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二 O 一三年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目代码及科目名称： 814 冶金原理 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。 注意：本试题可能用到的基本数据如下： CaCO3（s）=CaO（s）+CO2 Si（l）+O2=SiO2（s） 准考证号码： ∆G°=170577－144.19T J/mol ∆G°=－946350＋197.64T J/mol ∆G°= －114400－85.77T J/mol ∆G°＝－581870＋221.75T J/mol ∆G° ＝－295100＋129.83T J/mol ∆G°＝－747250＋141.84T J/mol ∆G°＝－1226830＋390.37T J/mol ∆G°＝22590－42.26T J/mol ∆G°＝－131500－17.61T J/mol C（s）+1/2O2=CO 密 封 线 内 不 要 写 题 [Si]＋2[O]＝SiO2（s） [Mn]＋[O]＝MnO（s） [Ca]＋[O]＝CaO（s） 2[Al]＋3[O]＝Al2O3（s） C（s）=[C] （[C]取质量 1％溶液为标准态） Si（l）=[Si] （[Si]取质量 1％溶液为标准态） 一、 （36 分）简答题： 1. 如何定义铁液中活度的相互作用系数 eB ？若 eB > 0, 第 3 组元 K 对组元 B 在铁液中的溶解 度有何影响？ K K 报考专业： 2. 转炉炼钢渣系的 3 个主要氧化物组元是什么？其碱性强弱顺序？炉渣碱度表述公式？ 3. 钛的氧化物 TiO2（s） 、 TiO（s） 、Ti2O3（s）氧势大小顺序？高温下哪一个更稳定？酸碱性 强弱顺序？ 4. 有效边界层内是否是完全静止的分子扩散？请写出扩散系数 D 与传质系数 β 之间的关系 式以及式中各量的国际单位制中的单位。 5. 已知基元反应 A B 的速率微分式为 − dC A = k ( k 为反应速率常数)，问 k 在国际单位 dt 姓名： 制中的单位？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。 6. 溶质 B 在一定温度下互不相溶的平衡共存两液相 I 和 II 中的活度比值为一常数， 但浓度比 不是常数。对否？ 第 1 页 共 3 页

二、 （12 分）利用固体电解质电池测定某钢液的氧含量，电池结构为： Mo| Mo（s）+MoO2（s）|ZrO2(MgO)| [O]Fe |Mo 在温度为 T K 时，测得电池的电势为 E V。另外，可查到下述反应的基本热力学数据： Mo(s)＋O2＝MoO2(s)， O2＝2[O]1%， ∆ sol G 0 0 ∆ f Gm J/mol； （1） （2） J/mol（[O]以质量 1％溶液为标准态） 试利用上述数据推导温度为 T K 时钢液中氧的质量分数 w[O]的计算公式 （假设固体电解质 为纯氧离子导体，要求推导过程中写出各电极反应、电池反应、相关公式） 。 三、 （18 分）如图所示为具有一个稳定的二元化合 物 D 的三元相图。e1~e5 均为二元共晶点，回答下 列问题： （请注意在答题纸上作答） 写出 A、D 的初晶区。 写出 AB 线、E1e3E2 线温度下降方向。 补画 AC 边上二元系 AC 的相图。 体系点 M、e3 高温冷却时开始析出固体分别是 什么？结晶终点分别在哪里？最后分别得到什 么物质？ 5. 画出体系点 e1 的冷却曲线。 四、 （共 32 分）石灰石煅烧后的石灰是冶炼的主要碱性熔剂。研究 CaCO3（s）分解反应： 1. 将 CaCO3（s）放置于体积分数ϕ（CO2）=12%的气氛中，总压 p’=100 kPa，试求 CaCO3 （s）分解的开始温度和沸腾温度。实际上为使其顺利分解，应加热到什么温度？ 2. 上述 CaCO3（s）分解反应为放热反应，还是吸热反应？简述有利石灰石分解的热力学条 件。 3. 请描绘出 CaCO（ 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 3 s） （s）与 CaO（s）的稳定区。 4．一般用哪种动力学模型处理上述 CaCO3（s）分解动力学过程较为合理？请依据该模型说 明 CaCO3（s）分解动力学过程的主要组成环节。 5．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。 五、 （共 24 分）某电炉炼钢氧化脱磷反应式为： 2[P]＋5（FeO）＋3（CaO）＝（3CaO. P2O5）＋5[Fe] 1. 该反应为间接氧化，还是直接氧化？ 2. 添加适量 BaO 入渣，对氧化脱磷是否有利？ 3. 简述有利钢液氧化脱磷的热力学条件。 第 2 页 共 3 页 1. 2. 3. 4. ∆H 0 <0

4. 在某温度下， 如果扩散环节为限速环节， 则升高温度、 搅拌哪个措施能显著提高反应速率？ 5. 若 [P]的扩散为过程的限制性环节，且界面化学反应平衡常数 K P = w(P) * >> 1 ，分别写出 w[P] * 该条件下脱磷反应的速率微分式和积分式。若转炉容积 42 吨，渣-钢界面积 A=10 m2，钢 液密度 ρ=7×103 kg/m3，磷在钢中的传质系数 βP=2.3×10-4 m/s，求将磷去除 90%所需的时 间。 6. 将上述分子反应式改写成离子反应式。 六、 （16 分）SiO2（s）为铁水中饱和碳还原，生成的 Si 溶解于铁液中，其质量分数为 12%， 硅的活度系数 fSi=1/3（[Si]取质量 1％溶液为标准态） ，设 CO 压力为 150 kPa，请写出还 原反应式，并求 SiO2（s）还原的开始温度。 七、 （12 分）试分析 1600°C 时钢液中[Si]、[Mn]、[Ca]、[Al]在标准态下脱氧能力强弱顺序。 第 3 页 共 3 页