP? = 4.8×103 提高温度可提高转化率。

钛冶金中为从钛原料制得金属钛，首先要将原料中的TiO2转化为TiCl4，试根据热力学分析提出可能的方案 解

（1）方案一： TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g) ?rG? =199024–51.88T J·mol–1

373K时： ?rG? = +179672 J·mol–1，KP? = 6.76×10–26

1273K时： ?rG? = +132980 J·mol–1，KP? = 3.46×10–6 ? 在工程上易达到的温度范围内，不可能按方案一将 TiO2转化为TiCl4。 （2）方案二： TiO2(s)+C (s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+CO2(g) (或CO)

?rG? = –194815–53.30T J·mol–1 373K时： ?rG? = –214696 J·mol–1，KP? = 1.1×1030

1273K时： ?rG? = –262666 J·mol–1，KP? = 6.0×1010 ? 在工程上易达到的温度范围内，按照方案二可将 TiO2转化为TiCl4。

第七章

1、研究生成-分解反应的热力学条件是_____、__________的重要任务之一。冶金、材料工程

2、在冶金中常用______作为评价金属氧化物相对稳定性的标志。氧势 3、金属氧化物的稳定性随温度的升高而_______。降低 4、金属氧化物的分解压随着温度的升高而________。增大 5当温度在570℃以上时，Fe氧化成Fe2O3的顺序______________________。Fe FeO Fe3O4 Fe2O3

6、化合物被加热到一定温度时或在一定真空条件下分解为一种更简单的化合物（或金属）和气体的一种过程叫_________ 分解反应

7、?fG*– T 直线的斜率主要取决于反应前后气体________ 摩尔数的变化

20

8、?fG*－T 直线式的截距和斜率均为与温度无关的_______ 常数

9、当凝聚态的金属与氧反应生成凝聚态的氧化物时，?fG*－T 线的斜率为正且大体相等，即直线向________倾斜，且线间大致平行 上

10、物质被加热发生相变（熔化、升华、气化）时，要吸收热能(?trH ? ＞0)，而液相(或气

相)的焓比固相(或液相)的焓高出?trH ? ( J·mol-1)，物质的熵值_______ 增大了

11、物质的气化熵远大于熔化熵，故直线的斜率在沸点处比在熔点处的变化率_______ 大

12、几乎所有氧化物（Ag2O、HgO等除外）在冶炼温度范围的?fG*皆为_______ 负值 13、温度对氧化物稳定性的影响可由_______ 直线斜率的特性确定 ?fG*－T

14、除CO和CO2外，几乎所有的氧化物的?fG*值皆随温度升高而_______ 增大

15、对于任意的两个氧化物，?fG*－T 直线位置低的氧化物中的金属元素或低价氧化物能从直线位置高的氧化物中_______，而将后一氧化物中的金属元素还原出来 夺取氧 16、?fG*的愈负或氧势_______的氧化物，其稳定性愈大，它在图中的?fG*－T 直线的位置就愈低 愈小

17、对于位置比CO、H2、C的氧化曲线还要低的氧化物，CO、H2、C不能使之还原，只能用位置比其更低的金属作为还原剂，即_______ 金属热还原

18、由于各氧化物的?fG*－T 直线斜率不同，因而常出现两直线相交的情况，交点温度为反应的_______ 转化温度

19、在应用吉布斯自由能图时应注意标准状态和物质的______，注意各?fG*－T 直线式的适用温度范围 相态

20、氯化物的 ?fG* – T 线在图中位置愈______，其稳定性愈高，该元素对氯的亲和势愈大 低

21在标准状态下，在指定温度下，位于图中较______位置的金属，可以将位于其上部的金属从氯化物中还原出来 低

22、碳______作为金属氯化物的还原剂 不能

23、硫化物的 ?fG* – T 线在图中位置愈低，其稳定性______ 愈高 24、氢一般_______作为金属硫化物的还原剂 不能 25、在一定的温度下，氧化物的生成–分解反应达到平衡时产生的氧气的分压叫______ 氧化物的分解压

25、氧化物的分解压愈大，此氧化物愈不稳定，______分解析出金属 愈容易

26、分解压愈小，此氧化物愈稳定；要使它分解就需要更高的温度或更高的______ 真空度 27、若化合物分解出的气体产物不止一种，则分解压为______ 所有气体产物压力之和 28、氧化物的分解压随着温度的升高______ 而增大

29、金属氧化物的PO2 – T 线在PO2 – T 图中的位置愈低，其分解压愈小，该氧化物______愈稳定。

30、当氧化物的分解压PO2(MeO)与系统中氧的分压PO2相等时的温度叫______ 开始分解温度（T开）

1.标准生成吉布斯自由能：是指在给定温度及标准压强下，由标准态的单质反应生成1moi标准态下的该化合物时，反应的吉布斯自由能变化。

2、氧化物的分解压：在一定温度下，氧化物的生成-分解反应达到平衡时产生气体的分压。

21

3、开始分解温度：指当氧化物的分解压与系统中氧的分压相等，从而超过该温度则MeO将开始分解的温度。

4、化学沸腾温度：当分解压与气相总压相等，以致分解反应急剧进行时的温度。 1、在总压强一定的情况下，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能主要随温度而变。对 2、氧从氧化物中越出的趋势越大，氧化物越稳定。对

3、由氧势图可知，位置较低氧化物克作为氧化剂将位置较高的金属氧化。错 4、所有金属氧化物的氧势均随温度的升高而大体上成直线增加。对 5、对金属氧化物而言，温度越高则金属对氧的亲和势越大。错

6、氧化物的分解压与其分散度有关，粒度越细，则表面张力越小。错 7、氧化物的活度降低，则其分解压降低。对

8、浮氏体的完全熔化温度起决于其中的含氧量。对

研究生成–分解反应的意义： 1、了解各种化合物的分解条件；

2、比较各种化合物在相同条件下稳定性的高低；

3、由生成–分解反应的热力学数据求出各种氧化–还原反应的热力学数据。

*

已知反应Cd+O2/2=CdO(S) ΔrGm=-729410+418T J/mol(1000-1379K) 反应Pbl+O2/2=PbO(S) ΔrGm=-445588+215T J/mol(760-1400K) 试绘制出其氧势线并比较CdO及PbO的相对稳定性。

*

解：先求出Cd与Pb(l)的ΔrG Cd+O2/2=CdO(S)→2Cd+O2=2CdO(S)

**

ΔfGm=2ΔrGm=-1458820+836T J/mol(1000-1379K) Pbl+O2/2=PbO(S)→2Pbl+O2=2PbO(S)

*

ΔfGm=2ΔrGm=-891176+430T J/mol(760-1400K)

**

要作氧势图，首先在所给定的温度范围内选择一定温度值，计标出其ΔfGm，再作ΔfGm-T图 对于Cd: T(K) ΔfGmJ/mol 对于Pb: T(K) ΔfGmJ/mol * * 1000 -622820 800 900 1100 -539220 1000 1200 -455620 1100 1300 -372020 1200 1300 1397 -305976 1400 -547176 -504176 -461176 -418176 -375176 -332176 -289176 22

从图中可以看出，CdO较PbO稳定。

根据氧势图分析分别在1000℃和1800℃在标准状态下降MgO还原成金属镁时，可供选择的还原剂和600℃时在标准状态下将金属锌氧化成ZnO可供选择的还原剂.

*

解：根据氧势图在RTLn(PO2/P)与温度图中，位于其上方的线中的MeO将Zn氧化成ZnO位于其下方的Me可将ZnO还原为Zn.

在1000℃时，位于Zn下方，可将Zn还原的有：C,Na,Si,Ti,Ce,Al,Li,Mg,Ca等 在1800℃时，按曲线的趋势几乎所有表示的物质都能将ZnO还原为Zn. 在600℃标准状态下，CaO,Cu2O,Fe2O3,Pbo,NiO,Fe3O4,CO2,H2O,FeO,CO等均能将Zn氧化为ZnO.

23

-33

试根据氧势图坐标1073K时，当系统中时，当系统中PCO/CO2分别为10，10,10时，系统中

o

LgPO2/P

/

据图，先连接Pco/co2所示值与c点的此线与T=1037K相交得一点，再将此点与O点相连，

0

连线沿申到Po2/po即得Po2/ P值。

-30-11.8

Pco/co2=10→Po2/P=10→lg(Po2/po)=-11 Pco/co2=10→lg(Po2/po)=-18

3→

Pco/co2=10lg(Po2/po)=-23.7

试解释Na2O,MgO的ΔfGm-T线上各转折点的原因？ 解：对于4Na+O2=2Na2O 和A(s)+B(g)=AB(s),2Mg+O2=2MgO 来说

24

Po2/P=f(T)关系曲线，为一条连续曲线。当温度升到一定时，化合物及反应物都有可能在某

0

一温度下发生相变，有相变热产生，于是Po2/P=f(T)曲线在此温度下发生转折 根据吉布斯-亥姆霍兹等温方程，参加反应物均处于标准状态，则

00020

dln kp/Dt=dln(p/pB)=ΔH/Kt (式中ΔH是各物质均处于标准状态时的等压反应热)

00

由上式可知，在无相变发生的温度范围内，ΔH值可视作常数，因此ln(p/pB)-T的关系为

00

一平滑连续曲线，在发生相变时，Δn在相变温度区发生突变，因此dln(p/pB)/dT也发生

0

突变，即在相变温度下发生转折，其转折方向和大小决定于ΔH是增大还是减小。 当反应物熔化时，生成离解反应可视为下列反应之代数和，即

0

A(s)+B(g)=AB(s) ΔH1

0

A(s)→A(l) ΔtusHA

0

A(l)+B(g)=AB(s) ΔH2

0

由于熔化为吸热反应，ΔfusHA>0,则

0000

ΔH1-ΔtusHA>0,即ΔH1>ΔH2

00

也就是说，由于反应物A熔化，在焙烧温度时ΔH突然变小，dln(p/pB)/dT也突然变小，

0

ln(p/pB)-T曲线向上转折，在温度高于反应物A的熔化温度时，曲线变陡。

000

同理，当生成物AB熔化时ΔfusHAB>0，熔化温度处ΔH突然增大，ln(p/pB)-T曲线向下转折，在温度高于AB熔点时，曲线变平坦。

*00

试根据式ln po2(MeO)=ΔfGm(MeO)+lnP说明氧势RTln(po2/p)中po2项的物理意义

2

解：Po为氧化物MeO在给定温度下的离解压，即氧的分压。

已知反应Li2CO3=Li2O(S)+CO2的ΔrGm=325831-288.4T J/mol(1000-1125K)

试求（1）分解压与温度的关系

00

（2）当气相Pco2和总压分别为0.2p和p时，计标其开始分解温度和化学沸腾温度。 （3）将1mol Li2CO3置于22.4L密封容器中控制温度为700℃，求Li2CO3的分解压。

000

解：（1）ln Pco2-lnp=-ΔrGm/RT ln(Pco2/ p)=-39191/T+34.69

00

ln Pco2=-ΔrGm/RT+ lnp=(288.4T-325831)/8.314T=-39191/T+46.2

0

(2)当Pco2=0.2P时

39191/T=36.3→T=1079.6K

0

当Pco2= P时 T=1129.9K

(3)当T=700℃时

ln Pco2=-39191/(700+273)+46.2 Pco2=372.8Pa 根据克拉伯龙方程

-3

PV=nRT n=PV/RT=372.8*22.4*10/8.314*973=0.0010 容器中Li2CO3的分解率仅为0.1%

0

已知反应LaN(s)=La(s)+N2/2的ΔrGm=301328-104.5T J/mol (298-1000K),试求1000K时LaN的分解压。

00.5*0

解：Kp=(PN2/P) ΔrGm=-RTlnKp=-/2RTln(PN2/P)

0**0

LnpN2 -Lnp=-2ΔrGm/RT LnpN2=-2ΔrGm/RT+ Lnp=-72486.9/T+36.7 当T=1000K时

-16

LnpN2=-15.48 PN2=2.83*10Pa

0

0

25

已知2000K时，当气相氮分压为0.13Pa时氮在金属铌中的溶解度为1.12mol%，求同温度下，氧分压为130Pa，氮在铌中的溶解度？ 解：根据西华特定律

C（A）=ks√PA2 (ks为常数)

当气相氮分压为0.13Pa时 C（A）=1.12% 所以 ks=3.11

当PN2=130Pa时 C（N2）=3.16*√130=36.0mol%

为了除去氩气中的O2，将氩气通入600℃时盛有铜屑的不锈钢管中，利用铜吸收氧，试求（a）设过程达到平衡，计标经上述处理，氩气中氧的平衡分压（b）如果将炉温分别提高到900℃或下降到400℃，试问Ar中氧含量各有变化？

*

注：Cu2O的ΔfGm=-184576+78.0T

**

解：(a)这里，铜为1价，因此ΔfGCu2O=2ΔfGm=-2*184576+156.0T

*0

ΔfGCu2O=-RTln(Po2/p)→lnPO2=-44401.3/T+30.29 当T=600+273=873K时

-9

LnPO2=-20.57 PO2=1.16*10Pa (b)当T=900+273=1173K时

-4

LnPO2=-7.56 PO2=5.19*10Pa 氩气中氧含量下降 当T=400+273=673K时

-16

LnPO2=-35.96 PO2=3.18*10Pa 氩气中氧含量升高

已知反应

*

2Ni(S) + O2 = 2NiO(S)的?rG? （即?fG(NiO) ）与温度的关系为：

*–1

?rG? = ?fG(NiO) = –523756 + 217.2T J·mol

求（a）在Ni和NiO均为固相的温度范围内NiO的分解压与温度的关系及1725K时的PO2(NiO)值；

（b）在空气中欲通过NiO的分解制取金属镍的最低温度； （c）在空气中NiO分解过程的“T沸”。 解：（a）根据式7-4得： 1725K时：

（b）根据式7-6得：

T开 = -27354/(lg0.21-11.34) = 2275 K （c）根据式7-7得：

T沸?A'/(?B')??27354（/?11.34）?2412(K)

第八章

1、______________是以图的形式表示系统内平衡状态与热力学参数的关系。热力学平衡图 2、掌握热力学平衡图的__________和________，并正确运用它以分析冶金中的问题是十分重要的。绘制原理、方法

3、相律是表征平衡体系内__________、___________和________之间的关系的定律。自由度数、独立组元数、相数

26

4、在热力学平衡图的绘制过程中，_______的作用主要是确定图中各稳定区域、平衡线以及交点上应有的凝聚物质的种类数。相律 5、平衡原理用于研究复杂体系中________与_______的平衡情况，以及气相内各组分之间的平衡情况。凝聚相、气相

6、热力学平衡图是以________的形式表示系统中物质稳定存在的形态与热力学参数之间的关系 图

7、 平衡图的计算主要是求出各种物质稳定区的________ 分界线 8、各物质稳定区的分界线实际上是物质间的________ 平衡线 9、相律的主要作用是确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点上凝聚态化合物的________种类数

10、所有化合物的稳定性均随温度升高而________ 减小

11、对多价元素而言，其低价和高价化合物的稳定性随________变化的趋势不同。 温度 12、相对来说，高温时低价化合物较稳定，高价化合物只在________下较稳定。 低温 13、金属硫化物的高温化学过程是硫化矿现代处理方法的________ 基础

14、仅从热力学上考虑，在一定温度下焙烧时，只要保持气相组成在稳定区内变化，就可以获得与该稳定区对应的________ 凝聚相产物

15、若要获得铁的氧化物，则需要在_______下焙烧 较高温度（>800 ?C） 16、若要得到铁的硫酸盐，则需要在_______下焙烧 较低温度（<600 ?C ） 17、硫酸化焙烧要求气氛中有较大______ SO2分压

18、当气相

(PCl2/P?)/(PO2/1P?)2值一定时，

PTiCl4/PTiOCl2值______一定；

19、在焙烧体系中，凝聚相活度______ 不为1

20、由于固溶体或复杂化合物的生成，将使该化合物的活度显著______ ；以固溶体或复

杂化合物形态存在的反应物有较大的稳定 减小

21、?–pH图是在给定温度和组分的______（浓度）或气体逸度（分压）下，表示电势（ ?，

?，Eh ）与pH的关系图 活度

22、化合物在水溶液中的稳定性大多与水溶液的______值有关 pH

23、在绘制?–pH图时，规定使用______，氧化态、电子e、H+ 写在反应方程式的左边，

还原态写在反应式的右边； 还原电势 24、在水溶液中Au______被氧化 不可能

25、工业上常用______从铜、镍、钴的硫化矿、氧化矿中提取铜、镍、钴 氨络合浸出法 26、在一定条件下CuCl2、SbCl5等可作为相应金属______的氧化剂 硫化矿

1、铝的卤化物在低温下稳定，高温下不稳定。错 2、硫酸化过程应在较低的温度下进行。对

3、氧化焙烧应控制系统中有较低的来lgPO2和较高的PSO2.。错

4、对多价金属氧化物而言，其高价的易被浸出，而低价的相对较难。错 5、对所有氧化物而言，温度升高PH降低。对 1、简述热力学平衡图的绘制方法和步骤。

27

2、简述电位PH图的绘制过程。

1、1）查明系统物质的种类及其热力学性质；2）相律分析；3）初步确定有效反应；4）热力学计算；5）根据计算结果绘制成平衡图。

2、1）确定体系中可能发生的各类反应，写出每个反应的平衡方程式；2）由热力学数据计算反应的标准生成吉布斯自由能，求出平衡常数K；3）写出各个反应的电势与PH的关系；4）求出各个反应在指定离子活度或气相分压条件下的电势与PH的关系式；5）绘制电位PH图。

金属氧化物酸浸出的条件：

◆ 溶液中的电势和pH值都处于Me2+的稳定的区内； ◆ 溶液的pH值小于平衡pH值；

◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH

已知Nb2O5在1000K时与Cl2(g)作用能生成NbCl4，NbOcl3,O2(g),等气态化合物，1000K温度

0

下Nb2O5（s），NbCl4(g)，NbCl5(g), NbOcl3(g), O2(g), Cl2(g)的标准摩尔吉布斯自由能Gm分别为-2113.8、-989.50、-1211.36、-1164.80、-220.62、-240.80KJ/mol,试求平衡气相

00

成分与lg(Po2/p)、lg(Pcl2/p)的关系。 解：根据逐级转换原则，有反应： NbOcl3+1/2Cl2= NbCl4(g)+1/2O2 1-1 NbCl4(g)+1/2 Cl2= NbCl5(g)+ 1/2O2 1-2 根据反应1-1有

1/21/20

Lg[（Po2/P）*PNbcl4/(PCL2/P)*PNbocl3]=ΔrG(1-1)/2.303RT

3

=[(-1/2*220.62-989.50+1/2*240.8+1164.80)*10]/(2.303*8.315*1000)

33

=(-185.39*10)/(19.147*10)=-9.68

-9.68+1/2【Lg(Pcl2/P)-lgpo2/p)

PNbcl4/ PNbocl3=10:1

-9.68+1/2【Lg(Pcl2/P)-lgpo2/p)

PNbocl3/ PNbcl4=1: 10 式1-1 据反应1-2有

1/2001/203

Lg[（Po2/P）*（PNbcl5/P]/ (PCL2/P)*（PNbcl4/P） ）=-ΔrG(1-2)/19.147*10=(/1/2*220.62+1211.36+1/2*240.8+989.5)/19.147=11.059 Lg PNbcl4/ PNbcl5=11.05+1/2(PCL2/P) -1/2 Lg（Po2/P）

11.06+1/2[LgPcl2/P0-lGpO2/P0]=

PNbcl4/ PNbcl5=101-2 联立式1-1和1-2得

-9.68+1/2[(LgPcl2/P0)-Lg(Po2/P)]11.06+1/2[Lg(Pcl2/p0)-Lg(Po2/P0)

PNbocl3:PNbxl4:PNBCL5 =1:10:10

]0,

气相中 NbCl5、NbCl4很小，因此可近似认为平衡PNbocl3=P，平衡常数

004056

LgKP=Lg[*PNbocl3/P]*( Po2/P)/ (PCL2/P)

0

=ΔrGm /2.303RT=4.70

0

因为 ΔrGm=-5*220.62-4*1164.80-（2*2113.8-6*240.8）=-8909（KJ/mol）

0

5 Lg( Po2/P)-6 Lg(PCL2/P)=4.70

已知下列反应的标准吉布斯自由能的变化与温度的关系为

0

a、 Cu2O(s)=2Cu(s) +1/2O2 ΔrGm=184576-78.00T J/mol

28

b、 2CuO(S)= Cu2O(s)+1/2 O2 ΔrGm=146091-112.75T J/mol

注：为了简化，方程式已作直线化处理

试以LgPO2和1/T 为坐标，绘制Cu-O 系的热力学平衡图，并进行分析说明（温度范围取400-1200K）

解：①Cu2O(s)=2Cu(s) +1/2O2

01/2

Kp0=( Po2/P)

00

Lg Kp0=1/2 Lg Po2-1/2LgP=-ΔrGm/2.303RT

0O

LgPo2=-(2ΔrGm)/2.303RT+LgP

O

=-[2*(184576-78.00T)/2.303RT+ LgP

=-19277.4/T+8.15+5.01=13.16-19277.5/T T(K) 1/T*10LgPo2 -3 0

400 2.50 500 2.00 600 1.67 700 1.43 800 1.25 900 1.11 1000 1.00 -6.1 1100 0.91 -4.4 1200 0.83 -2.9 -35.0 -25.4 -19.0 -14.4 -10.9 -8.3

②2CuO(S)= Cu2O(s)+1/2 O2

O

LgPo2=-2**(146091-112.75T)/2.303RT+ LgP =-15258.99/T+16.78=-15258/T+16.78

图生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系图 （1） 写出各界线上的平衡反应

（2） 写出P、E两个无变点的平衡反应 （3） 分析123456冷却路线 解：（1）界线上的平衡反应 e1E L=C+B e2E L=B+D e3P L+A=P e4P L=A+C EP L=C+D

(2)两个无变点的平衡反应 P LP+A=C+D E L=B+C+D

(3)结晶冷却路线 1 液 1→（L=C+D） 固 1（B+D）

2 液 2→a（L→A，f=2）→(L+A→D,f=1)b→(L→D，f=2)c→(L→C+D，f=1)E(L2→B+C+D) 固 A→(A+D)D→(c+d)d→(B+C+D)2

3 液 3（L→A→D）→(L→D,f=2)e→(L→C+D)e 固 A→(A+D)D→(C+D)f→(B+C+D)3

但金属的稳定区的大小决定于（4）线和（3）线，即反应2Me+O2=2MeO的平衡线和 Me+SO2=MeS+ O2的平衡，当金属对氧的亲和势越小及平衡时氧的分压越大，线4将向右稳定，同时金属对氧的亲和势越小，则平衡时SO2分压增大，线（3）向上移动，这些都导致Me的可能性增大，所需温度较低。

29

图8-3 Me-S-O系等温平衡图

试根据本章有关的热力学平衡图分析将硫化矿分别进行氧化焙烧、硫酸化焙烧及直接熔炼制取金属时原则上应控制的条件。 解：1）氧化焙烧

应控制系统中有较高的LgPo2值及较低PSO2值，氧化焙烧应在较高的温度下进行。 2）硫酸化焙烧

为得到MeSO4,应控制较高的LgPo2值，焙烧过程在较低的温度下进行。 3）直接熔炼制取金属

控制一定的条件可直接制的金属，升高温度，有利于直接制的金属。

30

图8-5 lgPSO2一定时，简单Me-S-O体系的lgPSO2 -1/T 图

根据相律分析一定温度下Fe-Ti-Cl-O系平衡图中每条平衡线上平衡共存的凝聚态物种数。 解：

① 的平衡共存的凝聚态物种，FeCl2 ② FeCl2、TiO2(S) ③ FeCl2（L）、TiO2(S)、FeO.TiO2(s) ④ TiO2(s) 、FeO.TiO2(s)、Fe3O4(s)

⑤ FeO(s)、FeO.TiO2(s)、Fe3O4(s) ⑥ Fe2O3(s)、Fe3O4(s)、FeO.TiO2(s) ⑦ Fe2O3(s)、TiO2(s)、FeO.TiO2(s) ⑧ TiO2(s)、Fe2O3(s) ⑨ FeCl2（L）、FeO.TiO2(s)、FeO(s)

31

⑩ FeCl2（L）、TiO2(s)、Fe2O3(s) 11 FeCl2（L）、FeO.TiO2(s)、Fe2O3(s) 12 TiO2

钛冶金的主要原料是钛铁矿，其分子式是FeO.TiO2，即主要含铁和钛，而铁和钛按分子结合，为从中回收钛，首先应将铁和钛分离，为探索钛和铁分离的技术方案，人们绘制了1100℃时的Fe-Ti-Cl-O系平衡图（图8-22） ，根据图你认为在哪些条件范围内可使钛和铁分离。

解：控制LgP/P0为-18，LgP5

o2CL2/P（-8-4/6.5=-8.6）

LgP0

o2/P为18，LgPCL2/P为-15

控制LgP0喔

o2/P为-18，LgPCL2/P-6.2—-1.5

LgP0

o2/P为-8.5，LgPCO2-1.5 及 LgPo2>(-8.5---7.5),<-5.5—4.5

LgP喔

CL2/P在-1.0到-1.5之间，可实现铁钛分离

要使钛和铁的化合物分别以不同的相存在，便可实现钛铁的分离。

某硫化矿物矿中含NiS和CuS，试根据图分析，采用什么办法可使镍铜分离？

32

解：

根据图，控制氧化电位小于0.59，PH>-0.52,便可实现镍铜分离。

某物料的主要成分为CuO和FeO，在浸出进程中采用什么措施可以使两者分离？

0

解：根据某些金属氧化物PH知 氧化物 PH298 oFeO 6.8 oCuO 3.95 在常温下，浸出过程只要控制PH> PH，其氧化物将不能被浸出，故只要控制PH>3.95，则只有FeO被浸出而CuO不能浸出，变可实现二者的分离。

试根据图分析，当ZnS、CuFeS2、NiS、FeS、CuS进行氧化浸出时，25℃下为使硫以元素形态产出，各自所需的条件，在工业易于达到的条件下，CuS用O2，能否得到元素硫。

解：ZnS、CuFeS2、NiS、FeS、CuS进行氧化浸出时，25℃下为使硫以元素形态产出，各自所需的条件为

33

ZnS CuFeS2 NiS FeS CuS φ>0.265 φ>0.221 φ>0.139 φ>0.066 φ>0.59 PH<-1.585 PH<-1.385 PH<0.813 PH<4.5 PH<-6.84到-2.52 -1.585到-1.232 -1.385到2 0.813到3.538 2-3.85 2+2-在氧化的条件下进行浸出，在工业上易于实现的条件下进行浸出，只能得到Me和HSO4或2-SO4.

2+2-试根据图说明ZnO浸出时Zn或ZnO2活度对浸出的影响。

图U-H2O系的?-pH图（25℃，溶解物种活度为10）

2+2+

解：Zn活度降低，Zn稳定存在的区域扩大，有利于浸出；

2-2- ZnO2活度降低，ZnO2稳定区域扩大，有利于浸出。

34

-3

试根据两图，从热力学上分析用金属锌作为还原剂从CuSO4溶液中置换铜是否恰当。

图 Cu-H2O系的?–pH图（25℃，溶解物种活度为1、10）

–3

35

图25℃（实线）和100℃（虚线）时Zn-Fe-H2O系的?-pH图

2+2+

解：从图可以看出，当Zn和Cu活度为1时，

2++

Zn与Zn的平衡线处于a线之下，Zn可将H2O中H还原为H2

2+2+

而Cu与Cu的平衡线位于a线和b线之间，故Zn可将Cu还原为Cu，故用金属锌作为还原剂从CuSO4溶液中置换铜是恰当的。

已知1100K将钨的氧化物进行氯化时生成WOCl4、WO2Cl2、WCl6等气

??Gr体的混合物。1100K时下列氯化反应的 值如下：

WO2Cl2?Cl2?WOCl4?θ?rG(1)1O22 (1)

= 203867 J·mol-1

1WOCl4?Cl2?WCl6?O22 (2)

36

?θrG(2) = 157072 J·mol-1

a、求混合物中WO2Cl2、WOCl4、WCl6分压比与系统中氧分压、氯分压的关系。

b、为保证产出的氯化物中含氧尽可能少，应创造什么条件。

【答案】

a、根据反应（1）：

lg[(P1/21O2?P)/(PWO2Cl2?PCl2)]?2lgPθWOCl4??203867/2.303RT??203867/1100?2.303?8.314??9.702 ? PWOCl4/PWO2Cl2?10?9.072?(PθCl2/P)/(PO2/Pθ)1/2

?

P?9.072WO2Cl2:PWOCl4?1:10?(PCl2/Pθ)/(PO2/P?)1/2 （1）

根据反应（2）：

lg??(P1O2?P12WCl6)/(PWOCl4?PCl2)????2lgPθ?= -157072/2.303RT = -7.475

? PWCl7.4756/PWOCl4?10??(PClθ2/P)/(PO2/Pθ)1/2 ?

PWOCl4:PWCl6?1:10?7.475?(PCl2/Pθ)/(PO2/Pθ)1/2

（2）

将（1）与（2）联立，得： PWO2Cl2:PWOCl4:PWCl6?1:10?9.705?(Pθθ1/2Cl2/P)/(PO2/P):10?17.18??(PθθCl2/P)/(PO2/P)1/2?2 ? (PCl?O?1/22/P)/(P2/P)值一定时，三者的分压比一定。 平衡图气相稳定区中虚线上PClθθ1/22/P值与(PO2/P)值的比例一定。 ? 虚线上述三种气体的分压比一定。 b、从平衡图各虚线上可看出： 系统中lg(PClθ2/Pθ)愈大，lg(PO2/P)值愈小，WCl6的分压比愈大。? 提高系统的氯分压和还原气氛，有利于使产物中氧含量减少。 37

第九章

1、还原过程：是指化合物与还原剂作用变成单质金属或低价化合物的过程。

2、金属热还原法：指用活性金属为还原剂，还原金属的化合物制取金属或其合金的过程。 *1、在标准状态下，还原反应进行的热力学条件______________。

?fG*(XA)??fG(MeA)

PA(MeA)?PA(XA)

3、在MeO用碳还原的直接还原条件下，在压强一定时，仅在布多尔反应平衡曲线与间接还原平衡线的交点温度时，反应保持_______；当温度高于交点温度，则稳定的为_______，当温度低于交点温度，则稳定的为_________。平衡、金属、金属氧化物

4、金属—氧固溶体CO还原反应平衡时气相成分取决于________和___________.温度、氧的浓度

5、影响熔渣中氧化物还原的因素有________、_______、________________和A元素在金属相得活度系数。温度、熔渣的成分、气相CO的压强。

6、在高炉炼铁过程中为生产高硅铸铁就应采用________、__________，为了脱磷、硫、碳应采用_________。高温、高酸度；到碱度

**7、在标准状态下金属热还原反应进行的条件___________。

?fG(XA)??fG(MeA)

38

8、真空条件在热力学上的贡献主要是_____________________。使还原反应的起始温度降低 10、在真空条件下进行的还原过程称为___________。真空还原 11、有色金属矿物大多数是硫化物或___________ 氧化物

12、炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是___________ 氧化物形态 13、钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为___________ 氯化物

14、用位于 ?G?－T 图___________的曲线所表示的金属作还原剂，还原位于?G?－T 图上方曲线所表示的金属氧化物（氯化物、氟化物）以制取金属 下方

15、在标准状态下，在氧势图（或氯势图等）中位置___________ MeA的元素才能作为还原剂将MeA还原 低于

16、当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液（熔体）中或形成另一复杂化合物时，其活度___________，对反应有利 小于1

17、当反应物MeA及还原剂X处于溶液状态，或以复杂化合物形态存在时，___________还原反应。 不利于

18、碳的高价氧化物（CO2）和低价氧化物（CO）的稳定性随___________而变 温度 19、温度升高，CO稳定性增大，而CO2稳定性___________ 减小

20、在高温下，CO2能与碳反应生成CO，而在低温下，CO会发生___________ ，生成CO2和沉积碳 歧化

21、如存在过剩氧，燃烧产物将取决于温度；温度___________，愈有利于 CO的生成 愈高

22、氧化物的?fG*愈小，用CO还原时，气体中CO／CO2值就___________ 愈大。 23、氢的成本较高，作为金属氧化物的还原在冶金生产中的应用不如用___________的应用广泛 C和CO

24、在某些特殊情况下，例如钨、钼等氧化物的还原，只有用___________作还原剂，才会得到纯度高、不含碳的钨、钼的粉末 氢 25、在1083 K（810 oC）以上，H2的还原能力较CO___________ 强

26、H2在高温下具有较强的___________，且生成的H2O较易除去; 还原能力 27、H2还原反应都是吸热反应，曲线皆向下倾斜，温度升高、%H2平衡浓度___________ 降低

28、当温度一定时，氧的活度愈大，平衡 CO CO值___________ 愈大

2

1、碳能还原全部金属的氧化物。错

2、碳对氧的亲和势随温度的升高而增大。对 3、钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂。对

4、布多尔反应随温度升高其平衡常数增大，不利于反应向生产CO的方向进行。错 5、根据吕查德理原理，压强增大有利于反应向增加体积的方向进行。错 6、布多尔反应是体积增加的反应。对 7、降低Al2O3的活度对铝还原不利。错

8、用铝热法生产钨铁时，加入铁屑对过程有利。对

9、对产生气体反应的热还原而言，降低系统的压强，将有利于还原过程。对 10、在硅热法还原MeO的过程中，随着镁蒸汽压的降低，起始温度升高。错

P/P 39

1、简述选择还原剂的基本要求。 2、影响还原效果的因素有哪些？

1、1）对A的亲和势比Me大；2）还原的产物XA易与产出的金属分离；3）还原剂不污染产品；4）低价易得。

2、2）还原剂的性质；2）添加剂；3）系统的压强

求碳气化反应在1273K，总压为2*105

时气相CO的平衡浓度。 解：C(s)+CO(g)=2CO(g)

ΔrG0

m=170707-174.47T J/mol 根据上式得，1273K时

LgK0

P=(-170707+174.47T)/19.147T

=(-170707+174.47*1273)/19.147*1273=2.109 K0

P=128.4 代入下式

P0==√[(K02/4)+ K000

co/PPP*P/P]- KP/2

=√[(128.42/4)+128.4*2*105

/101325]=1.970

φ0√[(K02000

CO=[- KP/2+P/4)+ KP*PC/PO]* P*100%

=(197*1.01325*105*100%)/(2*105

)=98.5% 用硅热还原法按下反应制取金属镁 2MgO(S)+Si(s)=2Mg(g)+SiO3(S)

已知反应ΔrG0

m=610846-258.57 T J/mol 要求还原温度为1300℃，求应保持的真空度

解：反应ΔrG00

m=ΔrGm+2RTLn(P/P)

=610846-258.57+38.294 TLg(P/P0

) 当t=1300℃，ΔrG=0时

Lg(P/P0

)=（-610846+258.57*1573）/（1573*28.294）=-3.89

(P/P0)=4.087*10-4

P=41.4 Pa

利用铝在真空下还原氧化钙，其反应为：6 CaO(s)+2Al(l)=3Ca(g)+3 CaO.Al2O3(s)

ΔrG0

m=659984-288.75T J/mol

求：①如使反应能在1200℃进行，需要多大真空度？

②如采用10Pa真空度，求CaO被Al还原的开始温度? ③在同样真空度下（10Pa），按下列反应还原 3 CaO（s）+2Al(l)=3Ca(g)+Al2O3

ΔrG0

m=703207-261.94T J/mol

试估算复杂化合物形成对还原的作用。

解：①根据等温方程，有ΔrG003Pca/P0

m=-RTln（Pca/P）=-3 RTln（）

ln（Pca/P0

）=(659984-288.75T)/3*8.314T 当T=1200+273=1473K时

ln（Pca/P0）=-6.38→Pca/P0

=0.001695 Pca(g)=0.01695*101325=171.76Pa 故真空度为172Pa ②Pca(g)=10Pa

Ln(10/101325)=11.58-26460.7/T→T=1272K

40

当真空度为10Pa时，CaO被铝还原的开始温度为1272K（999℃） ③根据等温方程

0030

有ΔrGm=-RTln（Pca/P）=-3 RTln（Pca/P）

0

703207-261.94T=-3*8.314T ln（Pca/P） T=1429.3K 从上可得知

1：对产生气体产物的热还原过程而言，降低系统压强相应地降低生成物的气态产品的蒸汽压，将有利于还原反应，即降低了还原反应的开始温度

2：生成复杂化合物，降低了还原产物的活度，有利于提高还原效果，即在相同的还原效果下，降低了还原反应的开始温度，在此题中生成复杂化合物与未生成复杂化合物相比，温度下降了430.3℃

熔渣中SiO2被碳还原，生成硅溶解于金属液中，w(si)=20%,f(si)=0.333.试求SiO2开始还

00

原温度（已知反应 SiO2(s)+2C(s)=[Si]+2CO(g) ΔrGm=586050-386.79T J/mol Pco=1.5p） 解：SiO2(s)+2C(s)=[Si]+2CO(g)

0

ΔrGm=ΔrGm+RTlnK

0022

K=dsi（Pco/P）/а(SiO2)=wsi%*fsi*（Pco/P）=20%*0.333*1.5=0.150 当ΔrGm=0时，SiO2开始还原，则有

0

ΔrGm=-RTlnK

586050-386.79T=-19.149*(-0.824T)=15.775 T=14.56K

试求高炉内1450℃，与TiC(s)及磷平衡时铁水中的钛的溶解度，已知当铁水中钛和磷均以

0

符合亨利定律质量百分数为1%的假想溶液为标准态时，[Ti]+[C]=TiC(s)的ΔrG =-153623+57.53T J/mol,铁水的含磷量为4.3% ，其余组成的浓度小于1%，可以不考虑它们i

eTi的影响（铁水中的铁的活度系数参见附录一中表5） 解：铁水中还原的钛与碳的反应为 [Ti]+[C]=TiC(S)

其中碳为饱和溶液，其活度为1，TiC(S)的活度为1 故 K =1/аTi=1/fTiW[ti]

W[ti]%=1/ KfTi

或 LgW[ti]% =- LgK-LgfTi

LgK=（153623/19.147*1723）-（57.53/19.147）=1.625

Tic

LgfTi=eTi W[ti]%+ eTiW[c]%

c-2

= eTiW[c]%=-16.5*10*4.3=-0.7095 LgW[ti]=-1.652+0.807=-0.845 W[ti]=0.143%

向温度为1500℃，含碳5.1%的铁水中加入CaC2作炉外脱硫处理，试求脱硫后铁水的最低含硫量，已知1500℃时石墨在铁水中的溶解度为5.1%，同时已知

CaC2（s）+[S]= CaS+2C

C的标准态为石墨，硫的标准态为符合亨利定律浓度为1%的假想溶液。 解：根据等温方程 ，当反应处于平衡时，有

41

0

K=1/f[s][W](S)

0

Lg[W](S=- LgK- Lgf[s]

0

LgK=357794/790147T-107.3/19.147=10.39-5.60=4.79

sCsC

Lgf[s]=es[W](S)%+ eS[W][C]= es[W](S)+ eS[W][C]

-2-2

=-2.8*10[W](S)+11.2*10*5.1

=-0.028[W](S)+0.5712 上式中只考虑[c]对f[s]的影响 LgW[S]%=-4.92-0.5712=-5.4912

W[S]=3.23*106

%

试求温度为1123K总压

P总?P?时，C-CO-CO2系统

中气相CO及CO2的平衡成分。

【答案】

【解】根据式9-2，得1123K时

lgK?P???170707?174.47T?/19.147T?1.173K?P?14.9

代入式9-6a，得：

?14.914.922PCO/P??2?4?14.9?0.685PCO2/P??0.315

? 平衡气相中CO68. 5%，CO231. 5%。

已知反应 NiO(s) + CO = Ni(s) + CO2的 ?rG??T 关系为：

? = -48325 + 1.92T J·mol-1

rG? 求平衡时，%CO与温度的关系。 【解】

lgK??P???rG/(19.147T) ?2523.9/T?0.1 ???K??2523.9/T?0.1?P?10?0.79?102523.9/T

???%CO?1000.79?102523.9/T?1

42

求T =1400 ℃， pO2分别为105、1及10-15Pa， 即pO2/p?分别为1、10-5及10-20时，反应 2CO ＋O2 ＝ 2CO2 的 CO/CO2 值。

1 在 pO2/p? 标尺上找出 pO2/p? = 10-5 的点G，作“O”和G点的连线； 2 从温度坐标轴上 1400 ℃处作垂线，与“O”、G 连线相交于 F 点；

连接“C”、 F 点，与 CO/CO2标尺相交，交点读数1/10-2，即为所求的 CO/CO2 值

第十章

1、生铁中硫往往使钢发生_______，磷使钢______。热脆、冷脆

2、高温分离提纯的方法可分为两大类;___________和__________。化学法、物理法

3、在粗金属凝固过程中，使杂质优先进入固相产物，提高平衡液相浓度的方法有___________、____________、___________。熔析精炼法、区域精炼法、定向凝固法

4、在粗金属蒸发过程中，使蒸发的组分进入气相，与难蒸发组分分离的方法有________和_________。蒸发法、升华法

5、在标准状态下，P223线位于主金属氧化物______的元素在氧化精炼时将不能除去。上面 6、影响氧化精炼过程除杂效果的因素有_______、____________、____________和杂质的性质。温度、熔渣的成分、金属相得成分

7、熔析过程中影响提纯效果的因素主要有________和_________。温度、粗金属成分

8、一般金属中杂质分为两类：一类是使金属熔点降低的，另一类是_______________.使金属熔点升高的

9、真空对蒸馏过程带来的贡献主要是使蒸馏温度_______，进而使B值向有利于分离的方向进行。降低

10、当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物理、化学和___________会发生变化。机械性能

11、火法精炼中化学法 是基于杂质与主金属化学性质的不同，加 入某种反应剂使之形

43

成某种难溶于金属 的化合物析出或___________ 造渣

12、火法精炼中物理法师基于在两相平衡时杂质和主金属在两相间___________的不同 分配比

13、利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程中，其易蒸发的组份将主要进入___________，与难蒸发组分分离——蒸馏精炼、升华精炼 气相 14、在氧化精炼条件下，杂质元素及氧都是作为___________处于主金属的熔体（溶液）中 溶质

15、在研究熔体（溶液）中的化学反应时，其溶质的标准态不一定采用_________ 纯物质 16、升高温度对精炼除杂反应_______ 不利 17\\渣的酸碱度影响渣中_______的活度。 氧化物

18、当杂质氧化产物为碱性氧化物时，则炉渣应保持为_________ 酸性

19 CO气泡的形成应克服气相压力、钢液及熔渣层的静压力以及形成气泡所需的_________表面能。

20、铜和铁对硫的亲和势较铅、锡、锑等________ 大 21、过程温度________共晶温度，提纯效果愈好 愈接近

22在一个温度分布不均匀的体系中，当连续降温时，先凝固部分与后凝固部分有________的组成。 不同

1、升高温度有利于氧化精炼除杂反应。错

2、降低钢液的厚度有利于降低Pco,相应地降低钢中碳的含量。对 3、在区域熔炼过程中，凝固速度越低越好。错

4、凡能强化液相传质速率的因素均能提高提纯效果。对 5、增加熔区长度有利于提高提纯效果。对

6、采用真空蒸馏，降低了工作温度，提高了分离效果。对 9/

1、硫化精炼：由于铜和铁对硫的亲和势较铅、锑、锡大，因此将硫加入含铜铁的上述粗金属，则铜、铁将形成相应的硫化物与主金属分离。

2、蒸馏法：是基于物质的饱和蒸汽压的不同，而实现其相互分离的过程 1、简述影响区域熔炼效果的因素主要有哪些。

1、1）区域熔炼次数；2）熔区长度；3）熔区移动次数；4）其他

0

已知反应4[C]+(CrO4)=3[r]+4CO的 ΔrGm=934706-617.22T J/mol

0

现钢液的成分W[r]=18%,Ni=9%,W[C]=0.35%,进行氧化精烧，系统中PCO/P=1 求[Cr]、[C]、表示钢中溶解的Cr和C

030443

解：K=а[cr] (PCO/P)/а[c]=(fcrW[cr])/fcWc

0

lgK=3lgfcr+3lgW[CR]-4lgfc-4lgW[c]

crcni

lgfcr=eciW[cr]+ecrW[c]+ecrWni

-2-3-2-2

=-0.03*10*18+(-12*10)*0.35=-4.47*10=-4.56*10

ccrni

lgfc= +ecW[c] +ec W[cr]+ ecWni =14*0.35+(-2.4*18)+0.012*9=-0.383=-2.75

44

lgK=3*4.56*0.2+3lg18+4*0.275-4lg0.35 =-0.1422+3.7658+1.532+1.8237=6.826

0

根据等温方程有lgK=-934706/19.147T+32.224 32.224-6.826=934706/19.147T

T=934706/(32.224-6.826)19.147=1922K 已知下列反应的标准吉布斯自由能变化

0

1/2Cu+1/2O2=Cu2O (1) ΔrGm(1)=-184576+78.0T J/mol

0

Co(s)+1/2O2=CoO (2) ΔrGm(2)=-245600+78.66T J/mol

求1200℃时用氧化精炼法从铜中除钴时，最终含钴量（设CoO、Cu2O、Cu均为单质，Co在铜中的活度参数见表10-3）

解：氧化精炼法除钴的反应为 [Cu2O]+[Co] =CoO(s)+2Cu

1200℃时除钴反应的标准吉布斯自由能变化

000

ΔrGm=ΔrGm(2)- ΔrGm(1)=-245600+184576+（78.66-78.07）T =-61024+0.59T=-61024+0.59*(1200+273)=-60155 J/mol

0

故1200℃时， Lgk=-60155/190147*1473=2.13

02

k=1.35*10

oo

从表10-3知对铜中溶解的钴而言，γ=15.4,而稀溶液γ=γ。

2

1/（X[co]γ）=1.35*10

2-4

X[co]=1/(1.35*10)*15.4=4.81*10

Xb=(WB/MB)/[ (WB/MB)+(100-WB)/MB]=(MA/100MB)（WB） 因为B的浓度很小，或MA与MB相近，故

-6-4

WB=(100MB*XB)/MA=100*59*5.18*10/63.5=4.18*10%

-5

X(CO)=4.81*10，换成质量百分比浓度为0.00446%

即1200℃时用氧化精炼法从铜中除钴时，最终含钴量为0.00446%。

粗铜中含杂质硫，加上02使之氧化成SO2除去，已知铜液反应

0

2[o]+[s]=so2 (g)的 ΔrGm=-107215+34.48T j/mol

[o]、[s]均符合亨利定律，质量浓度为1%的假想溶液为标准态。

求1200℃下，当W[O]保持1%，气相中PSO2=101Pa 时，熔铜中的残留的硫量。

0022

解：K=(PSO2/P)/(а[O]а[S])

因为[o]、[s]均符合亨利定律，质量浓度为1%的假想溶液为标准态，有 002K=(PSO2/P)/[%s][%o]

002

[%s]= (PSO2/P)/ K[%o]

0

LgK=(-107215+34.48*1473)/(19.147*1473)=2 0

K=100

-5

[%s]=(101/101325)/0.01=10 液铜中的残留的硫量为0.1%

已知Sn-cd合金含W[cd]=1%,在955k时，cd在锡中的活度系数为2.26（纯物质为标准态），

*-6

cd 的饱和蒸汽压为PCD=33.3Kpa,Sn的饱和蒸汽压为1.3*10pa

求：955k时上述合金中cd的蒸汽压；气相中镉与锡的摩尔比；βcd/sn 解：sn-cd合金中各物质的摩尔分数（以100g即） Xsn=(99/118.7)/[(99/118.7)+(1/112.4)]=0.989

45

Xcd=(1/112.4)/[(99/118.7)+(1/112.4)]=0.011

*

(1) Pcd=P[cd]* Xcd*γcd=33.3*0.011*2.26=0.83 Pa

*-6-6

Psn= P[sn]* Xsn=1.5*10*0.989=1.286*10 Pa

-65

Pcd/ Psn=ncd/nsn= 0.83/1.286*10=6.45*10

57

βcd/sn=6.45*10/(0.011/0.989)=5.8*10

为提高蒸馏效果，从热力学上分析，你认为可采取什么措施 解：（1）降低蒸馏温度；（2）采用真空蒸馏

温度为800K下，用氧化精炼法按下反应从粗铅中除锡 [Sn]+2PbO=2PB(S)+SnO2

0

已知800K时反应①Sn(l)+O2=SnO2(S) (1) ΔrGm=-583877 J/mol

0

②Pb(l)+1/2 O2=PbO(S) (2) ΔrGm=-219660 J/mol

0

同时已知800K时，Sn在Pb中的γ=2.3 （1） 不加添加剂时，除Sn的限度

-5

（2） 设加入NaOH作溶剂，使熔渣中SnO2活度降为10（以纯物质为标准态），试求

除Sn的限度。

解：反应[Sn]+2PbO=2PB(l)+SnO2(s) 在800K时铅的标准吉布斯自由能

000

ΔrGm=ΔrGm（2）-ΔrGm（1） =-144557 J/mol

00

故800K时，lgk=-ΔrGm/19.147*800=9.437

00

因为Sn在pb中的γ=2.3，而稀溶液γ=γ

9-6

（1）1/（xsnγ）=3.653*10 xsn=1/2.737*2.3=1.588*10

-15-9

Wsn%=(100WSNXSN)/MPB=(100*118.7*1.588*10)/207=9.106*10%

-15

(2) 当k=аsno2/(xsnγsn) xsn=1.588*10

0

已知Cu2S，SnS的ΔrGm与温度的关系为

0

Cu2S ΔfGm(Cu2S)=-142747-26TlgT+120.1T j/mol

0

SnS ΔfGm(SnS)=-139846+6408T j/mol

同时已知280℃时Cu在Sn 中的溶解度W[cu]=3%,求在280℃锡加硫除铜时，铜的最小含量

解：280℃时

0

ΔfGm(Cu2S)=-142747-26*553lg553+120.1*553=-115766.6 j/mol

0

ΔfGm(SnS)=-139846+64.8*553=-104011.6 因为[SnS]+2[Cu]=Cu2S(S)+Sn(l) ① Sn(l)+S=[SnS] ② 2[Cu]+S= Cu2S ③ 反应①=③-②

000

ΔrGm1=-ΔfGm(SnS)+ ΔfGm(Cu2S)=-11755

0

所以lgk1=-(-11755/19.147*553)=1.11

已知280℃时，铜在锡中溶解度为W（cu）=3%,质量分数 Xcu=(3/63.5)/[(100-3)/118.7+(3/63.5)]=0.0547

当以纯物质为标准态时，饱和溶液中溶质的活度为1，故锡液中铜的活度系数为1/0.0547=18.30

46

故[γ[cu]][Xcu]=1/k=1/12.882 [γ[cu]Xcu]=0.279

Xcu=0.279/18.30=0.0152

WCU=(100WCUXCU)/MSN=(100*63.5*0.0152)/118.7=0.815%

试计算炼钢炉渣组成为45%(CaO+MgO)，25%(SiO2+Al2O3+P2O5)、25tO、5%MnO (mol%)，20

温度为1873K时，钢液中锰的平衡浓度。 【解】锰氧化的反应为： [Mn]＋(FeO)＝(MnO)＋[Fe] 对于Fe、MnO、FeO，以纯物质为标准态； 钢中的锰以符合亨利定律质量浓度为1%的溶液为标准态； 由于钢液中[Mn]的浓度很小，f[Mn] ≈1 。 反应的平衡常数：

K?a[Fe]?a(MnO)Mn?a[Mn]?a

(FeO)

K'??(MnO)?(%(MnO))Mn(%[Mn])?? (FeO)?(%(FeO))10-2知：

lgK'Mn?6440/T?2.95?6440/1873?2.95?0.488,

K'Mn?3.1

5-3，在上述成份的炼钢炉渣中，1873K时 aFeO?0.68; 5-8，?MnO?1.6。故钢液的锰浓度为：

%[Mn]??MnO?[%(MnO)]?1.6?0.05K'Mn?a(FeO)3.1?0.68?0.038

Fe1(s)?2O2(g)?FeO(s)

(1)

?rG?(1)?1?*fGFeO= ?264176 + 64.66T J·mol?12 47

由表

由图由图

已知下反应的标准吉布斯自由能变化为：

2Cu(s)?12O2(g)?Cu2O(s) (2)

?*rG?(2)?1?fG(Cu2O)= ?184076 + 77.99T J·mol?12 求1200℃下用氧化精炼法从铜液中除铁的平衡浓度。 【解】氧化精炼法除铜的反应为：

[Cu2O] + [Fe] = FeO(s) + 2Cu

1200℃时除铁反应的标准吉布斯自由能变化：

??rG???rG(1)??rG?(2)= ?103246 J·mol?1

?

K? = 4. 57?103

从表10-3知，对铜中溶解的铁，?0 =19.5； 而对稀溶液而言，?0 = ?0。故：

1x?19.5?4.57?103[Fe]

x[Fe] = 1.12?10?5

换算成质量百分浓度为0.0011%。

炼钢过程中残余氧和碳浓度的关系

◆ 对于炼钢过程，反应10-6的标准吉布斯自由能变化：

?□rG(10?6)??22363?39.63T，lgK?P = 1168/T + 2.07 ?%[C]???%[O]??PCO/P?K?ff

（式10-6）

P?[C]?[O]◆ f[C]、f[O]值与碳浓度有关。

◇ 随着碳浓度增加，f[O]下降，f[C]增加。

◇ 在%[C]为0.02~2%范围内，f[C]、f[O]之积接近1。

48

?? 当PCO=P?时，?%[C]???%[O]??1/KP?m

m —— 平衡碳氧积。

◇1600℃，碳含量不太高（<0.5%），m = 0.0025 (0.002~0.003)（可用于1550~1620℃温度范围内）。

设钽粉含C 0.2%，现加入Ta2O5在2400℃与之反应，要求将C降为0.002%，而产品残氧不超过0.15%，试求系统CO分压的允许最大值。 【解】将式2-5-8外延应用到2400℃ 2400℃时，在钽中 ?%[C]???%[O]?

?44 ?(PCO/P)/2.83?10exp(?3.25?10/2673)

?(PCO/P?)/2.83?104?exp(?12.16)

?(PCO/P?)/2.83?10?1.28

? ?(PCO/P)/0.15要求：%[C] ≤0.002，%[O] ≤0.15， 则 ： (%[C])(%[O]) ≤ 0.002×0.158 = 0.0003 故： PCO/P? ≤ 0.0003?0.15 = 4.5?10?5 PCO = 4.5?10?5P? = 4.6Pa ? 系统中CO分压应小于4.6Pa

第十一章

1、 湿法分离提纯的主要方法有________________、_______________、________________。

沉淀法与结晶法、离子交换法、有机溶剂萃取法。

2、 沉淀过程一般是指向溶液中加入___________，使其中某种组分形成难溶化合物析出。

化学试剂

3、 结晶过程是指改变溶液的__________条件，使溶液中某组分过饱和，形成结晶析出的过

程。物理化学

4、 沉淀结晶的主要作用是__________和_______________。除杂质、得到纯化合物 5、 水解平衡时，溶液中残留金属离子的活度的对数与pH成__________。直线关系

6、 影响溶液中残留金属总浓度的因素有沉淀剂的平衡浓度、溶液中离子的价态、

?? 49

__________、________。温度、溶液的pH

7、 从水溶液中除铁常用的方法是______________。氢氧化铁沉淀法

8、 离子交换树脂的结构包括__________、____________和__________。高分子部分、交联

剂部分、功能团部分

9、 离子交换树脂对离子选择性的大小，通常用离子的_________来表示，选择系数 10、为了保证好的分离效果，离子交换过程宜在____浓度的溶液中进行。低

11、分离柱状铜离子氢离子饱和的阳离子交换树脂的基本过程为________、_________。吸附、淋洗

12、常见的萃取功能基上的活性原子是___、_____、_____、_____原子。氧、磷、氮、硫 13、冶金工业中目前常见的萃取剂是含____、_____、____功能基的萃取剂。氧、磷、氮 14、萃取体系的表示方法__________________________________。被萃取物/水相组成/有机相组成

15、萃取工艺过程一般可分为______、________、_________三个主要阶段。萃取、洗涤、反萃取

16、实际溶剂萃取研究中一般采用________来表示萃取平衡时被萃物质在两相中的分配情况。分配比

17、利用萃取等温线，可以计算不同浓度的________。分配比

18、在冶金工业中广泛使用的中性萃取剂是____________。中性磷型萃取剂

19、影响萃取平衡的因素有_______、_________、离子半径、萃取剂浓度、金属离子浓度。酸度、盐析剂 20、

1、 所有金属的氢氧化物都难溶于水。错

2、 在水解平衡时，pH越高，残留金属离子的活度越小。对 3、 溶液的pH降低，有利于沉淀过程的进行。错

4、 对硫化物而言，溶液中金属离子的平衡浓度随pH值的升高而升高。错 5、 对水解沉淀而言，在pH不太大的范围内，同一变价金属的高价离子比低价离子易水解。

对

6、 对大部分沉淀而言，其溶解度随温度的升高而升高。对

7、 总交换容量与树脂的交联度有关，交联度小则总交换容量大。对 8、 离子与树脂上功能团之间的作用力随离子水合半径的减小而减小。错

9、 强碱性阴离子交换树脂对阴离子的相对亲和势随离子的离子的水合半径的减小而减小。

错

10、分离系数越大，两物质越易分离，萃取的选择性越好。对

1、 离子交换法：是基于固体离子交换剂与电解质水溶液接触时，溶液中的某种离子与交换

剂中的同性电荷离子发生交换作用，结果溶液中的离子进入交换剂，而交换剂中的离子进入溶液。

2、 总交换容量：是指单位干树脂中所含功能团上可交换离子的总摩尔数。 3、 操作容量：是指在一定的交换条件下所达到的实际交换容量。

4、 溶剂萃取法：利用有机溶剂从与其不相混溶的液相中把某种物质提取出来的方法。 5、 萃取剂：是一种有机试剂，能与被萃取物作用生成一种不溶于水而易溶于有机相的萃合

物，从而在萃取时使被萃取物由水相转入有机相。

6、 稀释剂：在萃取过程中用于改善有机相的物理性质的有机溶剂。 7、 盐析剂：是溶于水相不被萃取又不与金属离子络合的无机盐。

8、 络合剂：是溶于水相不被萃取又不与金属离子生成各种络合物的配位体。

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