：码号证考 准题 写 要 不 内 线 封 密 ：业专、科学考报 ：名姓二O 一一年招收硕士研究生入学考试试题

考试科目及代码： 冶金原理 808 适用专业： 冶金物理化学、钢铁冶金、有色金属冶金

可使用的常用工具：直尺，计算器，铅笔，橡皮

答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间3小时，总分值 150 分。

可能用到的基本数据： 元素原子量MSi=28，MMn=55，MFe=56，MO=16。 CaO（s）+CO2=CaCO3（s） ?G0=-170577+144.19T J/mol。 一、 简答题（4?4+6?6=52分） 1． 氧化物MO的溶解反应MO（s）→（MO），其中（MO）的活度标准态分别选纯固态MO（s）与纯液态MO（l），（MO）的活度值是否相等？在什么条件下能相等？ 2． 如何定义铁液中活度的相互作用系数eBK？若eBK < 0, 表示第3组元K对组元B在铁液中的溶解度有何影响？ 3． 已知基元反应AB的速率微分式为?dCAdt?kCA，问该反应为几级反应？设反应物的初始浓度为C0，请写出该反应速率积分式的表达式。 4． 熔渣中氧化物CaO、SiO2、Fe2O3、FeO酸碱性高低顺序是什么？ 5． 利用下述结构的固体电解质电池测定钢液溶解氧含量： Mo丝| [O]Fe| ZrO2（MgO）| Mo（s）＋MoO2（s） | Mo丝 请写出电极反应、电池反应。 6． 请用公式表出化学反应的速率常数k与温度T的关系，并注明公式中其他量的物理意义。 7． 简述熔渣的完全离子溶液模型。请评价该模型在熔渣理论中的地位。 8． 在氧势图（Ellingham图）中， 2C+O2=2CO的氧势线倾斜向上，还是倾斜向下？为什么？其在冶金中的意义如何？ 9． 请在你所学知识中，列举至少3个衡量氧化物稳定性大小的方法。 10． 铁水预处理脱硫与转炉炼钢炉内脱硫，哪一种情况下硫更易脱除，为什么？ 二、 （26分）研究CaCO3（s）分解反应： 1. 将CaCO3（s）放置于体积分数?（CO2）=16%的气氛中，总压p’=1.25?105Pa，试求CaCO3（s）分解的开始温度和沸腾温度。 2. 上述CaCO3（s）分解反应为放热反应，还是吸热反应？请描绘出分解压与温度的关系曲线示意图（注意曲线走向），并标明图中CaCO3（s）与CaO（s）的稳定区。 3．一般用哪种动力学模型处理上述CaCO3明CaCO （s）分解动力学过程较为合理？请依据该模型说3（s）分解动力学过程的主要组成环节。 4．若已知CaCO3（s）原始半径为ro，当分解度达到R时，请写出未分解的CaCO3（s）核心的半径r的计算式。 1

三、 （20分）下图为具有一个二元不稳定化合物D的三元系相图，看图回答问题： 1. 请在答题册草图上标出物质A、B、D的初晶区。 2. 在草图上标出浓度三角形中Pe4，PE线的温度下降方向，分别写出液相在Pe4、PE两线上以及P点发生的相变反应式及其相变名称。 3. 在浓度三角形边上示意性补画出AB二元系相图。 4. 图中物系点N的初晶物质、最终结晶产物各是什么？液相消失于什么位置？ 5. 画出图中物系点e3的冷却曲线。 四、 （12分）上图中实线为实际溶液中某组分B的蒸气压pB与其在溶液中浓度（摩尔分数浓度xB或质量百分数浓度w[B]）的关系曲线。 1. 请另在答题册草图中分别描绘出拉乌尔定律线、亨利定律线。 2. 利用草图形确定拉乌尔定律常数、亨利定律常数（含摩尔分数、质量百分数浓度表示的亨利定律），并说明各比例常数对应的物理化学含义。 3. 该实际溶液相对理想溶液与稀溶液，在图中xB=0.5时分别呈现什么偏差方向？ 五、 （28分）炼钢过程中脱磷反应式：2[P]＋5(FeO)＝(P2O5)＋5[Fe] 反应热效应△H0<0 1. 简述钢液脱磷热力学条件。并将上述分子反应式改写成离子反应式。 2. 如加入适当BaO，对上述脱磷反应有无促进作用？为什么？ 3. 一般用哪种动力学模型处理该动力学过程较为合理？请依据该模型说明脱磷反应动力学过程的主要组成环节。 4. 当反应过程位于动力学范围内时，改变温度与搅拌强度，哪一个措施对该过程总反应速率影响更显著？ 5. 试推导铁液中[P]扩散为限制性环节的速率方程积分式，并定义积分式中各量符号意义。 六、（12分）钢水在1600oC与含SiO2为50%（质量百分数）的SiO2-FeO-MnO三元系渣平衡，钢水中氧浓度为0.08%（质量百分数）。假定这个渣在FeO一定的浓度范围内为理想溶液，且在1600oC氧在钢水中的饱和溶解度为0.25%（质量百分数）。试求渣的质量百分比组成。

参考答案及评分参考

六、 简答题（4?4+6?6=52分） 11． 一般不相等。熔化焓近似等于0或在熔点温度时。

2

12．

KeB??lgfB?w[K]wA?100%；溶解度增加。

13． 由于反应物浓度随时间的变化率与反应物浓度的一次方成正比，该反应为1级反应。

速率积分式：lnCA=-kt + lnC0 14． 碱性减弱方向：CaO，FeO，Fe2O3，SiO2。 15． 正极（右极）：MoO2（s）＋4e ＝Mo（s）＋2O2- ；负极（左极）：2O2- ＝2[O]＋

4e

电池反应：MoO2（s）＝Mo（s）＋2[O] 16．

k?k0e?Ea/(RT)；Ea：化学反应活化能，它是完成一化学反应进度，使物质变为活化分子所需的平均能量，J/mol；k0：指前系数或频率因子，是T?0时的k；R：气体

常数，8.314J/(mol?K)。 17． 由正、负离子分别组成的两个理想溶液的混合溶液是完全离子溶液。虽在应用上受

到一定限制，但它在熔渣理论上起了犹如理想溶液对实际溶液标准态的作用，可衡量某实际溶液对此的偏差；另外，导出的活度公式是其它离子溶液模型计算活度的基本公式。 18． 倾斜向下；该反应熵变大于0，而斜率为熵变的负值，因此斜率为负，倾斜向下；由于绝大多数氧化物氧势线倾斜向上，均能与2C+O2=2CO的氧势线相交，因此碳可以是万能还原剂。 19． 氧化物生成反应的标准吉布斯能、分解压、氧势。在一定温度下，生成反应的标准

吉布斯能愈负，分解压小，氧势小，氧化物稳定性大。 20． 铁水预处理更容易脱硫。脱硫的热力学条件是高温、高碱度、低氧化性。铁水条件下还

原性较强（低氧化性），另外铁水中Si、C浓度较高，可显著增大硫的活度系数，有利脱硫反应。而转炉炼钢过程中氧化性较强，金属液中Si、C浓度较低，脱硫效果较差。

（26分）1.七、 量纲一压力： 分压pCO2161.25?105???0.2 ， 总压p?1.25 510010CaCO3（s）=CaO（s）+CO2 ?G0=170577-144.19T J/mol

?G0??RTlnK??RTlnpCO2。

T??8908lgpCO2?7.53

则 开始温度：pCO2=0.2，T=1083K或810oC； 沸腾温度：pCO2=1.25，T=1198K或925oC 2． 吸热反应。如图。 3．

未反应核模型。界面化学反应，内扩散，外扩散。4．r?r0(1?R)1/3

三、（20分） 1. 如图。

2. Pe4线：包晶反应，L＋A＝D；

PE线：共晶反应，L＝D＋C； P点：包晶反应，L＋A＝D+C 3. 如图。

4. A；B+C+D；E 5. 如下图。

四、 （12分）

1． 如图。

2． 如图示。拉乌尔定律常数：纯物质

3