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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整。
![冶金热力学-第一章[1]](https://uimg.taocdn.com/8d2dda51ad02de80d4d8406d.webp)
冶金工艺中的热力学分析方法研究热力学是一个非常重要的领域，它与地球物理学、化学、生物学、工程学等学科都有着紧密的联系。
在冶金工艺中，热力学发挥了重要的作用，因为很多冶金反应都与热力学相关。
对于冶金工艺中的热力学分析方法进行研究，可以更好地理解冶金反应的本质和规律，并有助于提高冶金工艺的效率和质量。
热力学分析的主要内容包括热容、焓、熵、自由能等方面。
其中，热容是物体吸收或放出热量时所引起的温度变化的大小，它可以用来描述物体的热稳定性。
焓是物体吸收或放出的热量和其压力的乘积，它可以用来描述物体的热状态。
熵是物质无序程度的度量，它可以用来描述物体的热不平衡性。
自由能是物体发生热化学反应时所放出或吸收的热量与其熵变的乘积，它可以用来描述物体的活性。
这些热力学参数为我们提供了理解物质热力学性质的基础。
在冶金工艺中，我们需要用到的热力学参数有很多，例如物质的热容、热膨胀系数、热导率、焓变、熵变、自由能变等。
这些参数可以通过实验测定和理论计算来获得。
其中，实验测定是最常用的方法，通过测定实际物理量的变化来确定需要的热力学参数。
例如，可以通过测定金属在加热或冷却过程中的温度变化来计算其热容和热膨胀系数。
理论计算也是非常重要的方法，主要是通过建立数学模型和计算程序来模拟物质的热力学行为。
例如，可以通过计算热力学函数的变化来预测物质发生化学反应的可能性和效率。
在冶金工艺中，热力学分析方法的应用非常广泛。
例如，在熔炼中，热力学分析可以用于预测金属的化学成分、溶解度和熔点等重要参数。
在热处理中，可以通过热力学分析来确定金属材料中的缺陷、相转变和基本性能等。
在金属加工中，可以通过热力学分析来优化加工参数和工艺流程，以提高产品的质量和生产效率。
总之，冶金工艺中的热力学分析方法是非常重要的，它为我们理解冶金反应的本质和规律提供了必要的手段和方法，并且可以用于优化冶金工艺流程和改善产品质量，可以发挥重要的作用。
我们需要不断深入研究热力学分析方法，在实践中探索新的应用领域，以提高冶金工艺的效率和质量。
河北省考研冶金工程复习资料冶金物理化学重要知识点解析一、热力学基础知识热力学是研究物质能量转化和宏观性质变化规律的学科，是冶金工程中不可缺少的基础知识之一。
以下是热力学基础知识的重要知识点解析：1. 热力学系统和环境热力学系统是指要研究的物体或物质，环境是指热力学系统外部的一切和它相接触的物体或物质。
热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
2. 热力学状态和过程热力学状态是指系统某一时刻的宏观性质，如温度、压力、体积等，通过对系统的宏观性质的描述，可以确定系统的状态。
热力学过程是指热力学系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
3. 热力学函数和热力学过程热力学函数是描述系统热力学性质的函数，如内能、焓、自由能等。
热力学过程可以分为等温过程、绝热过程、等容过程等。
二、冶金物理化学基础知识冶金物理化学是研究冶金材料在物理和化学方面的性质及其变化规律的学科，为冶金工程的理论研究和工程应用提供了重要的基础。
以下是冶金物理化学的重要知识点解析：1. 金属结晶理论金属结晶是金属从液态到固态的过程，金属结晶理论是解释金属结晶过程的理论体系。
金属结晶过程涉及到晶体的形核、生长和晶界的演变等过程。
2. 金属的相变规律相变是指物质由一种相向另一种相变化的过程。
金属的相变规律包括固态相变、液态相变、气体相变等。
不同相变过程中，金属的性质和结构也会有所改变。
3. 金属的腐蚀与防护金属腐蚀是指金属在特定环境条件下发生氧化、水解等过程而失去耐用性的现象。
金属腐蚀是冶金工程中常见的问题，因此需要了解金属的腐蚀机理和采取相应的防护措施。
三、冶金工程中的物理化学分析方法物理化学分析是冶金工程中常用的分析手段，主要用于分析和检测冶金材料的物理和化学性质。
以下是常见的物理化学分析方法及其重要知识点解析：1. 电化学分析方法电化学分析方法包括电位滴定法、电位法、极谱法等。
这些方法通过对材料的电学性质进行分析，可以获得材料的化学成分和性质。
甘肃省考研冶金工程复习资料冶金热力学基础概念详解甘肃省考研冶金工程专业的学生在备考过程中，冶金热力学是一个重要的学科，这篇文章将详细解释冶金热力学的基本概念。
一、热力学的基本概念热力学是研究物质宏观物理性质与热力变化之间关系的学科。
它主要研究能量转化和工作的原则，以及物质在不同条件下的行为。
1. 系统和环境在热力学中，我们将研究的物质称为系统，而与系统发生能量和物质交换的物质称为环境。
系统和环境之间可以通过热量和功进行能量交换，也可通过物质的传递进行物质交换。
2. 状态函数状态函数指的是与系统的状态相关联的物理量，它的值只与系统的当前状态有关，与系统的历史无关。
常见的状态函数包括温度、压力、体积等。
3. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表达形式。
它指出，在一个孤立系统中，能量既不能创造也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
4. 熵熵是描述系统无序程度的物理量。
熵的增加意味着系统的无序性增加，熵的减少则意味着系统的有序性增加。
熵增定律是热力学的重要原理之一。
二、冶金热力学的基本概念冶金热力学是热力学在冶金学中的应用。
它研究金属物质在高温高压下的热力学性质和反应规律。
1. 热力学平衡热力学平衡是指系统达到了平衡状态，即系统的各个部分之间没有宏观的变化。
在冶金过程中，热力学平衡是实现高产率高品质生产的基础。
2. 反应平衡常数反应平衡常数是描述系统反应平衡程度的物理量。
它代表了反应物与生成物的浓度之间的关系。
通过计算反应平衡常数，可以预测反应的进行方向和平衡状态。
3. 燃烧热燃烧热是指物质在完全燃烧时释放的能量。
在冶金工程中，燃烧热常常用于计算燃料的能量效率和燃烧产物的生成。
4. 吉布斯自由能吉布斯自由能是描述系统可用能量变化的物理量。
它可以通过计算吉布斯自由能变化来判断反应的进行方向和平衡状态。
三、冶金热力学的应用冶金热力学的研究成果在冶金工程中有着重要的应用价值。
1. 冶金过程分析通过研究冶金热力学，可以分析和预测冶金过程中的热力学行为，指导合理的工艺设计和设备选择，提高生产效率和产品质量。
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。
2.亨利定律
（1）定义：在一定温度、压力条件下，挥发性溶质B的平衡分压P B与它在溶液中的摩尔分数x B成正比。
（2）数学表达式：
亨利定律应用条件为挥发性溶质且溶质在气相或溶液中的分子状态必须相同。
亨利系数在一定温度下由实验测定，是一个假想态。
亨利系数可表示气体在液体中的溶解，k和溶解度成正比。
k增加，x减少，p一定时，低温高压时气体在水中溶解度增加。
实验指出：对挥发性溶质，在稀溶液中溶质若符合亨利定律，溶剂必符合拉乌尔定律。
若已知实际气体所遵从的状态方程式，则可用数学解析法求出气体的逸度。
熵
热力学中表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。
在经典热力学中，可用增量定义为dS＝(dQ/T)，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。
下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。
若过程是不可逆的，则dS＞(dQ/T)不可逆。
单位质量物质的熵称为比熵，记为s。
熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。
热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化；②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功（即无法制造第二类永动机）；③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。
摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。
热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS＝dS2－dS1＞0，即熵是增加的。
吉布斯自由能
ΔG=ΔH－TΔS （Kj/mol)
G叫做吉布斯自由能。
因为H、T、S均为状态函数，所以G为状态函数。
吉布斯自由能的变化可作为恒温、恒压过程自发与平衡的判据。
吉布斯自由能改变量。
表明状态函数G是体系所具有的在等温等压下做非体积功的能力。
反应过程中G的减少量是体系做非体积功的最大限度。
这个最大限度在可逆途径得到实现。
反应进行方向和方式判据。
>W非反应以不可逆方式自发进行
＝W非反应以可逆方式进行
<W非不能进行
若反应在等温等压下进行不做非体积功，即W非＝0则
<0 反应以不可逆方式自发进行
=0 反应以可逆方式进行
>0 不能进行
等温等压下体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。
任何等温等压下不做非体积功的自发过程的吉布斯自由能都将减少。
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。
溶质活度系数的相互影响──相互作用系数
实际金属材料一般都含有两种以上合金元素（即组元），由于这些合金元素之间有相互作用，各组元的活度系数往往受到影响。
设Me-i-j三元系，i和j是稀溶液的两种溶质，i的活度系数为f i，而当j不存在时，即在Me-i二元系中，i的活度系数为f i i。
由于j组元的影响，f i i与f i不同。
二者比值为
f i j反映了j组元对i组元活度系数的影响程度。
上式取对数，得
由此可见，在三元系Me-i-j中，i的活度系数由两部分组成。
一部分是由于二元系中i的不理想所引起f i i，另一部分为j组元的加入所造成的影响f i j。
f i j与j的浓度有关。
实验证明，在稀溶液的范围里，f i j与j的浓度[%j]成正比，即
e i j称为j对i的相互作用系数。
e i j的严格定义式为
对于多元系的稀溶液，各组元对i组元的活度系数的影响有加和性，即
一个反应能不能发生，要解决两个问题：
1。
热力学上是否可行，例如一个等压环境下反应，就要吉布斯自由能变小于零，才能自发进行。
计算你当前条件下的德尔塔G
2。
动力学上是否可行，说穿了就是计算反应速率，例如氢气氧气放在一起，德尔塔G=-2000多KJ，但是放个10年也不反应，因此要通过阿伦尼乌斯公式算反应活化能，计算反应速率，然后设计合理的条件。
