《冶金原理》课后习题及解答 - 图文 下载本文

Po2/P=f(T)关系曲线,为一条连续曲线。当温度升到一定时,化合物及反应物都有可能在某

0

一温度下发生相变,有相变热产生,于是Po2/P=f(T)曲线在此温度下发生转折 根据吉布斯-亥姆霍兹等温方程,参加反应物均处于标准状态,则

00020

dln kp/Dt=dln(p/pB)=ΔH/Kt (式中ΔH是各物质均处于标准状态时的等压反应热)

00

由上式可知,在无相变发生的温度范围内,ΔH值可视作常数,因此ln(p/pB)-T的关系为

00

一平滑连续曲线,在发生相变时,Δn在相变温度区发生突变,因此dln(p/pB)/dT也发生

0

突变,即在相变温度下发生转折,其转折方向和大小决定于ΔH是增大还是减小。 当反应物熔化时,生成离解反应可视为下列反应之代数和,即

0

A(s)+B(g)=AB(s) ΔH1

0

A(s)→A(l) ΔtusHA

0

A(l)+B(g)=AB(s) ΔH2

0

由于熔化为吸热反应,ΔfusHA>0,则

0000

ΔH1-ΔtusHA>0,即ΔH1>ΔH2

00

也就是说,由于反应物A熔化,在焙烧温度时ΔH突然变小,dln(p/pB)/dT也突然变小,

0

ln(p/pB)-T曲线向上转折,在温度高于反应物A的熔化温度时,曲线变陡。

000

同理,当生成物AB熔化时ΔfusHAB>0,熔化温度处ΔH突然增大,ln(p/pB)-T曲线向下转折,在温度高于AB熔点时,曲线变平坦。

*00

试根据式ln po2(MeO)=ΔfGm(MeO)+lnP说明氧势RTln(po2/p)中po2项的物理意义

2

解:Po为氧化物MeO在给定温度下的离解压,即氧的分压。

已知反应Li2CO3=Li2O(S)+CO2的ΔrGm=325831-288.4T J/mol(1000-1125K)

试求(1)分解压与温度的关系

00

(2)当气相Pco2和总压分别为0.2p和p时,计标其开始分解温度和化学沸腾温度。 (3)将1mol Li2CO3置于22.4L密封容器中控制温度为700℃,求Li2CO3的分解压。

000

解:(1)ln Pco2-lnp=-ΔrGm/RT ln(Pco2/ p)=-39191/T+34.69

00

ln Pco2=-ΔrGm/RT+ lnp=(288.4T-325831)/8.314T=-39191/T+46.2

0

(2)当Pco2=0.2P时

39191/T=36.3→T=1079.6K

0

当Pco2= P时 T=1129.9K

(3)当T=700℃时

ln Pco2=-39191/(700+273)+46.2 Pco2=372.8Pa 根据克拉伯龙方程

-3

PV=nRT n=PV/RT=372.8*22.4*10/8.314*973=0.0010 容器中Li2CO3的分解率仅为0.1%

0

已知反应LaN(s)=La(s)+N2/2的ΔrGm=301328-104.5T J/mol (298-1000K),试求1000K时LaN的分解压。

00.5*0

解:Kp=(PN2/P) ΔrGm=-RTlnKp=-/2RTln(PN2/P)

0**0

LnpN2 -Lnp=-2ΔrGm/RT LnpN2=-2ΔrGm/RT+ Lnp=-72486.9/T+36.7 当T=1000K时

-16

LnpN2=-15.48 PN2=2.83*10Pa

0

0

25

已知2000K时,当气相氮分压为0.13Pa时氮在金属铌中的溶解度为1.12mol%,求同温度下,氧分压为130Pa,氮在铌中的溶解度? 解:根据西华特定律

C(A)=ks√PA2 (ks为常数)

当气相氮分压为0.13Pa时 C(A)=1.12% 所以 ks=3.11

当PN2=130Pa时 C(N2)=3.16*√130=36.0mol%

为了除去氩气中的O2,将氩气通入600℃时盛有铜屑的不锈钢管中,利用铜吸收氧,试求(a)设过程达到平衡,计标经上述处理,氩气中氧的平衡分压(b)如果将炉温分别提高到900℃或下降到400℃,试问Ar中氧含量各有变化?

*

注:Cu2O的ΔfGm=-184576+78.0T

**

解:(a)这里,铜为1价,因此ΔfGCu2O=2ΔfGm=-2*184576+156.0T

*0

ΔfGCu2O=-RTln(Po2/p)→lnPO2=-44401.3/T+30.29 当T=600+273=873K时

-9

LnPO2=-20.57 PO2=1.16*10Pa (b)当T=900+273=1173K时

-4

LnPO2=-7.56 PO2=5.19*10Pa 氩气中氧含量下降 当T=400+273=673K时

-16

LnPO2=-35.96 PO2=3.18*10Pa 氩气中氧含量升高

已知反应

*

2Ni(S) + O2 = 2NiO(S)的?rG? (即?fG(NiO) )与温度的关系为:

*–1

?rG? = ?fG(NiO) = –523756 + 217.2T J·mol

求(a)在Ni和NiO均为固相的温度范围内NiO的分解压与温度的关系及1725K时的PO2(NiO)值;

(b)在空气中欲通过NiO的分解制取金属镍的最低温度; (c)在空气中NiO分解过程的“T沸”。 解:(a)根据式7-4得: 1725K时:

(b)根据式7-6得:

T开 = -27354/(lg0.21-11.34) = 2275 K (c)根据式7-7得:

T沸?A'/(?B')??27354(/?11.34)?2412(K)

第八章

1、______________是以图的形式表示系统内平衡状态与热力学参数的关系。热力学平衡图 2、掌握热力学平衡图的__________和________,并正确运用它以分析冶金中的问题是十分重要的。绘制原理、方法

3、相律是表征平衡体系内__________、___________和________之间的关系的定律。自由度数、独立组元数、相数

26

4、在热力学平衡图的绘制过程中,_______的作用主要是确定图中各稳定区域、平衡线以及交点上应有的凝聚物质的种类数。相律 5、平衡原理用于研究复杂体系中________与_______的平衡情况,以及气相内各组分之间的平衡情况。凝聚相、气相

6、热力学平衡图是以________的形式表示系统中物质稳定存在的形态与热力学参数之间的关系 图

7、 平衡图的计算主要是求出各种物质稳定区的________ 分界线 8、各物质稳定区的分界线实际上是物质间的________ 平衡线 9、相律的主要作用是确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点上凝聚态化合物的________种类数

10、所有化合物的稳定性均随温度升高而________ 减小

11、对多价元素而言,其低价和高价化合物的稳定性随________变化的趋势不同。 温度 12、相对来说,高温时低价化合物较稳定,高价化合物只在________下较稳定。 低温 13、金属硫化物的高温化学过程是硫化矿现代处理方法的________ 基础

14、仅从热力学上考虑,在一定温度下焙烧时,只要保持气相组成在稳定区内变化,就可以获得与该稳定区对应的________ 凝聚相产物

15、若要获得铁的氧化物,则需要在_______下焙烧 较高温度(>800 ?C) 16、若要得到铁的硫酸盐,则需要在_______下焙烧 较低温度(<600 ?C ) 17、硫酸化焙烧要求气氛中有较大______ SO2分压

18、当气相

(PCl2/P?)/(PO2/1P?)2值一定时,

PTiCl4/PTiOCl2值______一定;

19、在焙烧体系中,凝聚相活度______ 不为1

20、由于固溶体或复杂化合物的生成,将使该化合物的活度显著______ ;以固溶体或复

杂化合物形态存在的反应物有较大的稳定 减小

21、?–pH图是在给定温度和组分的______(浓度)或气体逸度(分压)下,表示电势( ?,

?,Eh )与pH的关系图 活度

22、化合物在水溶液中的稳定性大多与水溶液的______值有关 pH

23、在绘制?–pH图时,规定使用______,氧化态、电子e、H+ 写在反应方程式的左边,

还原态写在反应式的右边; 还原电势 24、在水溶液中Au______被氧化 不可能

25、工业上常用______从铜、镍、钴的硫化矿、氧化矿中提取铜、镍、钴 氨络合浸出法 26、在一定条件下CuCl2、SbCl5等可作为相应金属______的氧化剂 硫化矿

1、铝的卤化物在低温下稳定,高温下不稳定。错 2、硫酸化过程应在较低的温度下进行。对

3、氧化焙烧应控制系统中有较低的来lgPO2和较高的PSO2.。错

4、对多价金属氧化物而言,其高价的易被浸出,而低价的相对较难。错 5、对所有氧化物而言,温度升高PH降低。对 1、简述热力学平衡图的绘制方法和步骤。

27

2、简述电位PH图的绘制过程。

1、1)查明系统物质的种类及其热力学性质;2)相律分析;3)初步确定有效反应;4)热力学计算;5)根据计算结果绘制成平衡图。

2、1)确定体系中可能发生的各类反应,写出每个反应的平衡方程式;2)由热力学数据计算反应的标准生成吉布斯自由能,求出平衡常数K;3)写出各个反应的电势与PH的关系;4)求出各个反应在指定离子活度或气相分压条件下的电势与PH的关系式;5)绘制电位PH图。

金属氧化物酸浸出的条件:

◆ 溶液中的电势和pH值都处于Me2+的稳定的区内; ◆ 溶液的pH值小于平衡pH值;

◆ 当Me2+的活度为1时,要求pH

已知Nb2O5在1000K时与Cl2(g)作用能生成NbCl4,NbOcl3,O2(g),等气态化合物,1000K温度

0

下Nb2O5(s),NbCl4(g),NbCl5(g), NbOcl3(g), O2(g), Cl2(g)的标准摩尔吉布斯自由能Gm分别为-2113.8、-989.50、-1211.36、-1164.80、-220.62、-240.80KJ/mol,试求平衡气相

00

成分与lg(Po2/p)、lg(Pcl2/p)的关系。 解:根据逐级转换原则,有反应: NbOcl3+1/2Cl2= NbCl4(g)+1/2O2 1-1 NbCl4(g)+1/2 Cl2= NbCl5(g)+ 1/2O2 1-2 根据反应1-1有

1/21/20

Lg[(Po2/P)*PNbcl4/(PCL2/P)*PNbocl3]=ΔrG(1-1)/2.303RT

3

=[(-1/2*220.62-989.50+1/2*240.8+1164.80)*10]/(2.303*8.315*1000)

33

=(-185.39*10)/(19.147*10)=-9.68

-9.68+1/2【Lg(Pcl2/P)-lgpo2/p)

PNbcl4/ PNbocl3=10:1

-9.68+1/2【Lg(Pcl2/P)-lgpo2/p)

PNbocl3/ PNbcl4=1: 10 式1-1 据反应1-2有

1/2001/203

Lg[(Po2/P)*(PNbcl5/P]/ (PCL2/P)*(PNbcl4/P) )=-ΔrG(1-2)/19.147*10=(/1/2*220.62+1211.36+1/2*240.8+989.5)/19.147=11.059 Lg PNbcl4/ PNbcl5=11.05+1/2(PCL2/P) -1/2 Lg(Po2/P)

11.06+1/2[LgPcl2/P0-lGpO2/P0]=

PNbcl4/ PNbcl5=101-2 联立式1-1和1-2得

-9.68+1/2[(LgPcl2/P0)-Lg(Po2/P)]11.06+1/2[Lg(Pcl2/p0)-Lg(Po2/P0)

PNbocl3:PNbxl4:PNBCL5 =1:10:10

]0,

气相中 NbCl5、NbCl4很小,因此可近似认为平衡PNbocl3=P,平衡常数

004056

LgKP=Lg[*PNbocl3/P]*( Po2/P)/ (PCL2/P)

0

=ΔrGm /2.303RT=4.70

0

因为 ΔrGm=-5*220.62-4*1164.80-(2*2113.8-6*240.8)=-8909(KJ/mol)

0

5 Lg( Po2/P)-6 Lg(PCL2/P)=4.70

已知下列反应的标准吉布斯自由能的变化与温度的关系为

0

a、 Cu2O(s)=2Cu(s) +1/2O2 ΔrGm=184576-78.00T J/mol

28