冶金物理化学期末辅导.doc

冶金物理化学期末总辅导
(冶06)

郭汉杰
北京科技大学
2009/1/8
WSi

热力学内容下四个部分
冶金热力学基础
冶金熔体(铁溶液、渣溶液)
热力学状态图(Ellingham图,相图)
冶金物理化学应用
注:
把各个知识点划分成三个等级;
最重要的等级―――“重点掌握”
第二等级―――“掌握”,
第三等级―――“了解”,
冶金热力学基础
共7个知识点
重点掌握体系中组元i的自由能表述方法;
(包括理想气体、液体、固体)
理想气体的吉布斯自由能
封闭的多元理想气体组成的气相体系中,任一组元i的吉布斯自由能为


-组分气体的实际压强,;-标准压强,,也即。
应该注意的是,高温冶金过程中的气体由于压强比较低,都可以近似看作理想气体。
液相体系中组元i的吉布斯自由能
在多元液相体系中,任一组元i的吉布斯自由能为

其中,----组元的活度,其标准态的一般确定原则是:
若i在铁液中,选1%溶液为标准态,其中的浓度为质量百分数,[%i];
若i在熔渣中,选纯物质为标准态,其中的浓度为摩尔分数,;
若i是铁溶液中的组元铁,在其他组元浓度很小时,组元铁的活度定义为1。
固相体系中组元i的吉布斯自由能
在多元固相体系中,其中任一组元i的吉布斯自由能为

确定原则是:
若体系是固溶体,则i在固溶体中的活度选纯物质为标准态,其浓度为摩尔分数,;
若体系是共晶体,则i在共晶体中的活度定义为1;
若体系是纯固体i,则其活度定义为1。
2)重点掌握化学反应等温方程式

有三种情况
1),以上反应不可以自动进行;
2) ,以上反应可以自动进行;
3) ,以上反应达到平衡,此时

注:
(1)是反应产物与反应物的自由能的差,表示反应的方向(反应能否发生的判据);

表示任意时刻(不平衡状态)的压强商或活度商。
(2)是反应产物与反应物处于标准态时自由能的差,表示反应的限度(反应平衡态的度量)。的关系式,建立了体系处于标准态时能量差和处于平衡态时各组元量的关系。
是反应的平衡常数。
其中,组元A、B、C、D有三种情况
(1)若组元是固态时, (i=A,B,C,D);
(2) 若组元是气态时,,而是组元i的无量纲分压;
(3)若组元存在与液态中,表示组元i的活度。其中,在一般情况下
若i在金属溶液中,活度的标准态选1%;
若i在炉渣中,则选纯物质为标准态。
3)重点掌握Van’t Hoff等压方程式

这即是Van’t Hoff等压方程式的微分式。若上式的为常数,可以得出积分式如下:
或

其中,B是不定积分常数,A也是常数。上式两边同乘-RT,亦可改变为
其中,左边为,右边为常数,用a表示,BR常数用b表示,则得
4)掌握用定积分法和不定积分计算及
定积分结果:
其中
,,,均可由手册查出。
不定积分法结果

式中及为积分常数,由以下方法确定:
1).用T=298K时的已知的值,通过上式可以求出;
2).用T=298K时的已知的值与已知的求出,用1)中求出的代入,可求出。
5)重点掌握由物质的标准生成吉布斯自由能及标准溶解吉布斯自由能,求化学反应的
定义
恒温下,由标准大气压()下的最稳定单质生成标准大气压()1mol某物质时反应的自由能差。注:稳定单质的
定义
恒温下,某一元素M溶解在溶剂中,形成1%(质量)的溶液时自由能的变化。一般为
。
用及计算的通式:(或)
--化学反应方程式中反应物i或产物i的计量系数,若i代表反应物,则为“—”;若i代表产物,则为“+”(注:以下类同)。
6)掌握由吉布斯自由能函数求
焓函数
定义为焓函数
自由能函数
定义为自由能函数,记为
-参考温度下无知的标准焓
如果为气态物质,则为0K标准焓,记为;
如果为凝聚态物质,则为298K标准焓,记为。
自由能函数计算
反应过程的==
得=
注:
当参加反应的物质既有气态又有凝聚态,将统一到298K。298K与0K之间的自由能函数的换算公式为:=-
此式一般用于将气态在0K的值换算成298K的。
7)掌握由与的多项式求二项式
对=形式的多项式,
在一定的温度的定义域内,合理选择n个温度点:;
求出几个温度对应的自由能;
用最小二乘法,得出。
例题
[例题1]:电炉炼钢还原期,加入渣面上的碳粉能与渣中CaO作用生成CaC2
(CaO)+ 3C(s)= (CaC2)+ CO(g)
试计算在高炉中能否发生上述反应生成CaC2?已知高炉炉缸温度为1523℃,高炉渣中(Ca