(精选)硕】冶金物理化学 全套课件课件.ppt

北京市精品课程冶金物理化学 ;1）张家芸编，冶金物理化学，冶金工业出版社，2004 2）魏寿昆编著，冶金过程热力学，上海科学技术出版社，1980 2） 田彦文等编，冶金物理化学简明教程，冶金工业出版社，2000 3 ）黄希钴编，钢铁冶金原理，冶金工业出版社，2006 4）韩其勇主编，冶金过程动力学，冶金工业出版社，1981 ;课程内容 绪论 1 冶金热力学基础 2 冶金热力学状态图 3 溶液 4 冶金热力学在冶金过程中的应用 5 冶金过程动力学基础 6 冶金反应动力学模型;绪论;0.1 冶金物理化学课程的地位与作用;钢铁流程; 图1 冶金工艺与冶金物理化学 ;高炉炼铁生产流程; 炼铁还原剂的选择;炼铁主要化学反应;;;生铁;Fe-C相图;炼钢过程;转炉炼钢;炼钢的基本任务;一、冶金热力学;冶金热力学的局限性：;二、冶金动力学;对冶金体系中的一个化学反应，需要研究如下内容： a.该反应能否发生(?G)？ b.如果能发生的话，到什么程度达到平衡(?G°)？ c.反应速率多大？ d.会发生怎样的能量变化？ e.反应机理(反应步逐）如何？ a, b, d 属于冶金热力学问题， c, e 属于冶金动力学问题。;0.4 如何学习冶金物理化学;第一部分 冶金热力学;1.热力学基本定理及在冶金中的应用 ;1.1 几个基本公式;其中， 是无量纲压强（注：冶金物理化学中出现在对数号里边的压强都是无量纲压强，比如平衡常数中出现的压强） - 气体中组元i的实际压强，单位Pa ； - 标准压强， 。;a.若i在铁液中，选1%溶液为标准态，组元的浓度为质量百分数，[%i]；;a.若体系是固溶体，则i的活度选纯物质为标准态，并假设ai=Xi ；;1.1 热力学中的几个基本公式; ?G有三种情况: 1） ?G0 ，以上反应不可以自动进行； 2） ?G0 ，以上反应可以自动进行； 3） ?G=0 ，以上反应达到平衡，此时?G? =-RTlnK?;?G0与其他学科共同规律;其他学科共同规律;说明： 1） ?G是反应产物与反应物的自由能的差，是反应能否发生的判据，其中 ;说明：（2）?G?是反应产物与反应物处于标准态时化学位的差，描述反应的限度，???反应平衡态的度量。;3） ?G 的表达式中， ?G? 是 ?G 的主要部分，常用 ?G? 的值近似代替 ?G ，对化学反应进行近似分析，以判断化学反应进行的可能性。;例：讨论用H2还原CrCl2制备金属Cr的化学反应。;而 T=1073K;例2：讨论炼钢过程中，钢液中[Mn]与渣中（SiO2）的反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO);由;2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO); 2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO);1.1 热力学中的几个基本公式;若上式的?H?为常数，可以得出积分式如下：;标准摩尔生成吉布斯自由能：在标准压力Pq下，由稳定单质生成一摩尔化合物时反应的吉布斯自由能的变化值，称为该化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。用如下符号表示：;例. TiC（s）+ O2=TiO2（s）+CO（g）;利用盖斯定律与标准生成（或溶解）吉布斯自由能的定义可以推导上式。;2. 热力学参数状态图;何为热力学参数状态图？;2.1 埃林汉姆（Ellingham）图及其应用;把上式的DrGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为氧势图，或称为埃林汉姆图。;注：1）关于 要注意标准生成自由能（最稳定的单质生成1mol的化合物）与该反应标准自由能的关系 2）Ellinham图不仅是氧化反应的标准自由能 与T的关系图，也是反应平衡的氧分压 与温度的关系图。 ;;因此化学反应自由能变化最常见的形式如下：;直线的斜率？？;热力学公理;几个典型的曲线的斜率;2）曲线的斜率等于零;3）曲线的斜率大于零;4）某一温度斜率发生突变（变大或变小）;关于斜率;而 （溶化过程，吸热为正）;结论：;CO直线的斜率及其意义;直线的位置的热力学原理;（2）在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化。如1673K时，元素Si、Mn、Ca、Al、Mg同时与氧相遇时，最先氧化的是金属Ca, 然后依次为Mg、Al、Si、Mn。;（4）由于生成CO的直线斜率与其他直线斜率不同，在（973-1873K）范围，CO