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…号…学…生线学订_装__…__…__…_线__订_装__…__…_级…班线订生装学………………内蒙古科技大学2008 /2009 学年第 1 学期
《钢铁冶金原理》考试试题A
课程号：61102304
考试方式：闭卷
使用专业、年级：冶金2006 任课教师： 考试时间：2009
备 注：
一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
1. 请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。
2. 什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的碱度？
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。
5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？
二、填空题（共20空，每空1分，共20分）
1. 在恒温、恒压下，溶液的 热力学性质 对某一组元 摩尔 量的偏微分 值称为溶液中该组元的偏摩尔量。
2. 在任意温度下， 各 组元在 全部 浓度范围内均服从 拉乌尔 定律的溶液称为理想溶液。
3. 按照熔渣 离子 结构理论，熔渣由简单的 阳 离子、 阴 离子和复合 阴 离子团所组成。
4. 熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧 的能力，用熔渣中 FeO 的活度表示。
5. 在一定温度下，把熔渣具有 相等 粘度的 组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。
6. 若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成 正比 ，且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样
□□□□□□□□□□□□
的反应称为基元反应。
7. 气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。
三、分析题（共2题，每题12分，共24分）
1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。
2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：4[C]+(Cr3O 4) =3[Cr]+4CO ，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。
图1
四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为0.45及1.63N ⋅m -1，两者的接触角α=38 。试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解：
2
σms =m +σs 2-2σm σs cos
=. 632+0. 452-2⨯1. 63⨯0. 45⨯cos 380 =1. 305
铺展系数：S =σm -σs -σm s =1. 63-0. 45-1. 305=-0. 125 铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。
2. 在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数
k 1=2. 987⨯10-2s -1，1273K 的速率常数k 2=5. 623⨯10-2s -1试求：(1)反应的活化能；(2)1673K的速率常数k 值；(3)1673K的可逆反应的速率常数：k +(1+反应为
FeO (s )+CO =FeO +CO 2； ∆r G m =-22800+24. 26T J ⋅mol -1
1
) 。 0K
E ⎫解：（1）由k =k 0exp ⎛ -a ⎪ ⎝⎭
E ⎫可得： 2. 978⨯10-2=k 0exp ⎛ -a . 314⨯1173⎪
⎝⎭
E ⎫5. 623⨯10-2=k 0exp ⎛ -a . 314⨯1273⎪ ⎝⎭
先对上两式取对数，而后在相减，可得：
E a ⎛12. 978⨯10-21⎫
lg =-- ⎪ -2
19. 147⎝11731273⎭5. 623⨯10
⎛2. 978⨯10-2
-19. 147lg 5. 623⨯10-2
⎝E a =
11-
11731273（2）1673K 下的k
⎫⎪⎪
⎭=78923J ⋅mol -1
5. 623⨯10-278923⎛11⎫
lg =-- ⎪=-0. 774
k 19. 147⎝12731673⎭
lg k =lg 5. 623⨯10-2+0. 774=-0. 48
所以 k =0. 331s -1
（3）1673K 的可逆反应的速率常数：k +(1+
1) K 0
k +=k =0. 331
∆r G M =-RT ln K 0
lg K 0=
2280024. 26
-=-0. 555, K 0=0. 278
19. 147⨯167319. 147
所以：k +(1+
11⎫⎛-1
) =0. 331⨯1+ ⎪=1. 52s 0K ⎝0. 278⎭
3. 求下列反应的∆r G m 及温度为1273K 时反应的平衡常数。
Fe 2SiO 4(s )+2C (石)=2Fe (s )+SiO 2(s )+2CO 已知：
0FeO (s )+C (石)=Fe (s )+CO ；∆r G m =158970-160. 25T J ⋅mol -1 02FeO (s )+SiO 2(s )=Fe 2SiO 2(s )；∆r G m =-36200+21. 09T J ⋅mol -1
解：反应的线形组合关系为：
02FeO (s )+SiO 2(s )=Fe 2SiO 2(s )；∆r G m =-36200+21. 09T （1） 0FeO (s )+C (石)=Fe (s )+CO ；∆G =158970-160. 25T （2） 0
（3） Fe 2SiO 4(s )+2C (石)=2Fe (s )+SiO 2(s )+2CO ∆r G m
通过比较可知：
000
(1)+2∆r G m (2)=354140-314. 59T J ⋅m o -l 1 ∆r G m =-∆r G m 0
由∆r G M =-RT ln K 0可以得到：
lg K 0=-
354140314. 59
+=1. 901
19. 147⨯127319. 147
K 0=79. 62
4．在1773K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.208%，在相同温度下与成分为w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，
w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.066%。试计算熔渣中FeO 的活度。
一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 分解压：化合物分解反应达平衡时，气体的平衡分压；（2分）
开始分解温度：当化合物的分解压等于环境中相应气体的分压时的温度；（1分）
沸腾分解温度：当化合物的分解压等于环境中气体的总压时的温度。 （1分）
4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。
标准溶解吉布斯自由能：某纯组分溶解于熔剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值；（2分）
形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式：
∆G [0i ]=RT ln(γi 0
M j
) 。 (2分)
100M i
5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？ 氧化物的氧势：在一定温度下氧化物分解反应达平衡时，反应的（2分） RT ln P o 2(平）；
氧化物的氧势与其稳定性关系：氧化物的氧势值越大，其稳定性越差。（2分） 四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
2.在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为
w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。试计算熔渣中FeO 的活度与活度系数。
解：(FeO )=[Fe ]+[O ] (1 L O =[%O ]0. a =211=0. 211 FeO 1
a FeO =
[%O ]0L =. 052
0. 211=0. 246 O γFeO =
a FeO 0. 246
X =
FeO X FeO
n CaO =
36. 4
56
=0. 65 n MgO =
3. 2
40
=0. 08 n SiO 2=
36. 6
60
=0. 61 n FeO =
20. 2
72
=0. 28 n MnO
=3. 671
=0. 05 ∑n =1. 67 X FeO =n FeO 0. 28
∑n =1. 67
=0. 168 分)
2分）
1分） 2分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） （1分） （（（（（（（ （ （
γFeO =
0. 246
=1. 46 (2分) 0. 168
4
3.用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为1. 5⨯10Pa 的真空度，钢液中
铬的活度a Cr =10. 85及碳的活度系数f C =0. 74，试求吹炼温度为2023K 时钢液的碳含量w[C]。
已知：反应4[C ]+(Cr 3O 4) =3[Cr ]+4CO 的
∆G 0=934706-617. 22T (J ⋅mol -1) 。
解：4[C ]+(Cr 3O 4) =3[Cr ]+4CO
K =a 34
Cr ⋅P CO
a 4
(3分) C
lg K =3lg a Cr +4lg P CO -4lg a C
lg K =-∆G 0934706-617. 22⨯2023
RT =-19. 147⨯2023
=8. 10 P CO =0. 15a t m ，a Cr =10. 85，f C =0. 74
3lg 10. 85+4lg 0. 15-4lg a C =8. 10
lg a C =-2. 071 （2分）
a C =0. 0084 9 （2分）
w [C ]=a C 0. 00849
f ==0. 011 （2分）
C 0. 74
3分）
（
学生班级________________学生学号：
□□□□□□□□□□□□学生姓名：________________
………………装订线………装订线………装订线…………试卷须与答题纸一并交监考教师…………装订线………装订线………装订线………………
…………
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…号…学…生线学订_装__…__…__…_线__订_装__…__…_级…班线订生装学………………内蒙古科技大学2008 /2009 学年第 1 学期
《钢铁冶金原理》考试试题A
课程号：61102304
考试方式：闭卷
使用专业、年级：冶金2006 任课教师： 考试时间：2009
备 注：
一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
1. 请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。
2. 什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的碱度？
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。
5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？
二、填空题（共20空，每空1分，共20分）
1. 在恒温、恒压下，溶液的 热力学性质 对某一组元 摩尔 量的偏微分 值称为溶液中该组元的偏摩尔量。
2. 在任意温度下， 各 组元在 全部 浓度范围内均服从 拉乌尔 定律的溶液称为理想溶液。
3. 按照熔渣 离子 结构理论，熔渣由简单的 阳 离子、 阴 离子和复合 阴 离子团所组成。
4. 熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧 的能力，用熔渣中 FeO 的活度表示。
5. 在一定温度下，把熔渣具有 相等 粘度的 组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。
6. 若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成 正比 ，且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样
□□□□□□□□□□□□
的反应称为基元反应。
7. 气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。
三、分析题（共2题，每题12分，共24分）
1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。
2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：4[C]+(Cr3O 4) =3[Cr]+4CO ，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。
图1
四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为0.45及1.63N ⋅m -1，两者的接触角α=38 。试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解：
2
σms =m +σs 2-2σm σs cos
=. 632+0. 452-2⨯1. 63⨯0. 45⨯cos 380 =1. 305
铺展系数：S =σm -σs -σm s =1. 63-0. 45-1. 305=-0. 125 铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。
2. 在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数
k 1=2. 987⨯10-2s -1，1273K 的速率常数k 2=5. 623⨯10-2s -1试求：(1)反应的活化能；(2)1673K的速率常数k 值；(3)1673K的可逆反应的速率常数：k +(1+反应为
FeO (s )+CO =FeO +CO 2； ∆r G m =-22800+24. 26T J ⋅mol -1
1
) 。 0K
E ⎫解：（1）由k =k 0exp ⎛ -a ⎪ ⎝⎭
E ⎫可得： 2. 978⨯10-2=k 0exp ⎛ -a . 314⨯1173⎪
⎝⎭
E ⎫5. 623⨯10-2=k 0exp ⎛ -a . 314⨯1273⎪ ⎝⎭
先对上两式取对数，而后在相减，可得：
E a ⎛12. 978⨯10-21⎫
lg =-- ⎪ -2
19. 147⎝11731273⎭5. 623⨯10
⎛2. 978⨯10-2
-19. 147lg 5. 623⨯10-2
⎝E a =
11-
11731273（2）1673K 下的k
⎫⎪⎪
⎭=78923J ⋅mol -1
5. 623⨯10-278923⎛11⎫
lg =-- ⎪=-0. 774
k 19. 147⎝12731673⎭
lg k =lg 5. 623⨯10-2+0. 774=-0. 48
所以 k =0. 331s -1
（3）1673K 的可逆反应的速率常数：k +(1+
1) K 0
k +=k =0. 331
∆r G M =-RT ln K 0
lg K 0=
2280024. 26
-=-0. 555, K 0=0. 278
19. 147⨯167319. 147
所以：k +(1+
11⎫⎛-1
) =0. 331⨯1+ ⎪=1. 52s 0K ⎝0. 278⎭
3. 求下列反应的∆r G m 及温度为1273K 时反应的平衡常数。
Fe 2SiO 4(s )+2C (石)=2Fe (s )+SiO 2(s )+2CO 已知：
0FeO (s )+C (石)=Fe (s )+CO ；∆r G m =158970-160. 25T J ⋅mol -1 02FeO (s )+SiO 2(s )=Fe 2SiO 2(s )；∆r G m =-36200+21. 09T J ⋅mol -1
解：反应的线形组合关系为：
02FeO (s )+SiO 2(s )=Fe 2SiO 2(s )；∆r G m =-36200+21. 09T （1） 0FeO (s )+C (石)=Fe (s )+CO ；∆G =158970-160. 25T （2） 0
（3） Fe 2SiO 4(s )+2C (石)=2Fe (s )+SiO 2(s )+2CO ∆r G m
通过比较可知：
000
(1)+2∆r G m (2)=354140-314. 59T J ⋅m o -l 1 ∆r G m =-∆r G m 0
由∆r G M =-RT ln K 0可以得到：
lg K 0=-
354140314. 59
+=1. 901
19. 147⨯127319. 147
K 0=79. 62
4．在1773K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.208%，在相同温度下与成分为w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，
w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.066%。试计算熔渣中FeO 的活度。
一、简答题 （共5题，每题4分，共20分）
3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 分解压：化合物分解反应达平衡时，气体的平衡分压；（2分）
开始分解温度：当化合物的分解压等于环境中相应气体的分压时的温度；（1分）
沸腾分解温度：当化合物的分解压等于环境中气体的总压时的温度。 （1分）
4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自由能？写出形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式。
标准溶解吉布斯自由能：某纯组分溶解于熔剂中，形成标准溶液时吉布斯自由能的变化值；（2分）
形成质量1%标准溶液的标准溶解吉布斯自由能计算式：
∆G [0i ]=RT ln(γi 0
M j
) 。 (2分)
100M i
5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？ 氧化物的氧势：在一定温度下氧化物分解反应达平衡时，反应的（2分） RT ln P o 2(平）；
氧化物的氧势与其稳定性关系：氧化物的氧势值越大，其稳定性越差。（2分） 四、计算题（共3题，每题12分，共36分）
2.在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与成分为
w(CaO)=36.4%，w(MgO)=3.2%，w(MnO)=3.6%，w(SiO2)=36.6%，w(FeO)=20.2%的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.052%。试计算熔渣中FeO 的活度与活度系数。
解：(FeO )=[Fe ]+[O ] (1 L O =[%O ]0. a =211=0. 211 FeO 1
a FeO =
[%O ]0L =. 052
0. 211=0. 246 O γFeO =
a FeO 0. 246
X =
FeO X FeO
n CaO =
36. 4
56
=0. 65 n MgO =
3. 2
40
=0. 08 n SiO 2=
36. 6
60
=0. 61 n FeO =
20. 2
72
=0. 28 n MnO
=3. 671
=0. 05 ∑n =1. 67 X FeO =n FeO 0. 28
∑n =1. 67
=0. 168 分)
2分）
1分） 2分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） 0.5分） （1分） （（（（（（（ （ （
γFeO =
0. 246
=1. 46 (2分) 0. 168
4
3.用不锈钢返回料吹氧熔炼不锈钢时，采用氧压为1. 5⨯10Pa 的真空度，钢液中
铬的活度a Cr =10. 85及碳的活度系数f C =0. 74，试求吹炼温度为2023K 时钢液的碳含量w[C]。
已知：反应4[C ]+(Cr 3O 4) =3[Cr ]+4CO 的
∆G 0=934706-617. 22T (J ⋅mol -1) 。
解：4[C ]+(Cr 3O 4) =3[Cr ]+4CO
K =a 34
Cr ⋅P CO
a 4
(3分) C
lg K =3lg a Cr +4lg P CO -4lg a C
lg K =-∆G 0934706-617. 22⨯2023
RT =-19. 147⨯2023
=8. 10 P CO =0. 15a t m ，a Cr =10. 85，f C =0. 74
3lg 10. 85+4lg 0. 15-4lg a C =8. 10
lg a C =-2. 071 （2分）
a C =0. 0084 9 （2分）
w [C ]=a C 0. 00849
f ==0. 011 （2分）
C 0. 74
3分）
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学生班级________________学生学号：
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………………装订线………装订线………装订线…………试卷须与答题纸一并交监考教师…………装订线………装订线………装订线………………