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北科冶金物理化学概要

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北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 1 页 共 15 页 一 冲刺阶段知识点概要 1.1 课程重点 热力学基本定理在冶金中应用及标准吉布斯自由能的计算方法；Elingham 图的应用；溶液（包括铁液与渣液的活度与活度系数、Wagner 模型、分子理论与离子理论模型、标准溶解自由能等）；扩散与传质的基本理论；三个典型的冶金动力学模型（气固相反应动力学、气液相反应动力学、液液相反应动力学）。 1.2 课程难点 活度的概念及活度标准态的选择；不同标准态活度及活度系数之间关系；相图的基本规则（邻接、相界限构筑、二次体系副分、切线、阿尔克马德、零变点）。含有一个不稳定二元化合物的三元系相图的冷却过程分析；气泡在均相与非均相形核、气泡长大与上升过程动力学机理；液液反应动力学的双膜理论的应用；不同控速条件的气固反应动力学的未反应核模型。 二 冲刺阶段知识点梳理

热力学部分 （注:未指明书系为《冶金物理化学教程》） 1 热力学基本定理及在冶金中的应用 1.1 几个基本公式 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 2 页 共 15 页 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。（书第5 页） 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；讨论自由能变化的三种形式；重点讨论的形式，得出；自由能变化与标准自由能的关系与联系，二者在热力学中分别承担的角色。（书6-7 页）标准吉布斯自由能为反应产物与反应物处于标准态时的自由能差，表示反应的限度，是反应平衡态的度量反应的自由能表示反应产物与反应物自由能的差，表征反应的方向。 3）等压方程式与二项式 （仅限于了解）微分式；由微分式导出积分式；（书7 页）等压方程式表征了温度对平衡移动的影响。 1.2 冶金热力学中标准自由能的计算 （书11-15 页） 1）用积分法计算化学反应的标准自由能变化； 物质的标准生成吉布斯自由及标准溶解吉布斯自由能定义，要求会举例。（书11 页） 2）由积分法得到的化学反应的标准自由能求化学反应标准自由能与温度的二项式； 3）由标准生成自由能和标准溶解自由能求化学反应的标准自由能（二项式）； 4）由电化学反应的电动势求化学反应的标准自由能变化；（要求会写正极、负极及总反应式） 5）由自由能函数求化学反应的标准自由能变化 。（自由能函数的定北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 3 页 共 15 页 义，书13 页） 2 热力学参数状态图 2.1 Ellingham 图 氧势图的形成原理：为了直观的分析和考虑各种不同元素与氧的亲和能力，了解不同元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素与1 摩尔氧气反应的标准吉布斯自由能变化，得到的标准吉布斯自由能和温度之间的二项式关系称为氧势图。 ---氧势图的热力学特征 1、位置越低，表明标准生成吉布斯自由能越大，在标准状态下所生成的氧化物越稳定，越难被其他元素还原。 2.在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化 3、位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。 4，由于生成一氧化碳的直线斜率与其他直线斜率不同，将一氧化碳线图分成三个区域。 5．直接还原和间接还原。 ---氧势图的应用（参见《钢铁冶金原理》244-248 页） 具体内容 1）氧势图的形成原理；（书本15 页） 2）氧势图的热力学特征；（特殊的线；直线斜率；直线位置）（书本17页） 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 4 页 共 15 页 3）氧势图的应用(书本24-27 页) 了解：氧气标尺；Jeffes 图；溶解在铁溶液中的元素与氧气反应的氧势图 2.2 相图分析方法及基本规则 具体内容 1）相图基本定律：相律、连续原理、相应原理（书本61 页） 2）三元系相图的构成：构成原理、浓度三角形（书本65 页） 3）三元系浓度三角形性质：杠杆规则与重心规则，重点要求会推导这两个规则（书本67-68，直线规则即是杠杆规则） 4）三元系浓度三角形性质：垂线、平行线、等含线、定比例、直线（65 页） 5）简单共晶型三元系：图的构成、平面投影图、结晶过程（冷却组织及量-杠杆原理应用）、等温线与截面。（70-71 页） 了解：相图的基本规则（77 页，相关规则最好会叙述） 6）具有一个稳定二元化合物的三元系（70 页，要求掌握P 点冷却过程及冷却曲线，并会计算相关组织含量） 7）具有一个不稳定二元系的三元系：图的特点、分析相图中一个特殊的点M1 的冷却过程（异常重要，书本72-76 页） 要求：会分析M1、M2、M3 点的冷却过程，并能画出冷却曲线 也可参考《钢铁冶金原理》141-154 页，里面详细讲述了三元系相图的基本知识及基本类型。 2.3 相图的应用（了解） 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 5 页 共 15 页 1）高炉渣系CaO-SiO2-Al2O3 分析 2）转炉渣系CaO-SiO2-FeO 分析 详细内容参见《钢铁冶金原理》153-163 页。 3 冶金溶液

3.1 铁溶液 3.1.1 两个基本定律 具体内容 拉乌尔定律；亨利定律；两个定律的联系及区别分析。（书28-29 页） 3.1.2 不同标准态活度及活度系数之间的相互转换 具体内容 三个不同标准态的活度的定义（书32 页，）；三个不同标准态的活度之间的关系（3 个关系式）；（书36-37 页） 三个不同标准态的活度系数之间的关系（11 个关系式） （书37-39 页） 要求：会熟练推导活度和活度系数之间的关系 3.1.3 标准溶解自由能 具体内容 溶解前为纯物质M，溶解在溶液中分别为三个不同标准态时标准溶解自由能；（书39 页） 3.1.4 多元系铁溶液活度相互作用系数 具体内容 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 6 页 共 15 页 瓦格纳模型（一价、二阶作用系数）（书41 页，172-173 页，要求会推导瓦格纳模型，并知晓相互作用系数表达式中相关系数的含义）; 了解：相互作用系数的关系（）； 3.2 二元正规溶液

具体内容 混合自由能与过剩自由能；正规溶液的定义；正规溶液的混合函数与过剩函数；（书42-25 页，书156-157 页，并要求会推导吉布斯-杜亥姆方程，见150页） 正规溶液的性质 需要指出的是：正规溶液更接近实际溶液，是因为它考虑了溶液原子间的交互作用能所产生的混合焓。但这种混合焓不很大时，原子的热运动能使原子间形成的有序态破坏，因而溶液形成的熵变仅是由于原子完全无序的混合，故其混合熵与理想溶液相同。 还需区别几种典型溶液，如理想溶液（全部浓度范围内符合拉乌尔定律）、稀溶液（溶质的蒸汽压服从亨利定律，而溶剂的蒸汽压符合拉乌尔定律，证明合焓不为零，混合熵等于理想溶液混合熵的溶液） 3.3 冶金炉渣 3.3.1 炉渣的性质 碱度（碱度，光学碱度，过剩碱）（书46 页，注意过剩碱定义了解复杂化合物的结构）；氧化还原性 （书48 页） 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 7 页 共 15 页 3.3.2 分子理论 理论模型；活度计算（书50 页，例题1-3-6） 分子理论缺陷： 分子理论中 自由氧化物的浓度（活度）等于由化学分析所测定的氧化物的总浓度与该氧化物的结合浓度之差，即，组分B的活度为 ，其中，分别指组分B的自由氧化物、复合氧化物、自由氧化物及复合氧化物的物质量的总和。需要指出的是，由于 nB （结）取决于复合化合物分子式的选定，因为这种分子式不能确定，常是根据经验确定的，但所选定的化合物实际上是不能证明其存在的，另一方面，熔渣的复合化合物种类众多，数量大，因此分子理论假设计算组分活度的方法是复杂而且是不可取的。 3.3.3 完全离子理论 理论模型; 活度计算 （书51 页，例1-3-7） 离子理论缺陷：完全离子溶液模型虽然考虑了熔渣最根本的特性，即质点带有电荷，但忽视了离子电荷符号相同而种类和大小不同时（如Ca2+和Fe2+、O2-和S2-）静电势的差别，致使阳离子和阴离子有不均匀的分布，因而完全离子溶液和实际熔渣的性质就有差别。经实验证明，这种模型只适用于（%SiO2）小于11%-12%的高碱度熔渣，在处理硫和氧在高碱度熔渣与铁液之间的分配时，应用此模型得到了比较满意的效果，但在SiO2 浓度较高时（%SiO2=10%-30%），实际溶液已经和完全离子溶液有较大的偏差，这时需引入离子的活度系数进行修正。 北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义 第 8 页 共 15 页 3.3.4 炉渣的硫容量 硫容量定义（书262-264 页）： 硫化物容量;硫酸盐容量;（书264 页） 了解 磷酸盐容量 （可参见《钢铁冶金原理》204-205 页） 3.3.5 脱硫脱磷脱氧原理 脱磷过程原理，（279-280 页，要求会写反应式，分析脱磷影响因素，书281-282页） 脱硫过程原理（书283-284 页，分析脱硫影响因素，书285-286 页） 脱氧原因分析及原理和方式（书287 页） 4．冶金热力学应用 4.1 冶金反应过程最高反应温度计算 最高反应温度的计算(书269 页) 4.2 固体氧化物直接还原 直接还原热力学分析；直接还原机理；直接还原％CO－T 平衡图。 了解：固体氧化物的间接还原 （书本244-249 页），掌握碳和一氧化碳还原的反应式，直接还原的机理。 固体碳的燃烧反应（《钢铁冶金原理》268-270 页） 可能生成一氧化碳和二氧化碳。两反应在973K 相交，在过剩碳存在的条件下，两反应表现的特点是气相中的氧的分压特别低高温下主要氧化为一氧化碳，低温下主要氧化为二氧化碳可燃气体的燃烧反应（水煤气反应，《钢铁冶金原理》262-263 页）

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东北大学832冶金物理化学2021年考研专业课初试大纲

东北大学832冶金物理化学2021年考研专业课初试大纲

东北大学2021年硕士研究生招生考试考试大纲科目代码： 832 ；科目名称：冶金物理化学一、考试性质冶金物理化学是冶金学院冶金工程专业（专业代码：080600）硕士生入学考试初试的专业课之一。

考试对象为参加冶金学院冶金工程专业2021年全国硕士研究生招生考试入学考试的准考考生。

二、考试形式与试卷结构（一）考试形式：闭卷，笔试（二）考试时间：180分钟（三）考试题型及比例：简答题（约占20%），论述题（约占27%），图解题（约占13%），计算题（约占40%）。

（四）参考书目：《冶金物理化学》，沈峰满，高等教育出版社，2017年或《冶金物理化学》，沈峰满，高等教育出版社，2019年.三、考查要点（一）溶液热力学1. 理想溶液和稀溶液；2. 活度和活度标态；3. 多元系中组元的活度交互作用系数；4. 偏摩尔溶解自由能；5. 过剩热力学性质；6. 正规溶液及相关性质应用；（二）Gibbs自由能变化1. 化学反应等温方程式；2. 标准Gibbs自由能变化的计算；3. 有溶液存在的反应Gibbs自由能计算；4. 化学反应等温方程及平衡移动原理应用；5. 标准Gibbs自由能变化的实验测定；（三）相图1. 相图基本知识2. 相律的应用3. 三元相图的基本类型4. 相图在冶金及材料制备过程中的应用（四）熔渣和熔锍1. 熔渣结构及相关理论模型2. 熔渣的碱度3. 熔渣的氧化能力4. 熔渣氧化物的活度5. 熔渣的去硫去磷能力6. 渣-金反应7. 氧势图8. 优势区域图9. 电位-pH图10. 锍及造锍熔炼11. 火法氯化冶金及火法精炼（五）多相反应动力学1. 多相反应动力学基础2. 气—固反应动力学3. 液—固反应动力学4. 液—液反应动力学四、计算器使用要求本科目需使用计算器附件1：大纲导语参考1、简答题（共30分，5小题，每题6分）2、论述题（共40分，4小题，每题10分）3、图解题（共20分，2小题，每题10分）4、计算题（共60分，4小题，每题15分）附件2：参考书目信息（参考书目的封面）样题：。

物理化学概述-绪论

物理化学概述-绪论


现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
北京科技大学冶金物理化学2008-2009学年期末试题(A)试题and答案

北京科技大学冶金物理化学2008-2009学年期末试题(A)试题and答案

装 订 线 内 不 得 答 题自觉遵 守考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不作 弊（2）简单氧化物分子与复杂氧化物分子在高温时存在化学反应平衡，平衡时简单氧化物分子摩尔分数就是该氧化物的活度。

4.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《冶金物理化学》期末总辅导(郭汉杰编写,非常有价值,精编版)剖析共30页文档

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拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
北科大《冶金物理化学》期末总辅导(郭 汉杰编写其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿