1、北 京 科 技 大 學2013年碩士學位研究生入學考試試題=試題編號： 809 試題名稱 冶金物理化學 （共 7 頁）適用專業： 冶金工程 、冶金工程（專業學位） 說明： 所有答案必須寫在答題紙上，做在試題或草稿紙上無效。考試用具：無存儲功能計算器。=此試卷包含兩部分：其中第一部分適用于冶金工程（不含生態學）考生，第二部分僅適用于生態學考生。第一部分（適用于冶金工程<不含生態學>考生）1、簡要回答下列問題（第1-8小題每題7分，第9小題14分，共70分）1）當鐵液中組元i的濃度趨于零時，試推導以純物質標準態的活度及活度系數與以1%標準態的活度及活度系數的關系。2）對如下反應（SiO

2、2）+2C=Si+2CO (1) G10=a1-b1TSiO2，（S）+2C=Si+2CO (2) G20=a2-b2T在T1873K時，討論G10與G20的關系。3）用熱力學原理分析氧勢圖（Ellingham圖）上，為什么標準狀態下低位置的金屬元素可以還原高位置的氧化物？4）描述二元系規則溶液的活度系數的計算方法，并與Wagner模型計算進行對比。5）用分子理論模型簡要描述如何解決CaO-FeO-SiO2三元系高堿性爐渣溶液各組元活度的計算，并寫出各組元活度的表達式？6）試用熱力學原理證明，為什么化學反應G0與溫度T的關系為線性？其意義如何？7）試推導多相反應動力學基本方程，并解釋每項的物理

3、意義。8）當用溶質滲透理論處理鋼液中的脫碳反應時，假設氣泡的半徑為r，氣泡在鋼液中上浮速率為u，寫出傳質系數的表達式。9）在鋼液深度為1米的耐火材料與鋼液接觸的位置有一個半徑為0.001mm的氣隙，試問這個氣隙能否成為活性氣隙？已知鋼液中，氣液表面張力s值約為1.5 N·m-1, q 角約為150。，鋼液密度為7200 kg·m-3，氣隙內氣體的密度為1000 kg·m-3。如果上述氣隙是活性氣隙的話，初始形成的氣泡的直徑為多少？2、（25分）對如下相圖，F點表示A-B-C三元系的熔體成分，其質量為mF。試分別回答以下的三個問題。（1）能獲得多少一次結晶的A？在獲

4、得該一次結晶的A過程中體系的自由度是多少？（2）在二次結晶過程，液相組成由HL變化時，達到L時，體系的組成如何?自由度是多少？獲得多少固相，分別是什么?（3）三元共晶開始前，尚余多少液相？3、（25分）已知煉鋼爐渣組成及理論光學堿度如下：組元CaOSiO2MnOMgOFeOP2O5W(i)42.68%19.34%8.84%14.97%12.03%2.15%i10.480.590.780.510.41） 試計算該爐渣的光學堿度；2） 試用完全離子溶液模型計算1600時爐渣中(CaO)、(MnO)、(FeO)的活度及其活度系數。3） 在1600下，若此時鋼液中wO=0.058%， 試確定此渣的氧化

5、還原性。4、（30分）裝有30 t鋼液的電爐, 鋼水深度50cm, 1600°C 在電爐的氧化期用含有高濃度的FeO的氧化性爐渣脫除鋼液中的Mn，假設爐渣的厚度遠小于鋼液的深度。已知Mn在鋼水中的擴散系數為1.1X10-8 m2/s, 鋼渣界面上金屬錳含量為0.03% (質量分數), 鋼液原始Mn為0.3% (質量分數),經過30 分鐘后，鋼液中錳含量降至0.06% (質量分數)。1）分析此過程脫除Mn反應的機理及對可能的限制環節的確定？2）求Mn在鋼液邊界層中的傳質系數及鋼液邊界層的厚度。第二部分(僅適用于生態學考生，其他考生不答此部分)一、填空題（每空1分，共35分）電阻絲絕熱1

6、 熱力學第一定律的數學表達式為: ；若規定系統吸熱為正，放熱為負，系統得功為正，對環境作功為負，如右圖所示，一絕熱、無質量、無摩擦的活塞將與外界絕熱的容器分為體積相等的左右兩室，室中均充有n、p1、T1的理想氣體。若右室中裝有一電熱絲，并緩慢通電加熱右室氣體，于是活塞逐漸向左移動，此時，如以右室氣體為系統時，此過程的Q（右） 0，W（右） 0；如以左室氣體為系統時，則此過程的W（左） 0，Q（左） 0。2 對理想氣體的單純變化過程，式適用于 過程；而對于真實氣體的單純變化過程，式適用于 過程。3 用一絕熱隔板將絕熱箱分成兩部分，分別裝有壓力、溫度均不相同的兩種氣體。當將隔板抽走后，氣體便進行混

7、合，若以整個氣體為系統，則此混合過程的Q 0， U 0。4 某一系統經歷一過程之后，該系統在過程前后H=U的條件是 =0。5 對于系統兩個非常接近的平衡態，熵的微分定義式可寫為 ；克勞修斯不等式為 ；熵增原理是指 。6 若一封閉系統系統經歷了一不可逆過程后，則該系統的S ，若隔離系統內發生了一不可逆過程過程，則該隔離系統的S 。7 吉布斯自由能G的定義式為 ，對于內部平衡的，只有體積功的封閉系統dG= 。某一系統經一不作體積功的過程后，其G=0，則此過程在 條件下進行。8 有2mol理想氣體的導熱良好的帶活塞氣缸放在溫度為400K的大熱源中，當氣體從狀態1恒溫不可逆膨脹到狀態2時，從熱源中吸收

8、熱量1000J，并對環境作了為同一溫度下不可逆膨脹到相同終態的可逆功的一半，則系統在過程前后的S（系）= ，S（環）= ，S（隔）= （要求填入具體數值）。9 稀溶液中的兩個重要的經驗定律拉烏爾定律和亨利定律的表示公式分別 和 ，它們的適用條件分別為 ， 。10 Gibbs-Helmholz公式微分形式為 ，兩不同溫度下的積分式為 。11在一定的T，P下，一切相變必然是朝著化學勢 的方向進行。12 基元反應：，的初始濃度為當其反應掉1/3時所需的時間為2s，所余下的2/3再反應掉1/3所需的時間為t= s; k= 。13阿侖尼烏斯的定義式為： ，不同溫度下的定積分式為： 。14 狹義的表面自由

9、能的定義為當保持體系溫度、壓力、組成 時，增加單位表面積，體系吉布斯自由能的變化，定義表達式為 。15 彎曲液面的附加壓力P指向 ，在一定條件下，液體分子間的作用力越大，其表面張力越 。二、選擇題（每空1分，共25分）1 一定量的理想氣體從同一始態出發，分別經絕熱可逆膨脹到（p2 V2）和反抗恒外壓p2絕熱膨脹到相同體積V2，則T2（可） T2（不），在數值上W（可） W（不） 。 選擇填入：（a）大于；（b）小于；（c）等于；（d）可能大于也可能小于。2 一定量的理想氣體V1從同一始發態出發，經過絕熱可逆壓縮與恒溫可逆壓縮到體積皆為V2的終態，則p2（恒溫） p2（絕熱），Wr（恒溫） Wr

10、（絕熱），U（恒溫） U（絕熱）。 選擇填入：（a）大于；（b）小于；（c）等于；（d）不能確定3 一定量的理想氣體在恒溫下從V1自由膨脹到V2，則該氣體經歷此過程后，其U（恒溫） ，S（系） ，S（系） ，G 。選擇填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）不能確定。4 在一帶活塞的汽缸中，放有溫度為300K、壓力為101.325kPa的1mol理想氣體。若在絕熱的條件下，于活塞上突然施加202.65kPa的外壓進行壓縮，直到系統的終壓為202.65kPa，此過程的熵差S ；若在300K的大熱源中的帶活塞汽缸內有同一始態理想氣體，同樣于活塞上施加202.65kPa的外壓進行壓縮直

11、到平衡為止，則此壓縮過程中系統的S（系） ，S（熱源） ，S（隔） 。選擇填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）可能大于也可能小于零。5 封閉系統經一恒壓過程后，其與環境所交換的熱 。選擇填入：（a）應等于此過程的U；（b）應等于該系統的焓；（c）應等于該過程的H；（d） 因條件不足無法判斷。6 在一定的T,P下，由純A(l)與純B（l）混合成理想態混合物，則此過程的 ， ， ， ， 。 選擇填入：（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零；（d）不能確定。7 溫度、壓力及組成一定的某真實溶液的化學勢可表示為，式中aA為活度。若采用不同的標準狀態，上式中 ， ， 。選擇填入：（a

12、）的值大小會變；（b）的值大小不變；（c）的值會等于零；（d）條件不夠，無法確定。8 在一定的外壓下，易揮發的純溶劑A中加入不揮發的溶質B形成稀溶液，A,B可生成固溶體，則此稀溶液的凝固點Tf將隨著bB的增加而 ，此稀溶液的沸點將隨著bB的增加而 。 選擇填入：（a）升高；（b）降低；（c）不變；（d）無一定規律變化。9 T,V恒定下的氣相反應，反應前A的初始濃度為，速率常數為，A完全反應掉所需的時間為一i有限值，而且，則此反應必為 。 選擇填入：（a）一級反應；（b）二級反應；（c）0.5級反應；（d）零級反應。三、計算題（前兩題每題15分，共90分）1 1mol理想氣體依次經過下列過程：（

13、a）恒溫下從25升溫至100；（b）絕熱自由膨脹至二倍體積；(c）恒溫下冷卻至25.試計算整個過程的Q、W、U及H2 1mol、300K、101.325kPa的理想氣體，在恒定外壓下恒溫壓縮至內外壓力相等，然后再恒容升溫至1000K，此時系統的壓力為1628.247kPa，求整個過程的Q、W、U及H。已知該氣體CV,m-1.mol-1。3 1mol理想氣體在25、101.325kPa時，被506.63kPa的環境壓力壓縮至200的最終狀態，求此過程的Q、W、U、H及S4 在300K的標準狀態下有反應，此反應的，。試求在400K時反應的、，并判斷在400K的標準狀態下該反應是否可自發進行？ 5 用毛細管上升法測定某液體的表面張力。此液體的密度為0.790，在半