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二 O O 九年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目及代码： 冶金物理化学 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： 计算器，直尺, 铅笔 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。 准考证号码： 一、（4×4+5×6=46 分）简答题： 1. 某反应的吉布斯能 ∆G 越负，是否该反应速率越快？简述理由。 2. 已知：A（l）+2B（g）= AB2（s） 问：什么条件下，△G1°= △G2°。 密 封 线 内 不 要 写 题 △G1°； [A]+2B（g）=（AB2） △G2°。 3. 高碱度熔渣中含有 CaO 与 SiO2， CaO 与 SiO2 分别在熔渣的分子理论与完全离子溶液模型 中主要各以什么质点状态存在（假设不考虑组元之间形成的化合物）？ 4. 反应 A→B 为 0 级反应，A 的初始浓度为 C0，请推导反应过程中 A 的浓度 CA 与反应时间 t 的关系式。 5. 利用固体电解质电池测定某钢液的氧含量，电池结构为： Mo|[O]Fe|ZrO2(MgO)|Cr（s）+Cr2O3（s）|Mo 请写出电极反应、电池反应。 6. 写出化学反应速率常数与反应温度的关系式，并定义式中各量。 7. 文献中对溶液中活度的相互作用系数 ε B 的定义有下述两表达式，请证明它们等效。 K 报考学科、专业： K = εB ∂ ln γ B ∂ ln f B K = | x A →1 ； ε B | x A →1 ∂x B ∂x B 式中，γ B 、 f B 分别为溶质 B 以纯物质、质量 1%溶液为标准态时的活度系数； x A 、 x B 分 别为溶剂 A、溶质 B 的摩尔分数浓度。 8. 对于某分解反应：A2B（s）＝2A（s）+B（g） ，写出化合物 AB 的分解压 p B(AB) 与平衡常 数 K 的关系。若气氛中 B 的分压为 p B（气），则 AB 能进行分解的热力学条件是什么？ 姓名： 9. 氧势图中一些凝聚态氧化物的氧势线为何发生转折？2C（石）＋O2＝2CO 线为何倾斜向下？ 第 1 页 共 3 页

二、（34 分）分析 H2 气体还原 FeO 矿球，其反应式为： FeO（s）＋H2（g）＝Fe（s）＋H2O（g） 1) 该反应为直接还原反应，还是间接还原反应？ 2) 如何得到针对该反应的优势区示意图（气相组成与温度的关系）？图中该反应的平衡曲线 是倾斜向上还是倾斜向下？ 3) 说明利用氧势图求上述还原反应开始温度的方法。 4) 若需分析该反应过程动力学，一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请说明该动力 学过程的主要组成环节。 当铁矿石还原率为 R 时， 请写出相应的未还原矿球的半径 r 5) 若该反应物矿球原始半径为 r0 ， 的计算式。 6) 如果利用上述模型得到的总速率积分式为： ∆G°=23430-16.16T, J/mol 假设反应物致密，而产物多孔，还原反应前后体积基本不变。 C0 − Ce r R K t= + 0 [1 − 3(1 − R) 2 / 3 + 2(1 − R)] + [1 − (1 − R)1/ 3 ] ρO r0 3β 6De k+ (1 + K ) 式中，C 0 、C e 分别为反应气体的初始浓度与平衡浓度， ρ O 为矿球的氧摩尔密度，t 为矿球 还原时间， β 为气体在气相边界层的扩散系数， De 为产物层内气体的有效扩散系数， k + 为 正反应的速率常数， K 为可逆反应的平衡常数。请利用上式回答： ① 求矿球完全还原所需时间。 ② 若界面化学反应为限制性环节，速率式的形式如何？ 三、（20 分）分析某高炉利用炉渣去硫，已知渣铁间脱硫反应式为： [S]＋（CaO）＝（CaS）＋[O] ∆H 0 =124 kJ/mol 式中，[S]、[O]以质量 1%溶液为标准态，(CaO)、 （CaS）以纯物质为标准态。 1) 将上述反应式改写成离子反应式。 2) 写出该反应平衡常数 K 的表达式。 3) 基于 K 的表达式，写出硫在渣－铁间质量分配比 LS =w（s）/w[S]的表达式。 4) 5) 6) 基于 LS 的表达式，简述促进炉渣脱硫的热力学条件。 若需分析脱硫反应过程动力学，一般用哪种动力学模型处理该过程较为合理？请描述该 过程的组成环节。 若熔渣碱度一定时，该反应速率在某一温度范围内受温度的影响不大，而增加熔渣的搅 拌强度可使反应速率显著增加，则在该温度范围内哪一环节为控速环节？ 第 2 页 共 3 页

四、（12 分）A-B 二元系溶液中，组分 B 的蒸气压 p B 与摩尔分数浓度 x B 的关系如下图所示。 分别以： （1）纯物质； （2）假想纯物质； （3）质量 1％溶液 为标准态，计算 x B ＝0.6 时组 分 B 的活度和活度系数。已知 A、B 的摩尔质量相等。 （第四题图） （第五题图） 五、（18 分）上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) 2) 3) 在答题册中重画出上述三元平面相图的草图，请在草图上标出物质 A、D 的初晶区。 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、Pe1 两线 上以及 P 点发生的相变反应式及其相变名称。 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？ 4) 画出图中物系点 W 的冷却曲线。 六、（20 分）在高炉内冶炼钛磁铁矿，铁水温度为 1427°C，求下述两种情况下达到平衡时铁 水中[Ti]的活度 （[Ti]取质量 1％溶液为标准态） ： （1） 铁水中[C]饱和； （2） 铁水中 w[C]=3.0%； 已知：Ti（s）＋C（s）＝TiC（s） 0 ∆ f Gm ＝－184800＋12.55T，J/mol Ti（s）＝[Ti] （[Ti]取质量 1％溶液为标准态） C（s）＝[C] （[C]取质量 1％溶液为标准态） C Ti ∆G10 ＝－25100－44.98T, J/mol 0 ∆G2 ＝22590－42.26T, J/mol 活度的相互作用系数 eC = 0.14 ， eC = 0 。 （不考虑其它溶解元素对活度的影响） 第 3 页 共 3 页