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2003 级《冶金原理》试题 B 卷答案 一 解释下列名词(共 10 分，每题 5 分)①理想溶液：在一定温度下，溶液中所有组元都服从拉乌尔定律，称为理想溶液。②二元碱度：渣中的碱性氧化物 CaO 含量与酸性氧化物 SiO2 含量之比为炉渣的二元碱度。 二 简答题(共 35 分)①(6 分)写出脱氧化脱磷反应的分子反应式及离子反应式，分析有利于脱磷反应进行的热力学条件。 2[P] ? 5(FeO) ? 4(CaO) ? (4CaO ? P2O5 ) ? 5[Fe] 2[P] ? 5(Fe 2? ) ? 8(O2? ) ? 2(PO3? ) ? 5[Fe] 4有利条件：中温，高碱度，高氧化亚铁。 ②(6 分)什么是金属热还原？常用的金属热还原方法有哪些？写出反应通式。 利用和氧亲和力强的金属去还原和氧亲和力弱的金属的氧化物，制取不含碳的纯金属或合金的方法，称为 金属热还原。常用的金属热还原法有：硅热法、铝热法。 反应通式为： 1 M O ? 1 Al ? 1 Al O ? x M 2 M O? Si ? 2x M ? SiO x y 2 3 x y 2y 3 3 y y y③(6 分)写出扩散系数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对扩散系数随温度 变化的影响关系。 温度对于扩散系数影响的关系式就是阿累尼乌斯关系式，即：) ED D ? A ? e RT 式中： D ?扩散系数； ED ?扩散活化能； A ?频率因子；T ?温度； R ?理想气体常数。 当频率因子一定的条件下， ED 愈大，则 D 愈小，反之 ED 愈小，则 D 愈大。 d ln D E 所以： ? D dT RT 2 由于： ln D ? ln A ? EDRTd ln Dd ln D值越大，当温度升高时， D 随温度升高而增大得多； ED 越小，ED 越大，值越小，当温度dTdT升高时， D 随温度升高而增大得少。④(7 分)H2 还原 FeO 的过程包括哪几个环节？限制性环节一般是什么？ 包括五个环节：H2 的外扩散，H2 的内扩散，界面化学反应，H2O 的内扩散，H2O 的外扩散。 限制性环节一般是：H2 的内扩散和界面化学反应。⑤(6 分) 什么是反应度？对于球形反应物，推导反应度 R 与半径 r 的关系（初始半径为 r0）；对于立方体 反应物，推导反应度 R 与边长a 的关系（初始边长为a0）。 已反应了的物质重量占原始重量的百分数，称为反应度，一般用 R 表示。R ? W0 ? WW0设密度为 ? 。对于球形反应物：44W ? ?r ?；W ? ?r ?330033r 3 ? r 3R ? 0 r ? r (1 ? R)1 / 3r 300对于立方体反应物：W ? a ?；W ? a ?3 30 0a 3 ? a 3R ? 0 a ? a (1 ? R)1 / 3a 300⑥(4 分)冰铜、铅冰铜、镍冰铜、钴冰铜的主要成分是什么？ 冰铜的主体为 Cu2S，其余为 FeS 及其它 MeS；铅冰铜主体为 PbS，还含有 Cu2S、FeS 及其它 MeS；镍冰 铜（冰镍）为 Ni3S2﹒FeS；钴冰铜为 CoS﹒FeS 等。三 作图题(共 18 分) 下图是具有一个不稳定二元化合物的三元系相图，回答下列问题：①(6 分)P 点是什么点？写出 P 点发生的反应。 E 点是什么点？写出E 点发生的反应。 ②(6 分)分析图中 m 点在温度降低过程中液相及固相的变化， 并在图中标出结晶路线。 ③(6 分)分析图中O 点在温度降低过程中液相及固相的变化， 并在图中标出结晶路线。①P 点是包晶点， LP ? A ? C ? DE 点是共晶点， LE ? B ? C ? D②对于 m 点③对于 O 点液相变化： O ???? O ?? ?? P?L ? A ? C ? D?L?C L? A?C1 P液相变化： C ??? O2 ??? O四 计算题（共 37 分）1（共 10 分）1540℃，CO－CO2 混合气体与钢液的平衡反应为： [C] + CO2 = 2CO ，P 2Fe-C 系中，与 2.10% C 平衡的混合气体分压比为 CO = 1510 ，维持 C 含量不变，加入 2%Si，与 Fe-C-SiPCO2P 2三元系平衡的气相分压比为 CO = 2260，计算 Si 对 C 的相互作用系数e Si 。CPCO2P21K ? CO ? 解：[C] + CO2 = 2COPCO a[C ]2 钢液中的 C 以 1%溶液为标准态。 P21 对于 Fe-C 二元系： K ? ( CO )? ?f ? ? ( f C )? C C1Pf ?[%C]?CO2CP 21? f C f S