冶金物理化学[1]
冶金物理化学第一章
指在一定温度下，单位浓度或压力的条件下，基 元反应的速率系数。
活化能
指发生有效碰撞所必需的最小能量，是决定反应 速率的重要因素。
反应速率的影响因素
温度
温度升高通常会提高分子运动速度，增加有效碰撞次数，从而提 高反应速率。
压力
压力对气体反应的影响较大，压力增大，气体分子密度增加，有效 碰撞频率提高，从而加快反应速率。
促进了科学技术的进步。
冶金物理化学的发展历程
早期发展
冶金物理化学的早期发展可以追溯到古代冶金术，人们通过实践经验积累了一些金属和合 金的制备和加工技术。
近代发展
随着近代工业和科技的发展，人们对金属和合金的性质和行为进行了更加深入的研究，形 成了较为完整的冶金物理化学理论体系。
现代发展
现代科技的不断进步为冶金物理化学的发展提供了新的机遇和挑战。新型材料的不断涌现 和应用，推动了冶金物理化学的进一步发展，同时也促进了相关学科的交叉融合和创新。
相平衡
描述不同相态之间相互转化的条件和状态。
相图
表示物质在不同温度和压力条件下各相的稳 定区域。
晶体结构与晶体缺陷
01
02
03
04
晶体结构
物质内部原子或分子的排列方 式，决定了晶体的性质。
点缺陷
晶体中原子或分子的位置错排 或空位。
线缺陷
晶体中的裂纹或位错。
面缺陷
晶体表面或晶界的结构不完整 性。
晶体生长与晶体形态
了理论基础。
02
实践应用
冶金物理化学在实践中有广泛的应用，如钢铁、有色金属、陶瓷等材料
的制备、加工和性能优化。通过冶金物理化学的研究，可以提高材料的
性能和质量，推动相关产业的发展。
《冶金物理化学》答案解析
=-492310
J/mol
1-9 用 Si 热法还原 MgO， 即 Si+2MgO2=2Mg(s)+SiO2(s0 的标准吉布斯自由能与温度的 关系为： ∆ r G =
θ
( 523000 − 211.71T )
J/mol
试计算： （1）在标准状态下还原温度； （2）若欲使还原温度降到 1473K，需创造什么条件？ 解：(1) 令 即 523000-211.71T=0 ∆ r Gθ = 0
1 Fes + O2( g ) + Al2O3 = FeO • Al2O3 (s) 2
3.128 ×104 lg( pO2 / pa ) = − + 12.895 T
∆ f Gθ = ( −578200 + 166.5T ) J / mol
在 1373-1700K 的平衡氧分压为 已知 Mo+O2=MoO2(S)
0 -601.8
θ θ H 298 − H0 / kJ / mol
-212.12
8656.7
解：先将气态 O2 的 fef 值换算为 298K 时的 fef
θ θ θ θ GT − H 298 Gθ − H 0 H θ − H0 [ = ]O2 [ T ]O2 − [ 298 ]O2 T T T
=-212.12-8656.7/1000 =-220.78 J/mol ⋅ k 由反应式
= 2 × (−1986300 + 402.1T ) − 2 × (−1687200 + 326.8T ) − (−578200 + 166.5T )
= −20000 − 15.9T
代入 T=1600K 则有 ∆ r G = −45440 J / mol
冶金物理化学PPT课件
冶金物 理 化 学基础（冶金与材料类）
物理化学的研究内容
本课程只研究化学热力学和化学动力学。
化学热力学和化学动力学的关系：前者 研究反应的可能性，既反应能不能进行。 后者研究反应的现实性。既反应速度适 不适应生产需要。
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冶金物 理 化 学基础（冶金与材料类）
二、物理化学在冶金工程专业中的地位
物理化学是冶金工程专业的基础理论课，我们 可以利用物理化学的基本知识来研究炼铁炼钢 及有色冶金过程中发生的方向，确定元素氧化 还原的顺序等。例如：炼铁中氧化物的还原， 炼钢中各种杂质和合金元素的氧化，有色冶金 中的电解，热处理炉通入保护气体以及浮选过 程中各种药剂所起的作用等，无不以物理化学 的原理为基础。
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冶金物 理 化 学基础（冶金与材料类）
一、有关物理化学
物理化学：应用物理学的原理和方法，研 究化学变化普遍规律的科学。
最早使用“物理化学”术语的是十八世纪中叶俄 国科学家罗蒙诺索夫，到1887年德国科学家奥斯 特瓦尔德w.ostwald和荷兰科学家范特霍夫 （J.H.Van’t HoH）合办《物理化学杂志》创刊， 此后物理化学这个名称就逐渐采用起来。
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冶金物 理 化 学基础（冶金与材料类）
物理化学的研究内容
化学热力学：研究反应进行的方向和 能够达到的限度
化学动力学：研究反应进行的速率和 机理
结构化学 ：研究物质的结构和性能之 间的关系
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冶金物理化学
冶金物理化学冶金物理化学是在探究金属物质的结构、性质和变化规律的科学。
它的研究对象包括金属的结晶、熔化、溶解、扩散等过程，以及金属的力学性能、热力学性能、电性能、磁性能和光学性能等方面。
冶金物理化学的研究对于提高金属制品的质量和性能，推进先进制备技术的发展，以及理解自然界中金属物质的本质具有重要意义。
冶金物理化学的发展过程冶金物理化学是一个较为新兴的科学分支，起源于20世纪初期。
在此之前，金属制品的制备主要是一项经验技术，对于金属结构及其特性缺乏深刻的认识。
随着现代物理和化学的兴起，科学家们开始注重对材料微观结构的研究和分析，冶金物理化学也由此开始。
20世纪初期，金属熔体结构的研究为冶金物理化学的发展提供了基础。
美国化学家蒂勒森（Tilsen）等人首先提出了“鼠径”模型，将金属中的原子看作小球，使它们可以以一定的方式组成。
随后，美国物理化学家沃伦（Warren）提出了金属熔体的电子气模型，解释了金属熔体的电导特性。
这些理论模型为冶金物理化学打下了基础。
在20世纪30年代和40年代，随着X射线衍射技术和电子显微镜技术的发展，科学家们开始更深入地探究金属内部结构和成分分布规律。
英国物理学家布拉格（Bragg）和他的儿子在20世纪初发明了X射线衍射技术，对金属晶格的结构进行了分析。
荷兰科学家费伊（Frens）和他的同事也发现了电子显微镜技术，可以对材料的微观结构进行更加深入的研究。
这些工具的运用使冶金物理化学的研究进一步深入发展。
20世纪50年代至70年代，计算机的出现为冶金物理化学的理论研究和材料模拟提供了重要的工具。
电脑模拟在材料化学过程中的应用，极大地拓展了冶金物理化学的研究领域，为更深入地理解金属材料的性质和变化规律打下了基础。
冶金物理化学的研究目标冶金物理化学的研究目标主要包括以下方面：1.金属熔体的结构和性质研究：金属在溶解和熔化过程中的原子排列规律、熔点、密度和表面张力等性质的探究。
2.金属材料的固态结构和性质研究：分析金属材料的晶体结构、缺陷结构及缺陷运动、相变、塑性变形规律和热力学性质等。
冶金物理化学简明教程PPT精品课程课件全册课件汇总
魏寿昆（1907~)，天津人，中国科学院院士。德国德累斯顿工 科大学工学博士 ,《冶金过程热力学》、《活度在冶金中的应 用》。 在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理 论为红土矿脱铬、金川矿提镍、等多反应中金属的提取和分离 工艺奠定了理论基础。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
2.1 国外
1920~1932年，黑色冶金中引入物理化学理论； 1920 年， P.Oberhoffer（奥伯霍夫）首次发表钢液中 Mn-O平衡问题的论文； 1925 年， Farady Society （法拉第学会）在英国伦敦 召开炼钢物理化学学术年会。
2. 冶金物理化学的发展
1926 年， C.H.Herty（赫蒂）在美国发表《平炉炼钢 过程中C、S、Mn等元素变化规律》论文，且专门领 导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。
1. 本课程作用及主要内容
火法冶金特点：一高三多
1. 本课程作用及主要内容
1.2 作用
将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中， 阐明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过 程提供理论依据。
为去除某些元素保留某些元素而选择合适的冶炼条件 （温度、气氛）。例如炼钢过程。此类问题将由本课 程解决。
1.4.2 冶金动力学
与物理化学的差异： 物化：只是单相中微观的化学反应，也称微观动 力学； 冶金动力学：对多相，还伴有传热、传质现象， 为宏观动力学； 一般说来，由于高温，所以化学反应速度快，多 为扩散为限制行环节； 现状：数据不全，误差大，模型的适用性差。2. 冶金物理化学的发展
主要为第二定律 工具：等温方程式 正向 逆向 平衡 测定 计算（查表）CP→K（0） CP→＝A＋BT 估计值 统计热力学
冶金物理化学教案中的物相分析与表征技术
冶金物理化学教案中的物相分析与表征技术冶金物理化学是研究金属材料的基础性学科之一，主要涉及金属材料的结构、性能以及变化规律。
在冶金过程中，物相分析与表征技术是非常重要的一环，对于研究金属材料的微观结构和性能具有重要意义。
本文将介绍几种常用的物相分析与表征技术，以供冶金物理化学教案的编写参考。
一、X射线衍射分析（XRD）X射线衍射分析是一种常用的物相分析技术，主要用于研究材料的晶体结构和相对含量。
它通过测量材料中晶体的衍射图样，利用布拉格方程计算晶格参数和晶体结构等信息。
X射线衍射分析具有非破坏性、快速、准确等特点，被广泛应用于金属材料的相变研究、材料表征和质量控制等方面。
二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表征技术，通过电子束与样品表面相互作用产生的信号来获取高分辨率的表面形貌和微观结构信息。
SEM 具有高分辨率、大深度焦、显微成像和元素分析等多种功能，可以对金属材料的晶界、孔隙、相分布和表面形貌等进行观察和分析，是研究金属材料物相变化的重要手段。
三、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种高分辨率的表征技术，通过经过薄样品的电子束与样品内部相互作用形成的透射电子图像获得材料的微观结构信息。
TEM具有高分辨率、高对比度和元素分析等多种功能，对于金属材料的晶体结构、晶界、位错、孔隙等进行观察和分析具有独特的优势。
四、热分析技术（TG-DTA）热分析技术是一种通过对材料在不同温度下物理和化学性质的变化进行分析和表征的方法。
其中，热重分析（TG）可以测量材料的质量随温度变化的曲线，差热分析（DTA）可以测量样品与参比物之间的温差。
通过TG-DTA等热分析技术，可以研究金属材料的相变、热稳定性和热解动力学等热力学性质，为冶金工艺优化提供依据。
五、扫描探针显微镜（SPM）扫描探针显微镜是一种基于物理探针与样品表面相互作用来获取材料表面形貌和物理性质的表征技术。
其中，原子力显微镜（AFM）和斯托姆图（STM）是常用的扫描探针显微镜，可以实现纳米尺度下对材料的观察和分析。
冶金物理化学答案
冶金物理化学答案一、解释下列概念（每题5分，共20分）1.扩散脱氧：在炼钢过程中，根据分布规律，钢液中的[O]扩散到渣中，与加入渣相的脱氧元素发生的脱氧反应称为扩散脱氧。
2、炉渣：炉渣是火法冶金中以氧化物为主要成分形成的多组分熔体，是金属提炼和精炼过程中除金属熔体以外的另一产物。
3.硫容量：炉渣含有或溶解硫的容量，即CS？（%s）？（po2/ps2）1/24、偏摩尔量：在恒温、恒压及其他组分的物质的量保持不变的条件下，溶液的广度性质x（x代表u、h、v、s、g）对其组分摩尔量的偏微商值。
二、简短回答问题（共60分）1、简述热力学计算中活度标准态之间的转换关系。
答：（1）纯物质标准态活度与假想纯物质标准态活度的换算：ab[r]ab[h]?pb/pbpb/kh(x)*?kh(x)p*b?rb0故ab[r]?rbab[h]0（2）纯物质的标准态活度与1%质量溶液的标准态活度之间的换算：ab[r]ab[%]?pb/pbpb/kh(%)*?kh(%)pb*?mab100m?kh(x)pb*?mab100m?rb0（3）假设纯物质的标准态活度与1%质量溶液的标准态活度之间的换算：ab[h]ab[%]?pb/kh(x)pb/kh(%)?kh(%)kh(x)?mab100m2.简述了炉渣氧化脱磷的热力学条件。
答：根据炉渣的脱磷反应：lp?(%p2o5)[%p]2?kp(to)(êo)f542p?feo??cao?cap2o954根据上述公式，为了使脱磷反应完全，必要的热力学条件是：（1）炉渣碱度高；（2）氧化铁含量高；（3）较低的浴温；大渣量。
3.一氧化碳还原氧化铁的顺序是什么？写出反应方程式（天平）。
答：氧化铁被co还原在570℃以上及其下有不同的转变顺序，因此氧化铁还原是逐级的，反应如下：T570co3fe2o3（s）？有限公司？2fe3o4（s）？cofe3o4（s）？有限公司？3feo （s）？科菲欧（s）？有限公司？fe（s）？co2222t?570co3fe2o3(s)?co?2fe3o4(s)?co14fe3o5(s)?co?34fe(s)?co24.正常溶液的定义和热力学特征。
冶金物理化学试卷
2010~2011学年第二学期期末考试《冶金物理化学1》试卷（A）计算中可能用到的数据：=0.140，=0.080，，= 0.051，= 0.13，=0.110，=0.120，原子量：Ca : 40，Si: 28，Fe:56，Mg: 24，V: 51，Mn:55，P: 31，Al: 27，S: 32，O: 16，Ni: 58.7，Cu: 63.54一、基本概念题(30分)1．682℃测得Cd-Sn合金：x Cd=0.0106(%Cd=1)、x Cd=1(%Cd=100) 和x Cd=0.6130(%Cd=60) 时Cd的蒸汽压分别为7.89×102 Pa、3.29×104 Pa和 3.03×104 Pa，则x Cd=0.6130(%Cd=60) 时a Cd(R)＝，a Cd(％)＝。
2．1600℃时液态铝在铁液中的＝0.029，则以液态纯铝作标准态时，铝在铁液中的＝；以质量浓度为1%的铝溶液作标准态时，铝在铁液中的＝。
3．1873K时Fe－Cu系内Cu的活度a Cu(R)＝0.730，＝8.6，则a Cu(％)＝。
4．在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，其活度一般采用为标准态；对于熔渣中的组元，其活度一般采用为标准态。
5．由炼钢渣系1600℃等活度图上查得a FeO＝0.53，则此渣与含氧0.1％的钢液接触时，钢液中氧含量将。
6．渣中SiO2浓度低时，渣中Al2O3显性，当渣中Al2O3浓度增大时，渣中SiO2活度。
7．Al2O3在碱性渣中以离子形式存在；在酸性渣中以离子和离子形式存在。
8. 碱性渣中Al2O3浓度增大时，；酸性渣中Al2O3浓度增大时，。
9．脱S反应分子方程式为(CaO)＋[S]＝(CaS)＋[O]，则离子反应方程式为。
10．当Δ[O]＞0时，氧由向中传输；当Δ[O]＜0时，氧由向中传输。
二、热力学计算题(50分)1．(10分)1540℃时，与含有2.1％C的铁液平衡的气相中。
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冶金物理化学[1]
绪论
1.1 冶金物理化学课程的地位与作用 1.2 冶金工艺与冶金物理化学 1.3 冶金物理化学的研究范围
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冶金物理化学[1]
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图1 冶金工艺与冶金物理化学
冶金物理化学[1]
冶金物理化学的研究范围
一、冶金热力学
冶金热力学： 利用化学热力学原理，研究冶金过程中反应的可能 性（反应方向，G）；确定冶金反应过程最大产率 （反应的限度， G）；找出控制反应过程的基本 参数（T，P，Ci)。
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冶金物理化学[1]
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再见，see you again
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2020/11/10
冶金物理化学[1]
5. David R. Gaskell Introduction to the Thermodynamics of Meterials (Third Edition)
6. 黄希钴编，钢铁冶金原理，冶金工业出版社，2006
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冶金物理化学[1]
课程内容
绪论 1 冶金热力学基础 2 溶液 3 冶金热力学应用 4 冶金过程动力学基础 5 冶金反应动力学模型
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冶金物理化学[1]
冶金热力学的局限性：
所确定的冶金过程的条件是必要的，但不是 充分的。
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冶金物理化学[1]
冶金物理化学的研究范围
二、冶金动力学
冶金动力学：
利用化学动力学原理，研究冶金过程的机理；确定 各基元过程的速率；找出反应过程的限制环节。
冶金动力学的作用：提供了冶金反应过程研究内容 的完备性，是反应的充分条件。
冶金物理化学
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2020/11/10
冶金物理化学[1]
教材：张家芸主编，冶金物理化学
主要（第二版），冶金工业出版社， 2006
2．李文超主编，冶金热力学，冶金工业出版社，2001
3．魏寿昆编著，冶金过程热力学，上海科学技术出版社，1980
4. 田彦文等编，冶金物理化学简明教程，冶金工业出版社，200