冶金物理化学期末辅导(北科考研)

北京科技大学2014年硕士研究生入学考试
冶金工程
一、解答
1、 等温方程式∆G θ =-RT ln K θ两边所描述的状态？它们的关系（数值上相等）。

2、 运用氧势图分析炼不锈钢去碳保铬在标准态下和非标准态下得最低还原温度。

3、 菲克第一定律与多相反应动力学基本方程的联系与区别。

4、 推导渣硫化物的容量，及其在冶金中的意义。

5、 推导二元正规溶液的,ln mix i m i H RT γ∆=。

6、 7、 根据图中气体反应物A 在未反应核中浓度分布图（界面化学反应控速时的），回答：
（1）哪一步是控速环节。

（2）推导它为控速环节时的速率方程。

二、首先要你用分子理论计算FeO 的活度，再代入∆G 中判断渣能否氧化含C 0.5%的钢液，其中还要用元素的活度相互作用系数求钢中C 的活度系数。

三、在成分点为m 的液体（其量为W m ）中加入1/2W m 的固体A 得新液相;
（1）分析得到的新液相的冷却过程（三元共晶型的M 1点）；
（2）分别得到多少一次初晶和二次结晶A ；
四、渣中（CaO ）氧化钢液中S ，已知钢液中[S]的传质为控速环节，反应平衡是S 为0.01%；
（1）写出反应式，并分析反应机理（液/液反应机理）；
（2）计算将钢液中S 从0.1%脱到0.02%所需时间；
（3）从动力学分析影响脱硫速率的主要因素；。

冶金物理化学考试大纲
科目代码：809
科目名称：冶金物理化学
一、考试性质与范围
1．本课程是冶金工程专业本课生必修课程，是一门重点介绍冶金物理化学基本概念、基本原理以及在冶金过程中应用的专业基础课。

2．通过本课程的学习使学生掌握冶金热力学、冶金动力学的基本原理。

学会运用这些原理分析和解决生产中出现的新问题；不断地改造旧工艺，创造新工艺，降低生产消耗，提高生产率；不断地向相关学科渗透，扩大冶金物理化学的研究领域。

3. 通过本课程的学习，使学生掌握冶金物理化学基本的实验技能，对冶金中的问题，利用冶金物理化学基础和其他专业知识综合的研究方法。

二、考试基本要求
要求学生牢固地掌握冶金物理化学的基本概念和基本原理，独立完成大量习题，能够正确熟练地计算冶金体系中化学反应的吉布斯白由能变化，判断化学反应的方向和限度，分析化学反应的反应机理。

独立完成要求的大纲内容与基本习题。

三、考试形式与分值
考试采用闭卷形式，分值：150分。

题目分基本概念、计算、论证及利用冶金物理化学的原理和方法解决冶金过程中的实际应用问题。

四、考试内容
1．热力学基本定理及在冶金中的应用
1.1 几个基本公式
1）体系中组元i的自由能的描述；理想气体体系中组元i的自由能；液相体系中组元i的自由能；固相体系中组元i的自由能。

2）等温方程式的导出：由单个组元I的自由能推导化学反应的自由能变化G
；。

北京科技大学冶金与生态工程学院介绍+初试复试经验学院简介北京科技大学是全国重点大学，冶金工程是北科大优势特色专业学科，其下设的冶金物理化学和钢铁冶金两个二级学科为国家级重点学科，并设有有色金属冶金学科。

冶金工程学科具有学士、硕士和博士全部学位的授予权并设有博士后研究流动站，还与美、德、日等国的大学合作培养博士研究生。

科学技术史专业于1991、1996年先后经国务院学位委员会批准具有硕士、博士学位授予权，是目前国内唯一的科学技术史（工学）专业博士点。

为适应我国生态环境建设的需要，2002年冶金与生态工程学院成立了生态科学与工程系，增设生态学专业。

2003年开始招收生态工程专业本科生和工业生态硕士研究生。

学院拥有一支高水平的师资队伍，其中有中国科学院院士3人、国家学位委员会委员1人、长江学者2人、国家杰出青年1人、学校422高层次人才4名，共有博士生导师33人，中青年教师中多数具有博士学位并有出国留学、进修经历。

冶金与生态工程学院承担着大量国家重要科学研究任务，包括国家自然科学基金重点研究、国家重大基础研究、高新技术研究、国家科技攻关研究和国内外企业合作科研等课题。

学院曾两次得到过世界银行贷款资助，是国家"211"工程的重点建设单位，具有良好的教学、实验条件，如多媒体教室、计算机中心、激光测速、红外成像、数字显微图像、超高温差热分析、高温X射线衍射分析、高效燃烧、多功能真空熔炼等先进实验室。

随着国家21世纪振兴教育计划的实施，办学条件还将会有显著的改进。

冶金与生态工程学院非常重视学生的培养质量，强调加强基础、拓宽专业素质和培养创新能力，尤其重视外语、计算机、自动化、管理科学等工科通用课程的教学，本科生教学中上述通用课程课时比率已增加到80％以上。

此外，在冶金专业课程中也大量引入了数学模型、仿真、数值计算、人工智能等内容。

初始复试经验如果要考钢铁冶金的，北科大的钢铁冶金是首选，其中初试要考试四门，分别是：数学一、英语、政治和专业课，关于专业课，初试出题人应该是郭汉杰，至少现在主要是他出，他编写了一本书叫《冶金物理化学教程》，目前到了第2版，定价是45元，考试时就主要参考他的，绝大部分考试的内容在上面都可以找到，另外，有些年份可能会用到《冶金物理化学》，是北科大张家芸编的，不过，这本书用的少，如果时间充足，可以选择来看。

装 订 线 内 不 得 答 题自觉遵 守考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不作 弊3、完全离子溶液形成时其混合焓为零。

阳离子与阳离子、阴离子与阴离子分别形成理想溶液；4、碱性氧化物以简单阳离子存在，酸性氧化物以复杂阴离子存在。

故，完全离子溶液＝理想阳离子溶液+理想阴离子溶液，且++=22M M x a ，++=22O O x a4.试写出正规溶液定义。

解：正规溶液定义：过剩混合热不为零（Δmix H m E ≠0），过剩混合熵为零的溶液(Δmix S m E＝0）叫做正规溶液。

5.试写出硫容量的一种表达式。

解：当气相分压小于0.1Pa 时，硫以硫化物的形式存在。

硫化物容量表示为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--∑2222)32()(2/1%S O S O S a n K p p S w C γθ 当体系的气相分压大于0.1Pa 时，渣中硫以硫酸盐形式存在，定义硫酸盐的容量为：2/12/3%22)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθp p p p S w C S O S6.简述有效边界层的定义。

答：当流体速度为u b 的粘性流体绕固体表面流动时，由于表面的摩擦作用在固体表面附近会形成具有很大速度梯度的区域。

在固体表面上流体速度u x 为零，而在距固体表面一小距离处，流体速度就等于99%的流体本体速度u b 。

这个区域叫速度边界层，距固体表面这一距离称为速度边界层厚度δu 。

当含某一组元A 浓度为C b 的流体绕固体表面流动时，如果由于流体与固体表面含组元A 的浓度不同，则会在固体垂直方向建立起浓度梯度。

在固体表面上组元A的浓度为C s ，而在距固体表面一小距离处，组元A 的浓度就降到99%的流体本体浓度C b 。

这个区域叫浓度边界层，距固体表面这一距离称为浓度边界层厚度δc 。

为了数学上的处理方便，将分子扩散（D ）和湍流传质（ED ）折算成稳态的分子扩散，为此由浓度为C s 的固体表面点作浓度曲线的切线，使之与本体浓度C b 的延长线相交于一点，过这点作一平行于固体表面的平面，该平面与固体表面之间的区域称为有效边界层，其厚度用δc ′表示。

【北科大考研辅导班】北科大冶金工程考研条件考试科目参考书考研大纲考研分数线考研经验一、北科大工程技术研究院简介-启道北京科技大学工程技术研究院（以下简称“工研院”），以原北京科技大学冶金工程研究院为主体，下辖两个国家级科技创新平台：高效轧制国家工程研究中心和国家板带生产先进装备工程技术研究中心，以及一个国家级高新技术企业：北京科技大学设计研究院有限公司。

工研院于2016年6月12日由学校批准正式更名。

未来，工研院将继续坚持体制机制创新、科研开发与技术转移并举，在继承原有钢铁生产全流程科技创新和工程化业务的基础上，瞄准国家和行业重大需求，围绕实现“中国制造2025”，着力拓展相关领域，提高原始创新能力，提升成果转化水平。

二、北科大冶金工程考研条件-启道学术型研究生报名条件1.中华人民共和国公民。

2.拥护中国共产党的领导，品德良好，遵纪守法。

3.身体健康状况符合国家和招生单位规定的体检要求。

4.考生的学历必须符合下列条件之一：（1）国家承认学历的应届本科毕业生（录取当年9月1日前须取得国家承认的本科毕业证书。

含普通高校、成人高校、普通高校举办的成人高等学历教育应届本科毕业生，及自学考试和网络教育届时可毕业的本科生）；（2）具有国家承认的大学本科毕业学历的人员；（3）获得国家承认的高职高专毕业学历后满2年或2年以上（从高职高专毕业到2018年9月1日，下同），达到与大学本科毕业生同等学力的人员，按本科毕业同等学力资格报考；（4）国家承认学历的本科结业生，按本科毕业生同等学力身份报考；（5）已获硕士学位或博士学位的人员；（6）在境外获得学历(学位)的考生，其学历(学位)证书须通过教育部留学服务中心的认证；（7）在校研究生报考须在报名前征得所在培养单位同意，且有在读学校研究生培养部门同意报考的正式函件（有工作人员签字、联系方式、部门盖章的原件）。

专业学位研究生报名条件1.报名参加我校工程硕士、翻译硕士、文物与博物馆硕士、社会工作硕士专业学位研究生招生考试人员，须符合“三”中的各项要求。

北京科技大学2012年硕士学位研究生入学考试模拟试题（一）试题编号：809 试题名称：冶金物理化学一．简答题（每题7分，共70分）1.试用热力学原理简述氧势图中各直线位置的意义。

2.简述规则溶液的定义。

3.简述熔渣分子结构理论的假设条件。

4.已知金属氧化反应方程式（1）、（2）、（3），判断三个方程式中，哪个M是固相，液相，气相？确定之后，计算M的熔点和沸点。

已知（1）2M+O2 = 2MO（s）ΔG1θ= -1215000 + 192.88T（2）2M+O2 = 2MO（s）ΔG2θ= -1500800 + 429.28T（3）2M+O2 = 2MO（s）ΔG3θ= -1248500 + 231.8T5. 简述三元系相图的重心规则。

6. 试推导当O2在气相中的分压小于0.1Pa时硫容量的一种表达式。

7. 试写出熔渣CaO-SiO2的光学碱度的表达式。

8. 推导在铁液深度为H的耐火材料器壁上活性空隙的最大半径表达式。

9. 简述双膜传质理论。

10. 试推气固相反应的未反应核模型在界面化学反应为限制环节时的速率方程。

二．计算题（30分）在600℃下用碳还原FeO制取铁，求反应体系中允许的最大压力。

已知：FeO（s）= Fe（s）+ 1/2 O2(g) Δr Gθ= 259600 – 62.55T ，J/mol C(s) + O2 = CO2(g) Δr Gθ= -394100 + 0.84T，J/mol2C(s) + O2(g) = 2CO(g) Δr Gθ= -223400 - 175.30T ，J/mol三．相图题（25分）1）标明各相区的组织。

2）分析x点的冷却过程，画出冷却曲线，并用有关相图的理论解释。

四．对渣-钢反应[A] +(B2+) = (A2+) + [B] （25分）(1)分析该反应有几个步骤组成。

(2)如改变上述反应体系的搅拌条件能引起反应速度的变化，试问界面反应和传质步骤哪个是控速环节。

北京科技大学 2006—2007学年 第一学期冶金物理化学标准答案一、简答 （每小题5分，共50分）1. 试用相图的基本规则说明以下相图的错误所在？答：违背了相图的构筑规则“在二元系中，单相区与两相区邻接的界线延长线必须进入两相区，不能进入单相区”2. 在Ellingham 图上，为什么形成CO 的曲线的斜率为负值，而一般的斜率为正值？ 答：CO O C 222=+ΘΘΘΘ−−=ΔC O CO S S S S 2202f ΘΘ−≈S S CO 0p ΘΔ−∴S ；∴ΘΔG ~T 曲线的斜率小于零。

同理可以证明一般反应的~T 曲线的斜率大于零。

ΘΔG 3. 简述分子理论的假设条件。

答：1）熔渣是由各种电中性的简单氧化物分子、CaO 、MgO 、、、及它们之间形成的复杂氧化物分子FeO 32O Al 2SiO 52O P 2SiO CaO •、22SiO CaO •、、等组成的理想溶液。

22SiO FeO •52O P CaO •2）简单氧化物分子于复杂氧化物分子之间存在着化学平衡，平衡时的简单氧化物的摩尔分数叫该氧化物的活度。

以简单氧化物存在的氧化物叫自由氧化物；以复杂氧化物存在的氧化物叫结合氧化物。

如：（）=2（）+（） 22SiO CaO •CaO 2SiO 2222SiO CaO SiO CaO D x x x K •=由K D 计算的x CaO 及x SiO2叫及的活度。

CaO 2SiO 4. 试解释正规溶液定义。

答：过剩混合热（其实为混合热）不为零，混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫正规溶液。

5. 试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？ 答：定义∑FeO 0表示渣的氧化性。

决定炉渣向钢液传氧的反应是（）=FeO [][]Fe O +[]FeOa O K00=Θ或[]FeOa O L 000=令[]FeOa O L00'0=----代表实际熔渣中的值。

当时，'oL f 0L f 0'0'00ln ln ln L L RT L RT L RT G =+−=Δ0，反应逆向进行，钢液中的氧向熔渣传递；当时，='oL p 0L G Δ0'0ln L L RT 0p ，反应正向进行，熔渣中的氧向钢液传递。