第一章 热力学基础
一、名词解释：
（溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。
二、其它
1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。
2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ?=268650-158.4T 1
J mol -?，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102?，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。
反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-?-=?mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。
3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。
4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。
5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。
7．热力学中，利用关系式 2)ln (
RT H dT K d P ?=来讨论化学反应的热效应对反应的影响。当化学反应为吸热时，随着反应温度的升高，平衡常数K 的变化趋势为＿＿＿＿＿，对化学反应的正反应方向＿＿＿＿＿（填“有利”或“不利”）。
8、在1873K 时，Fe-C 系内碳的溶解反应为C(石)=[C]，其[C]的活度为][C a ，则平衡常数表示为＿＿＿＿＿，当碳的溶解达饱和时，其平衡常数为＿＿＿＿＿，此时溶解过程的吉布斯自由能变化值为＿＿＿＿＿（J ）
9．在1813K 时铁液中有反应[C]+2CO =2CO ，其平衡常数表示为＿＿＿＿＿，当铁液中的碳含量为1.5%时，其平衡常数的值为420。若铁液中的碳含量达到饱
和时，其平衡常数的值为＿＿＿＿＿，该反应在1813K 的ΔθG 等于＿＿＿＿＿
(J)。
10、反应FeO (S)+CO=Fe (S)+CO 2 为可逆反应，其T G 26.2422880+-=?θ J.mol -1 ,
则1173K 时反应的平衡常数K 等于＿＿＿＿＿＿。该反应的热效应近似为＿＿＿＿＿＿＿＿（J ）。
11． 恒温、恒压下，判断冶金过程能否进行用＿＿＿＿＿＿热力学函数，在
＿＿＿＿＿＿＿＿条件下，可用该参数的标准状态变化量来判断化学过程能否进行。
12、某反应中的一反应物473K 时有45%分解，在573K 时有95%分解，则
此反应为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。（填“放热”或 “吸热”）
13．已知某一气相反应 A (g) 1
2k k B (g)+C (g) 在298K 时，k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，
则该反应在298K 时的平衡常数为＿＿＿＿＿，该反应的标准吉布斯自由能的变化为 ＿＿＿＿＿J 。
14．钢液中的氧与纯氧化铁渣间的反应可表示为FeO(l)=[O]+Fe(l)，在1873K 时的平衡常数为0.23，则此时钢液中的氧含量为＿＿＿＿＿＿＿＿；保持温度不变，将上述的纯氧化铁渣换为非纯氧化铁渣，此时反应的平衡常数为＿＿＿＿＿＿＿＿。
15．反应1)1(22)58.4055850(),(2)()(2-?-=??=+mol J T G l SiO FeO s SiO s FeO m r θ；
1)2(22)09.2136200(),(2)()(2-?+-=??=+mol J T G s SiO FeO s SiO s FeO m r θ，则熔化
过程)()(22l SiO FeO s SiO FeO ?=?的θ)3(m r G ?与温度的关系式为＿＿＿＿＿＿＿＿
＿＿＿＿＿＿＿＿＿，计算的理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，标态下的熔化温度为＿＿＿＿＿＿（K ）。
16. 4[C]+(Cr 3O 4)=3[Cr]+4CO T G 22.617934706-=?θ J.mol -1 ， 在1500℃，
标态下反应的方向是＿＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应是＿＿＿＿＿（填“吸热”或“放热”），采用真空操作时，对反应的影响是＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
17、反应2)()(CO s Fe CO s FeO +=+，在1100℃时的平衡常数为0.333，则该温度时反应的标准吉布斯自由能为▁▁▁▁▁▁（J ）。保持温度不变，若将产物2CO 减少，其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁▁，若增加2CO 的量，其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁。降温到1000℃时测得平衡常数为0.351，则该反应为（填“吸”或“放”） ▁▁▁▁▁▁热。
18、活度的标准态是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；冶金中通常采用活度标准态的三种形式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
19、在研究钢铁冶金熔体的物化性质时，选择熔体中组元活度的方法通常是：铁液中溶解的合金和杂质以＿＿＿＿＿＿＿＿为标态，溶剂铁以＿＿＿＿＿＿＿＿为标态，碳溶解在铁液中达到饱和时，选纯物质为标准态其活度等于＿＿＿＿＿＿＿。
20、反应)(2)(22g HCl s Cr H CrCl +=+，在1073K 时mol KJ G /58835=?θ，在此温度和一定的气相成分下ΔG=-125.92KJ/mol ，若要判断该反应在该条件下能否进行，用函数＿＿＿＿＿，该反应在该条件下＿＿＿＿＿（填“能”或“否”）进行。
21、铁基合金液中元素的相互作用系数)(j i e 反应了元素j 的加入对i 组元活度系数的作用，若0>j i e ，说明＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
；若0 22、冶金中计算一个化学反应过程的焓变、吉布斯自由能变化、熵变的数值时均可用代数组合法得到，其理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 冶金中，计算一个复杂化学反应过程的θG ?与温度的二项式，通常采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿方法，其理论依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 23、1000K,反应)(g CO +)(2 12g O =)(2g CO 的平衡常数为1010659.1?,反应)(2)(2g CO CO s C =+的平衡常数为 1.719, 则反应)(2g CO =)(g CO +)(212g O 的平衡常数为＿＿＿＿＿＿，反应)()(2 1)(2g CO g O s C =+的平衡常数为＿＿＿＿。 24、铁液中硅的浓度为2.0][=Si x ，Si γ=0.03，1873K 时被氧气(Pa p O 5102=)氧 化的反应为：[Si]+O 2=SiO 2(S)，该铁液中硅的活度等于＿＿＿＿＿，氧化反应 的ΔG 等于＿＿＿＿＿(J), 反应＿＿＿＿＿（填“能”或“否”）自发进行。 25、在1873K 时，Fe-C 系内碳的溶解度W [C]=5.5%，其溶解反应为C (石)=[C]。若 [C]选择纯液态物质为标准态，其溶解过程的平衡常数为＿＿＿＿＿，加入硅W [Si]=0.5%后，仍保持1873K ，纯液态物质为标准态，体系内碳的溶解平衡常数为 ＿＿＿＿＿，溶解过程的标准吉布斯自由能变化值为＿＿＿＿＿（J ）。 26、用等温方程讨论冶金中化学反应在等温、等压下能否进行。 问：（1）写出等温方程式。（2）说明方程中的参数联系了哪些状态 27、什么是物质的标准溶解吉布斯自由能？纯物质标准态的标准溶解吉布斯 自由能的表示及数值为何？ 28、某组元B 溶解在溶液中形成饱和溶液，当以纯物质为标态时，组元B 的活度为1，为什么？ 29、若要计算某温度时反应[C]+2CO =2CO 的标准吉布斯自由能变化（[C]以 1%为标准态），至少需要查找哪些基础数据？ 30、若反应为)(2][2)()(2g CO Si C s SiO +=+石 铁液中硅的活度为0.1(质量1%溶液标准态)，体系总压为Pa 510，试计算开始反应的温度。已知：CO O C 222)(=+石 mol TJ G /54.171228800--=?θ )(][22s SiO O Si =+ mol TJ G /25.215814850+-=?θ 31、已知氧在熔渣和铁液间的反应为：（FeO ）=[O]+[Fe]。 在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%，与组分为258.0)(,064.0)(,663.0)(700.0)(2====FeO n MgO n SiO n CaO n ，的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.048%。试计算熔渣中FeO 的活度及活度系数。 32、)(22)(S L MO O M =+ θ1G ?；)(22][S MO O M =+ θ2G ?。 问：θ1G ?和θ2G ?是否相等？为什么？若使θθ21G G ?=?，应满足的条件是什 么？ 33、冶金实验过程中，1600℃有还原剂2H 时,气相中 52210-=H O H P P ，问1873K 时，用刚玉坩埚会产生多少2()Al O g P ? 已知刚玉坩埚与2H 的反应方程式: )(2)(2)(2)(3222g g g S O H O Al H O Al +=+ T G 65.266990770-=?θ J.mol -1 34、冶金实验过程中，1600℃有还原剂H 2存在时,气相中52 210-=H O H P P ，问1873K 时，用石英坩埚做实验，气相中会产生多大的)(g SiO p ? 已知石英坩埚与H 2反应式: T>1473K )(2)()(2)(2g g g S O H SiO H SiO +=+ T G 78.181529280-=?θ J.mol -1 35．在冶炼铜、铅、锌的废气中含有大量的2SO ，为防止大气污染和进行综合利用，可将2SO 作为硫酸的原料。其中反应的关键步骤为 2()2()3()12g g g SO O SO +=，试问727℃时，以上反应在下列条件下向哪个方向进 行？ 210132.5SO P Pa = 210132.5O P Pa = 3101.325SO P Pa = 已知 236230072.0f SO G T ?=-+θ （J ） 3456900160.5f SO G T ?=-+θ (J) 101325P Pa θ= 36． 将含w[C] = 3.8％、w[Si] = 1.0％的铁水兑入转炉中，在1250℃下吹氧炼钢，假定气体物质的压力为l00kPa ，生成的2SiO 为纯物质，试问当铁水中［C 」和[Si]均以1％溶液为标准态时，铁水中哪个元素先氧化？ 已知 C C e =0. 14, Si C e =0. 08, Si Si e =0. 11，C Si e =0. 18 ()212S C O CO += θCO f G ?= （-117990-84.35T ） J/mol ()22()S S Si O SiO += θ) (2S SiO f G ? ＝（-907100＋175.73T ） J/mol ()1%[]S C C = θ]%[C sol G ?=（22594 - 42.26T) J/mol ()1% []S Si Si = θ]%[Si sol G ?＝（-131500-17.24T ） J/mol 37、在下述条件：温度K T 1873=；熔渣成分组成如表1。测得与此熔渣平衡的钢液中的氧浓度为058.0]%[=O w ，氧在钢液中的溶解属于稀溶液。 已知： (FeO)=[O]+Fe(l) 734.26320lg +- =T K 试根据实际测定的钢液中氧浓度，计算熔渣中FeO 的活度及活度系数。 表1 熔渣中各组分的摩尔量 组分 FeO MnO CaO MgO SiO 2 P 2O 5 ∑n B n 0.167 0.125 0.762 0.374 0.322 0.015 1.765 已知在460～1200K 温度范围内，下列两反应的θm r G ?与温度的关系如下： ()()3()3S S S Fe C Fe C += =?θ1,m r G （26670-24.33T ）J/mol 材料热力学与动力学 参考书目：1.< 判断题： 1.由亚稳相向稳定相转变不需要推动力。? 2.压力可以改变材料的结构，导致材料发生相变。√ 3.对于凝聚态材料，随着压力升高, 熔点提高。√ 4.热力学第三定律指出：在0 K时任何纯物质的熵值等于零。? 5.在高温下各种物质显示相同的比热。√ 6.溶体的性质主要取决于组元间的相互作用参数。√ 7.金属和合金在平衡态下都存在一定数量的空位，因此空位是热力学稳定的缺 陷。√ 8.固溶体中原子定向迁移的驱动力是浓度梯度。? 9.溶体中析出第二相初期，第二相一般与母相保持非共格以降低应变能。? 10.相变过程中如果稳定相的相变驱动力大于亚稳相，一定优先析出。? 1.根据理查德规则，所有纯固体物质具有大致相同的熔化熵。 2.合金的任何结构转变都可以通过应力驱动来实现。 3.在马氏体相变中，界面能和应变能构成正相变的阻力，但也是逆相变的驱动 力。 4.在高温下各种纯单质固体显示相同的等容热容。 5.二元溶体的混合熵只和溶体的成分有关，与组元的种类无关。 6.材料相变形核时，过冷度越大，临界核心尺寸越大。 7.二元合金在扩散时，两组元的扩散系数总是相同。 8.焓具有能量单位，但它不是能量，也不遵守能量守恒定律；但是系统的焓变 可由能量表达。 9.对于凝聚态材料，随着压力升高, 熔点提高, BCC－FCC转变温度也升高。 10.由于马氏体相变属于无扩散切变过程，因此应力可以促发形核和相变。 简答题： 1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时，其转变具有怎样的体积特征？试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属？简要解释其原因？（8分） 2007年度《材料热力学与动力学》考试题 姓名：学号： 判断题：（用√或?符号指出对错。20分，每小题2分） 1.热力学第三定律指出：在0 K时任何纯物质的熵值等于零。 2.焓具有能量单位，但它不是能量，也不遵守能量守恒定律；但是系统的焓变可由能量表达。 3.在高温下各种物质显示相同的比热。 4.对于凝聚态材料，随着压力升高, 熔点提高, BCC－FCC转变温度也升高。 5.溶体的性质主要取决于组元间的相互作用参数。 6.亚稳相即使没有外力推动，随着时间的延长，最终会转变为稳定相。 7.金属和合金在平衡态下都会存在一定数量的空位，因此说空位是热力学稳定的缺陷。 8.固溶体中原子定向迁移的驱动力是浓度梯度。 9.溶体中析出第二相初期，第二相一般与母相保持非共格以降低应变能。 10.由于马氏体相变属于无扩散切变过程，因此应力可以促发形核和相变。 简答题：（40分，每小题8分，任选5题，其余题目答出可酌情加分） 1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时，其转变具有怎样的体积特征？试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属？简要解释其原因？ 2．试举出三种二元溶体模型；简要指出各溶体模型的原子相互作用能I AB的特征。 3．试利用给出的a,b两种溶体Gm-X 图中化学势的图解示意图(右图)， 指出两种溶体的扩散特征有什么 不同；那一种固溶体中会发生上坡 扩散。 ( a ) ( b ) 4．向Cu中加入微量的Bi、As合金时 所产生的效果完全不同。加入微量的 Bi会使Cu显著变脆，而电阻没有显 热力学与动力学 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ? 2０06年度《材料热力学与动力学》考试题 简答题: 1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时,其转变具有怎样的体积特征?试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属?简要解释其原因?（8分） 2．金属和合金在平衡态下存在一定数量的空位,因此有人说一定数量的空位是金属和合金中的热力学稳定缺陷，此说法是否正确?根据空位数量对自由能及其组成要素(焓和熵)的影响方式，从热力学角度进行简要解释。(8分） 3．试举出三种二元溶体模型；简要指出各溶体模型的原子相互作用能IＡB的特征。 (6分) 4．试利用给出的a,ｂ两种溶体Gm-X图中化学势的图解示意图,指出两种溶体的扩散特征有什么不同；那一种固溶体中会发生上坡扩散。(７分) （a) (b) 5．向Cu中加入微量的Bi、Ａｓ合金时所产生的效果完全不同。加入微量的Ｂi会使Cu显著变脆,而电阻没有显著变化，加入微量的Aｓ并不会使Ｃｕ变脆,但是能显著提高电阻。试根据下面的相图，从溶解度角度对上述现象加以解释。(8分) 6．将固溶体相和晶界相视为两相平衡状态,如果已知上述两相的自由能-成分曲线，指出:采用什么方法或法则来确定两相的平衡成分？一般来说,两相的平衡溶质成分具有怎样的关系?（5分） 7．简要回答什么是耗散结构以及产生耗散结构的必要条件；举出2个自组织现象的实例。(６分） 8．在相变形核阶段，体积自由能、界面能以及应变能中哪些是相变的驱动力?哪些是相变的阻力？试解释：在形核阶段,形核的总自由能为正值,为什么核心能形成呢?以马氏体为例,在核心长大阶段的自由能以及界面能和应变能如何变化?（８分) 9．根据过饱和固溶体中析出第二相时的相平衡关系或者Gibｂｓ-Thomson方程,简要说明第二相粒子粗化过程;从温度对长大速率和对扩散两个方面的影响，简要说明温度对粒子粗化的作用。(７分) 分析计算题： 1．已知纯钛α／β平衡温度为８82?Ｃ，相变焓为14．65 kＪ/ｍoｌ。估算β钛过冷到800?C时，β－Ti转变为α-Ti的相变驱动力（不计上述过冷温度范围对相变的焓变及熵变的影响）。（10分) 2．从过饱和固溶体（α）中析出的第二相通常都是很小的粒子（β)，一般这些小粒子在表面张力的作用下会受到附加压应力的作用，写出附加压应力与表面张力和球形粒子尺寸的关系。以二元溶体为例,用图示的方法简要分析附加压应力对溶体相与析出相界面(α／β）平衡关系的影响。在析出的初期，这小粒子一般与基体保持共格关系,简要分析其原因。(１5分） 3．在2５?C和0.1MＰa下,金刚石和石墨的标准熵分别为２.4 J／mol?Ｋ和５．7 Ｊ/ｍol?Ｋ，标准焓分别为３9５kJ／mｏl和39４kJ/ｍｏl，密度分别为3.５g／cm３和2.3g/cm3, 碳的摩尔质量为１2g。试计算石墨在此条件下转变为金刚石的相变驱动力;试根据自由能与体积和温度的关系(dG=VdP - ＳdT)计算室温下实现石墨－金刚石转变所需临界压力（不计压力对石墨以及压力对金刚石造成的体积改变)。(15分) 焓：能量可以分为流动的能量和贮存的能量，一个物体中贮存的总能量包括几种形式，比如我们都注意到了物体中贮存有化学能，因为我们已经认识到物质通过燃烧可以释放出所贮存的化学能。还有两种常见的能量贮存的形式是动能和势能。动能是由于物体的运动或它的速度而贮存的能量，而势能是由于它的位置，或海拔高度。温度和压力也会使物体具有额外的能量。我们都注意到高压的气体具有能量（如沸腾时产生的蒸汽），高温下的水可以向外释放热能。我们称这种以温度和压力所贮存的能量称为焓（H）。 活度是指为使理想溶液（或极稀溶液）的热力学公式适用于真实溶液，用来代替浓度的一种物理量，活度的概念首先是由G.N.路易斯提出的。对理想液体混合物符合拉乌尔定律pB／＝xB ，非理想液体混合物拉乌尔定律修正为pB／＝fBxB＝aB ，因此fB表示非理想的与理想的液体混合物偏差程度，实际上就是对拉乌尔定律的偏差系数。对于理想液体混合物aB＝xB，fB＝1，而对于非理想的aB≠xB ，fB 可大于小于1 ，因此活度是与组成x有关的无量纲量。 活度系数：例如绝大多数的冶金反应都有溶液（固溶体、冶金熔体及水溶液）参加，而这些溶液经常都不是理想溶液。要进行定量的热力学计算和分析，溶液中各组分的浓度必须代以活度。活度是组分的有效浓度（或称热力学浓度）。组分的浓度必须用一系数校正，方能符合于若干物理化学定律（例如质量作用定律、拉乌尔定律、亨利定律、分配定律等等），此校正系数称为活度系数。活度系数反映有效浓度和实际浓度的差异。 对多组分的溶液，计算活度时必须知道活度的相互作用系数。测定活度系数f其中有一种方法，作出lgf对质量浓度[％]的曲线,在原点对曲线作切线，其斜率称为组分i的活度相互作用系数，以e表示。活度相互作用系数与温度有关。一般按规则溶液处理，有e与温度T 的倒数成正比。 质量作用定律 19世纪中期，G.M.古德贝格和P.瓦格提出：化学反应速率与反应物的有效质量成正比。此即质量作用定律，其中的有效质量实际是指浓度。近代实验证明，质量作用定律只适用于元反应，因此该定律可以更严格完整地表述为：元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的乘积成正比，其中各反应物的浓度的幂的指数即为元反应方程式中该反应物化学计量数的绝对值。如对元反应I2＋H2→2HI，其速率方程式可根据质量作用定律写作： r=k[I2]2 [H2] 式中r为反应速率，［I2］、[H2]分别为反应物I2和H2的浓度，k称为反应的速率常数。根据质量作用定律，元反应的级数与反应的分子数是相等的。元反应 （一）拉乌尔定律和亨利定律 1.拉乌尔定律 （1）定义：在一定温度下，稀溶液内溶剂的蒸气压等于同温度下纯溶剂的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。 （2）数学表达式： 若为二组分系统则有 拉乌尔定律的应用对象是理想溶液及稀溶液的溶剂。 第一章 热力学基础 一、名词解释： （溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。 二、其它 1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。 2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ ?=268650-158.4T 1J mol -?，在标准 状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102?，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。 反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，1 4.158268650-?-=?mol TJ G θ,在标准状态下 能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。 3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。 4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。 5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。 第四章 动力学 一、名词解释 基元反应，化学反应过程的限制性环节，化学反应的级数，化学反应的速率常数，化学反应的活化能，反应过程的准稳态，准稳态过程，对流传质，过程的限制性环节，局部平衡，扩散传质，非稳态扩散 二、填空 1．冶金热力学研究冶金过程进行的＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿；冶金动力学是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。化学反应速率常数与温度的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其关系式中＿＿＿＿＿＿参数由反应的机理来决定。 2、基元反应是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而反应的活化能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3、温度对化学反应速率的影响可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿公式来衡量。 4、某一气相反应 A (g) 1 2 k k B (g)+C (g) ，若用A c 、B c 、C c 表示反应过程中A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，则 A dc dt -等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。 5．某一气相（可逆）反应A(g) ?1 2k k B(g)+C(g) ，若用A c 、B c 、C c 表示 A(g) 、B(g)、C(g)在反应过程中的浓度，则 dt dc B 等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数与该反应的速率常数的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．已知某一气相反应 A (g) 12 k k B (g)+C (g) 在300K 时，标准状态下k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应的平衡常数为＿＿＿＿＿，反应的标准吉布斯自由能的变化值为 ＿＿＿＿＿(J)，反应进行的方向为＿＿＿＿＿。 7．已知某复合反应的反应历程为A 1 2k k ? B ，B+D J k 2 →，反应过程中A 、B 、D 、J 物质的浓度分别用A C 、B C 、D C 、J C 表示，则A 物质的浓度随时间的变化率 冶金动力学考试复习 ——by 陈洁云冷老师部分是根据老师上课的内容，没有划的重点额&后面的每个反应还真不知道会考what 一、绪论 1、热力学与动力学区别与联系 区别：热力学研究体系变化的可能性、方向和限度，只考虑体系变化过程的起始和最终状态，而不考虑过程进行中的瞬时状态，对化学反应的速率和历程不能给予任何回答。动力学则是研究体系变化过程的速率和机理，不仅考虑过程变化的始末状态，而且还要探讨变化的历程和反应机构。 联系：热力学上不能发生的过程，在现实中一定不能发生，研究其动力学没有意义。 热力学研究无限缓慢的可逆过程，故不考虑时间因素，所以热力学上可以发生的过程只是现实可能发生的过程，不是必然发生的，需要进行动力学研究。 2、宏观动力学和微观动力学的区别和影响因素 微观动力学：从微观角度在分子或原子水平上研究反应过程的具体行径（反应质点的组合细节、转变步序）即反应机理，研究最简单的基元反应的真实速率和复杂反应的综合速率，但不涉及物质的传输速率。 宏观动力学：在微观动力学基础上，结合流体流动、传热、传质及反应器形状研究反应速率及机理。 影响因素： 化学反应速度与外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）有关，也与反应物的化学组成和结构等因素有关。 化学反应速度还与传质速度（反应物向反应区域的传输速度以及反应产物离开反应区域的速度）有关，传热以及反应器的形状、尺寸等因素也对化学反应速度有不可忽视的影响。 二、化学反应动力学基础 1、基元反应：反应物分子在相互作用或碰撞时一步就直接转化成产物的反应。 2、质量作用定律：在一定温度下，基元反应瞬时速率与各反应物瞬时浓度的若干次幂的乘积 成正比，浓度的方次等于化学反应式中相应物质的化学计量系数。 基元反应aA + bB dD + eE 不考虑逆反应，反应速率可表示为： 蛋白质折叠的热力学和动力学 药学院 10489629 苟宝迪 蛋白质是一种生物大分子，基本上是由20种氨基酸以肽键连接成肽链。肽链在空间卷曲折叠成为特定的三维空间结构。有的蛋白质由多条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定的空间关系，称为蛋白质的四级结构。所以蛋白质分子有非常特定的复杂的空间结构。诺贝尔奖得主Anfinsen认为每一种蛋白质分子都有自己特有的氨基酸的组成和排列顺序，由这种氨基酸排列顺序决定它的特定的空间结构。具有完整一级结构的多肽或蛋白质, 只有当其折叠形成正确的三维空间结构才可能具有正常的生物学功能. 如果这些生物大分子的折叠在体内发生了故障, 形成错误的空间结构, 不但将丧失其生物学功能, 甚至会引起疾病.蛋白质异常的三维空间结构可以引发疾病，疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等都是“折叠病”。 蛋白质折叠的研究（图1[1]），是生命科学领域的前沿课题之一。不仅具有重大的科学意义，而且在医学和在生物工程领域具有极大的应用价值。 图1 蛋白质折叠的热力学研究 蛋白质折叠的研究，比较狭义的定义就是研究蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定性和与其生物活性的关系。这里最根本的科学问题就是多肽链的一级结构到底如何决定它的空间结构？X-射线晶体衍射是至今为止研究蛋白质结构最有效的方法, 所能达到的精度是其它任何方法所不能比拟的. 但是, 蛋白质分离纯化技术要求高, 蛋白质晶体难以培养, 晶体结构测定的周期较长, 从而制约了蛋白质工程的进展. 随着近代物理学、数学和分子生物学的发展, 特别是计算机技术的进步, 人们开始用理论计算的方法, 利用计算机来预测蛋白质的结构. 同源模建方法是最常用、最有效的蛋白质结构预测方法. 但是, 利用同源模建方法预测蛋白质结构时, 需用同源蛋白质的已知结构作为模板. 当缺乏这种模板结构时, 预测则很难奏效. 这是该方法的天生缺陷. 是否能从蛋白质序列出发, 直接预测蛋白质的结构? 从理论上最直接地去解决蛋白质的折叠问题，就是根据测得的蛋白质的一级序列预测由Anfinsen原理决定的特定的空间结构。蛋白质氨基酸序列，特别是编码蛋白质的核苷酸序列的测定现在几乎已经成为常规技术，利用分子生物学技术可以从互补DNA（cDNA）序列可以推定氨基酸序列，大大加速了蛋白质一级结构的测定。目前蛋白质数据库中已经存有大约17万个蛋白的一级结构，但是测定了空间结构的蛋白大约只有1．2万个，这中间有许多是很相似的同源蛋白，已经有人根据基因组的数据用统计方法重新估计了蛋白质折叠类型数目大约为1000种。 “蛋白质结构预测”属于理论方面的热力学问题，蛋白质分子结构本身的复杂性决定了结构预测的复杂性。目前结构预测的方法大致可分为两大类。一类是假设蛋白质分子天然构象处于热力学最稳定，能量最低状态，考虑蛋白质分子中所有原子间的相互作用以及蛋白质分子与溶剂之间的相互作用，采用分子力学的能量极小化方法，计算出蛋白质分子的天然空间结构。第二类方法是利用存入蛋白质数据库的数据进行预测相比，基于同源性的重复循环技术非常可靠地灵敏地进行结构预测。找出数据库中已有的蛋白质的空间结构与其一级序列之间的联系总结出一定的规律，逐级从一级序列预测二级结构，再建立可能的三维模型，根据总结出的空间结构与其一级序列之间的规律，排除不合理的模型，再根据能量最低原理得到修正的结构。但是，第一类方法遇到在数学上难以解决的多重极小值问题，而逐级预测又受到二级结构预测精度的限制。 图2[2]为蛋白质折叠研究的漏斗模型。从能量的角度看，漏斗表面上的每一个点代表蛋白质的一种可能的构象，变性状态的蛋白质构象位于漏斗顶面，漏斗最底部的点表示用X-射线单晶衍射或NMR测定的蛋白质天然构象，而漏斗侧面的斜率用来说明蛋白质折叠路径（图3[1]）。 图2 第一章 热力学基础 一、名词解释： （溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。 二、其它 1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。 2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ?=268650-158.4T 1 J mol -?，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102?，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。 反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-?-=?mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。 3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。 4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。 5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。 化学原理模块课堂测验 1、可逆反应：C(s)+H2O(g)? CO(g)+H2(g) Δr H mΘ>0。下列说法你认为对否？为什么？ （1）达平衡时各反应物和生成物的分压一定相等； （2）改变生成物的分压，使Q 热力学与动力学的关系 黄金金 指导教师：陶中东 摘要：反应趋势与反应速率之间的关系是化学研究中的一个十分重要的问题,本文根据物理化学的基本原理,建立了热力学判据和动力学判据相结合的普适判据，并根据普适判据，从理论上阐述了反应趋势和反应速率二者之间的内在联系，同时论述了化学热力学与化学动力学的紧密联系，有助于从物质的本性、微观结构去进一步认识化学反应的实质。 关键词：化学热力学，化学动力学，普适判据，反应进度，反应速率，活化能，活化熵，化学亲和势 The Relationship between Chemical Kinetics and Thermodynamics Abstract: According to the principle of physical chemistry, a general criterion, which includes thermodynamic criterion of reaction trend and kinetic criterion of reaction rate, has been proposed suggested in this paper. The internal relations between reaction trend and reaction rate have been elaborated based on the general criterion. Meanwhile the paper expounded the close relationship between chemical kinetics and thermodynamics it is instrumental to us in further cognizing chemical reaction essence from material nature and structure. Key words: general criterion; chemical thermodynamics; chemical kinetics; reaction extent; reaction rate; activated energy; activated entropy; chemical affinity 对于一个指定反应条件和反应物种的化学反应来说，研究者普遍关心的问题是该化学反应的趋势与速率。有许多实例表明化学反应的趋势与速率二者之间存在正相关性，即反应的趋势大且反应的速率快。“化学动力学与化学热力学是相辅相成的，动力学的研究必须以热力学的结果(肯定反应有可能发生)为前提条件，而热力学只有与动力学相结合才能全面解决化学反应的实际问题”。“我们用以控制化学过程的方法主要是改变:(1)温度，(2)压力，(3)反应物的比例，(4)催 《材料热力学与动力学》读书报告 一、概述 1、体系与环境 体系是所研究的对象的总和，或者把所要研究的那部分真实世界的各物体想象的从其周围划分出来作为研究对象。而环境是指与所研究对象（体系）有联系、有影响的部分，或指体系以外与之联系的真实世界。体系与环境是相互依存和相互制约的一对，对于不同的研究内容，体系与环境也不同，如何划分体系与环境，完全根据所研究问题的性质来决定。 热力学体系与环境之间的相互联系是指它们之间所发生的物质交换和能量交换，而能量交换的形式有传热和做功。根据体系与环境之间相互联系的不同，可以将体系分为三类：（1）开放体系：又称敞开体系，体系与环境之间，既有物质交换，又有能量交换； （2）封闭体系：体系与环境之间，只有能量交换，没有物质交换； （3）孤立体系：又称隔离体系，体系与环境之间，既没物质交换，也没有能量交换。 2、体系的性质 根据体系的性质与体系中物质数量的关系，可将其分为两类： （1）容量性质：又称广延性质或广延量，其数值与体系中物质的数量有关，整个体系的某个容量性质的数值，为体系中各部分该性质数值的总和，即具有加和性。如体积、质量、内能、热容、熵等。 （2）强度性质：又称内禀性性质或强度量，其数值与体系中物质的数量无关，没有加和性。如温度、压力、密度等。 容量性质与强度性质虽有上述区别，但是容量性质有时也可以转化为强度性质，即容量性质除以总质量或总物质的量就成为强度性质。如体积为容量性质，而摩尔体积为强度性质，热容为容量性质，而摩尔热容则为强度性质。 3、状态与状态函数 热力学用体系所具有的宏观性质来描述其状态。当体系的一系列性质，如质量、温度、压力、体积、组成以及焦聚状态等全部确定以后，这个体系就具有了一个确定的状态。反之，体系状态确定后，其所具有的宏观性质均有确定值，与到达该状态前经历无关。由于状态与性质之间的单值对应体系，体系的这些热力学性质又称做状态函数。状态函数只与体系的始态与终态有关，与变化的具体历程无关。由于体系的状态都是利用体系的宏观物理性质来描述的，所以又称为体系的宏观状态。其中体系的任一性质发生了变化均意味着体系状态的变化。因此这些性质又称为体系的状态变数。 由于体系各性质之间彼此相互联系、相互制约，只有部分性质是独立的，在某一状态下，其他的性质可以表示成各独立性质的函数，即存在相当于数学上的自变量与因变量的关系，因此称这些可以用独立性质通过函数关系表示出来的体系性质为状态函数。也就是说，状态函数是一些具有相对独立性的性质函数的体系性质。 4、过程与途径 体系从始态向终态过渡称为过程，或者说体系体系发生的任何变化为过程。完成过程的具体历程（步骤）称为途径。 途径可由若干过程组合而成。由一定始态到达一定终态的过程，可以经过不同的途径，但是状态函数的改变值是相同的。因为状态一定时，状态函数只有一个确定的数值，状态函数的改变不随具体途径不同而变化。 二、材料热力学基础知识 第一章 1 冶金原理研究的主要容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。 2 金属熔体指液态的金属、合金。 1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研 究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。 3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合 成渣____四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将 它们回收利用。 8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失， 要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学 性质。 11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使 之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条 件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向； 限度；转化率。 13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体 1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的 或占主导地位的生产方法。错 2、对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对 5、金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加 者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。对 6、常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。对 7、非金属熔体包括：熔渣、熔盐、熔硫对 1、什么事冶金熔体？它分为几种类型？ 2018年冶金与材料热力学期末考试试题 （1）开卷考试，可以携带所需的参考书，使用计算器等电子工具，要求独立完成所有的试题；（2）答题时间为4小时；（3）每道题的分数都已经标注在题目的前面；（4）答题时各个部分的题目可以在一定的分数范围内有所选择，答题的总分要求达到100分。 第一部分基础理论题（选择做30?35分即可） 1简答题（5分）：冶金热力学主要的研究目的和理论基础是什么？也就是说冶金热力学主要是用来解决什么问题的？请举一个实例加以说明。冶金热力学与冶金动力学的研究内容之间的主要区别在哪里？请举出实例加以说明。 2简答题（5分）：请分別列出两种平衡常数的测定方法和活度的测定方法，并介绍其中的原理。答：参考课本C 3简答题（5分）：冶金热力学数据在冶金热力学分析中具有极为重要的意义，请问（1）符号△ Gf的中文全称是什么？△心―+ BT的由来和意义；（2）获得某一个化学反应的厶「G/的途径有哪些？ 4简答题（5分）：标准态与平衡态是如何定义的？也就是说它们的基本特点有哪些？冶金热力学中常用的标准态有哪些？以A-B -元溶液为例，介绍一下它们之间的换算关系。 5简答题（5分）：可逆过程在热力学中具有极为重要的意义，请结合一个实例，例如理想气体的可逆膨胀过程，指出可逆过程具有哪些基本特征？并讨论可逆过程在热力学中的意义是什么？可逆过程与爛变的计算有什么关系？ 6简答题（10分）：请列出等温方程和等压方程，然后在热力学基本关系式的基础上推导出等温方程和等压方程，并讨论等温方程和等压方程的意义。 7简答题（5分）：下图为两种还原剂CO和H?还原铁氧化物的平衡状态图，（1）请简要介绍该图的主要意义，（2）补充ab和cd这两个线段所对应的化学反应方程式，（3）请比较CO和出高于1000°C时的还原能力。 一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3，熔点T m =660.28℃，熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下，当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少？ 解：由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? … ① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小，可以忽略， ①代入②得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理??? ? ??+?=?Tm T 1ln V Tm R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容，如何判断热力学平衡。 内容：（1）热平衡，体系的各部分温度相等；（2）质平衡：体系与环境所含有的质量不变；（3）力平衡：体系各部分所受的力平衡，即在不考虑重力的前提下，体系内部各处所受的压力相等；（4）化学平衡：体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据： （1）熵判据：由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系，有0Q =δ，因此有 dS 可逆 不可逆 ≥，由于可逆过程由无限多个平衡态组成，因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥，对于封闭体系，可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化，即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? （2）自由能判据 若当体系不作非体积功时，在等温等容下，有 ()0 d ,≤V T F 平衡状态自发过程 上式表明，体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向 进行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 （3）自由焓判据 若当体系不作非体积功时，在等温等压下，有 d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向进 行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 三、试比较理想熔体模型与规则熔体模型的异同点。 （1）理想熔体模型：在整个成分范围内每个组元都符合拉乌尔定律，这样的溶体称为理想 第一章冶金热力学基础 1.冶金反应的焓变和吉布斯自由能变计算 2.化学反应等温方程式 3.溶解组元的活度及活度系数 4.有溶液参加反应化学反应等温方程式分析 5.熔铁及其合金的结构 6.铁液中组分活度的相互作用系数关系式 7.铁液中元素的溶解及存在形式 8.熔铁及其合金的物理性质 绪论 冶金过程，尤其是钢铁冶金过程是高温、多相、多组元的复杂物理化学反应体系，一般而言： 温度：>1000℃，炼钢温度在1600℃，甚至1700℃； 多相：包括气—液—固三相 气相：大气、燃气、反应气体、金属及其化合物的蒸气； 液相：金属液、渣液； 固相：金属矿石、固体燃料、耐火材料； 多组元：金属液、炉渣、燃料都不是纯物质，而是多组元物质。 冶金过程物理变化： 熔化、溶解、吸附、脱气、分金属夹杂上浮、金属的凝固等； 冶金过程化学反应： 燃料燃烧反应、生成—离解反应、氧化—还原反应、脱硫反应、脱磷反应、脱氧反应、脱碳反应等。 对这样的复杂体系，冶金物理化学能做什么？ 运用物理化学基本原理及实验方法，冶金物理化学研究和分析冶金过程的基本规律，为探索高效、优质、绿色的冶金工艺过程提供理论依据。 冶金物理化学大致分为： 冶金热力学——主要研究冶金过程（反应）进行的方向和限度，以及在复杂体系中实现意愿反应的热力学条件。 是以体系的状态（平衡态）为基础，以状态函数描述过程的可能性为基本分析方法，不涉及“时间”这个参数。 冶金动力学——主要研究冶金过程（反应）的机理和速率，以及确定过程的限制性环节和强化过程的措施。 工业过程是要在有限时间内完成反应产物的获得，光有“可能性”还不够，要有“实现性”，这就必然涉及过程（反应）的机理和速率。 冶金熔体——高温金属熔体和熔渣结构、性质及模型描述。 冶金电化学——高温电解反应、金属液熔渣多相反应的机理和描述。 应该说，正是冶金物理化学的发展，才使得冶金由“技艺”成为“工程”和含有“科学”分量。相对而言，冶金热力学发展得较为成熟，但研究高温下多相复杂冶金反应很困难，许多热力学数据还不完 冶金过程动力学 用化学动力学原理及宏观动力学方法研究从矿石提取金属及其化合物的各种冶金过程的一门学科。它和冶金过程热力学一样，是冶金过程物理化学的一个分支。冶金过程动力学研究冶金过程（包括冶金反应及物理过程）的速度及其机理，是提高冶金过程的冶炼强度、缩短冶炼时间、提高冶金产品质量、促进冶金工业自动化、探讨和开发冶金新技术及新流程的重要手段。 微观动力学和宏观动力学冶金过程通常是在高温、有多相存在和有流体流动下的物理化学过程。反应速度除了受温度、压力和化学组成及结构等因素的影响外，还受反应器（如冶金炉等）的形状和物料的流动状况以及热源等因素的影响。当反应的条件发生变化时，反应进行的途径（步骤）即反应机理也要发生变化。从分子理论微观地研究反应速度和机理称为微观动力学。一般情况，物理化学中的化学动力学属于微观动力学的范畴；结合反应装置在有流体流动、传质及传热条件下宏观地研究反应速度和机理称为宏观动力学。冶金过程动力学即属于宏观动力学的范畴。 反应的控制步骤为使某一反应进行，必须将参与反应的物质传送到反应进行的地点（界面），在那里发生反应，并使反应产物尽快排除。其中速度最慢的步骤限制着整个反应的速度，这个最慢的步骤称为控制步骤或限制环节。研究反应速度的目的就是要弄清在各种条件下反应进行的各种步骤，也即反应的机理，找出它的限制环节，并导出在给定条件下反应进行的速度方程式，以便用来控制和改进实际操作。 反应速度通常以单位时间物质i的浓度C i（对非理想溶液采用活度a i）的变化来表示，即反应速度 表示为。对反应物，反应速度v i是负值；对产物则v i为正值。以不可逆反应 a A+ b B─→ c C+ d D 为例，如果体系的总体积不变，则反应物减少量和产物生成量与方程式中计量比a、b、c、d的关系为 -d CΑ∶-d C B∶d C C∶d C D =a∶b∶c∶d 用反应物（A或B）或产物（C或D）的浓度表示的反应速度的相互关系为 根据质量作用定律材料热力学与动力学
热力学与动力学往年考试整理
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