冶金热力学1资料.
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1 冶金热力学基础XXXX
化学反应自发进行的判据（恒温、恒压）： 吉布斯自由能变化：△G ＝G（产）－ G（反） △G<0 反应正向 △G>0 反应逆向 △G＝0 平衡
T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的 特征，从而使反应向希求的方向进行。
利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度
绪言
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金
绪言
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素
1.1化学反应的标准吉布斯 自由能变化及平衡常数
1.1.1 化学反应的等温方程式
化学反应： v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
n
对于气体： G Go RT ln
pvB B
B
压力商
对于溶液： G Go RT
n
ln
avB B
B
活度商
化学反应达到平衡时，压力商和活度商称为平衡常数，仅与温度有关
-0.3
lgK0
T 19147 23.36T
化学反应的等温方程：表示化学反应按化学计量方程式从左向右每单位 反应进度的吉布斯自由能变化
dG
d
vBGB rGm
n
n
改变
RT
T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的 特征，从而使反应向希求的方向进行。
利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度
绪言
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金
绪言
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素
1.1化学反应的标准吉布斯 自由能变化及平衡常数
1.1.1 化学反应的等温方程式
化学反应： v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
n
对于气体： G Go RT ln
pvB B
B
压力商
对于溶液： G Go RT
n
ln
avB B
B
活度商
化学反应达到平衡时，压力商和活度商称为平衡常数，仅与温度有关
-0.3
lgK0
T 19147 23.36T
化学反应的等温方程：表示化学反应按化学计量方程式从左向右每单位 反应进度的吉布斯自由能变化
dG
d
vBGB rGm
n
n
改变
RT
第一章 冶金热力学基础
当x2、x3、x4很小时，在等温等压条件下按泰勒级数展开：
式中，
ln
xk
B
为组元的活度系数的自然对数随xk的变化率。
实为践常中数发时现，，用一定温 BK度表，示一，定称压为力活，度xA相→1互时作，用系lnxk数B 。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
• 陈新民（1912~1992），冶金学家，中国科学院院士，有色金属冶金先驱 ，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。 1945年在美国 麻省理工学院获科学博士学位。著名的冶金物理化学家 。
• 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡》 • 他的“金属―氧系热力学和动力学”、“高温熔体物理化学性质”的研究
1. 本课程作用及主要内容
1.1 地位
冶金专业专业基础课程。 普通化学、高等数学、物理化学为基础。 与物理化学相比，更接近于实际应用。 目的：为开设专业课与以后发展作理论准备
物理化学
专业课
（冶金物理化学）
火法冶金特点：一高三多
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。
在气相中蒸汽压的关系
2） 活度及活度系数的提出
对于组元i的浓度在xi' xi xi*区间，组元i既不服从拉乌尔定律，也不服从亨利定律。 为了使用这两个定律线性关系的形式描述溶液中组元i的浓度与其在气相中的蒸汽压 的关系，对两个定律进行了修正。
• 拉乌尔定律修正为：pi pi*aR,i pi*( i xi )
第一篇 冶金热力学基础
1.1 概述 1.2 溶液 1.3 冶金反应的焓及吉布斯自由能变
式中，
ln
xk
B
为组元的活度系数的自然对数随xk的变化率。
实为践常中数发时现，，用一定温 BK度表，示一，定称压为力活，度xA相→1互时作，用系lnxk数B 。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
• 陈新民（1912~1992），冶金学家，中国科学院院士，有色金属冶金先驱 ，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。 1945年在美国 麻省理工学院获科学博士学位。著名的冶金物理化学家 。
• 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡》 • 他的“金属―氧系热力学和动力学”、“高温熔体物理化学性质”的研究
1. 本课程作用及主要内容
1.1 地位
冶金专业专业基础课程。 普通化学、高等数学、物理化学为基础。 与物理化学相比，更接近于实际应用。 目的：为开设专业课与以后发展作理论准备
物理化学
专业课
（冶金物理化学）
火法冶金特点：一高三多
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。
在气相中蒸汽压的关系
2） 活度及活度系数的提出
对于组元i的浓度在xi' xi xi*区间，组元i既不服从拉乌尔定律，也不服从亨利定律。 为了使用这两个定律线性关系的形式描述溶液中组元i的浓度与其在气相中的蒸汽压 的关系，对两个定律进行了修正。
• 拉乌尔定律修正为：pi pi*aR,i pi*( i xi )
第一篇 冶金热力学基础
1.1 概述 1.2 溶液 1.3 冶金反应的焓及吉布斯自由能变
冶金热力学-第一章[1]
![冶金热力学-第一章[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8d2dda51ad02de80d4d8406d.png)
课程内容
第一章 溶液的热力学性质
第二章 溶液的统计热力学模型
第三章 铁液中溶质的相互作用参数
第四章 铁液中溶质的活度系数
第五章 熔渣的热力学模型(Ⅰ)—经典热力学模型
第六章 熔渣的热力学模型(Ⅱ)—统计热力学模型
第七章 多相多元系平衡计算
第一章 溶液的热力学性质
1.1 溶液及其热力学量
1.2
1.3
i i
（1-6）
dG Gi,m dni
（1-7）
T , P, n j
G (n1 , n2 , )
或
n G
i
i, m
G(n1, n2 , )
（1-8）
方程两边同时微分，并将（1-7）代入，得
G
i ,m
dni ni dGi,m Gi,mdni
（1-9）
两边比较，得
1 2
1 T , P , n2 2 T , P , n1 1 2
强度函数
或强度性质（intensive properties） 特点： 1. 不具加和性。其数值取决于体系自身的特性，与 体系的数量无关。 2. 在数学上是零次齐函数 3. 某种广度性质除以物质的量后成为强度性质（或 两种广度性质相除，由性质1）；两个一次奇函 数相除是零次齐函数。
冶金热力学（2）
郭汉杰 讲授
北京科技大学
教材
冶金物理化学教程
郭汉杰 编著
参考书目
魏寿昆主编，冶金过程热力学，冶金工业出版社，1981
冶金物理化学课程的地位与作用
冶金工程专业本科阶段的必修课； 冶金工程专业本科考研必考课； 冶金工程专业硕士研究生的学位课； 冶金工程专业研究生考博士必考课-专业基础 课； 冶金工程专业攻读博士学位期间必选课； 在未来的工作中非常重要。
第一章 冶金过程热力学基础(3)
MeO2 + 2 H 2 = Me + 2 H 2O
0 ∆G10 = ∆G2 − ∆G30 = 0
即为MeO2与H2O的氧势线交点温度TK。 将H点与TK温度时MeO2的氧势点连线交 PH 2 P 坐标的值即为所求。 H 2O
第一章
冶金过程热力学基础
对于混合气体CO-CO2的氧势：
2CO + O2 = 2CO2
第一章
冶金过程热力学基础 MxN2(s）= x M(s) + N2
0 0 ∆G分 = ∆G分 + RT ln PN2 = −∆G生 + RT ln PN2
0 0 ∆G分 = − ( ∆H 生 − T ∆S生 ) + RT ln PN 2 = 0
0 0 RT开 ln PN2 = ∆H生 − T开 ∆S生
第一章
冶金过程热力学基础
把各种溶于铁液中的元素被[O]氧化的 ∆G 0 -T线绘于一图中，与氧势图相比， 能更实际地反应出炼钢熔池中元素的氧化顺序及热力学性质： ⑴
∆G 0 -T线位置越低，元素的氧化能力越强，可保护位置高的元素不被氧化。
如[Fe]在炼钢中可保护[Cu]、[Ni]、[Mo]、[W]不氧化。
8908
+ 7.53
CaCO3( s ) = CaO( s ) + CO2
CO 当 P 2 = P 2 ( CaCO3 ) 时， CO
T = T开
当
P总 = PCO2 ( CaCO3 ) 时， T = T 沸
PCO2 = 16% ×1.25 ×105 Pa = 0.2atm
第一章
冶金过程热力学基础
冶金过程热力学基础
PH 2
PH 2
炼铁中的冶金热力学矿石还原与铁的析出
炼铁中的冶金热力学矿石还原与铁的析出炼铁是将矿石中的铁氧化物还原为纯铁的过程。
在这个过程中，冶金热力学起到了重要的作用。
本文将介绍炼铁中的冶金热力学原理，探讨矿石还原与铁的析出之间的关系。
一、冶金热力学的基础知识冶金热力学是研究金属和非金属材料在高温下的物理、化学性质及其相互关系的一门学科。
其研究对象包括物质的热力学性质、相图、金属溶解、反应平衡等等。
在炼铁中，矿石还原的过程是一个重要的热力学反应。
铁矿石中的主要成分是氧化铁，经过还原反应可以得到纯铁。
二、矿石还原的反应过程矿石还原的反应过程可以分为三个阶段：加热阶段、还原阶段和析出阶段。
1. 加热阶段在炼铁过程中，矿石需要先进行加热。
加热的目的是提高矿石内部的温度，使其达到还原反应所需的温度。
加热过程中，矿石中的结晶水和化学水合物会发生蒸发和分解，释放出相应的水分和氢气。
2. 还原阶段加热到一定温度后，矿石中的氧化铁开始发生还原反应。
还原反应是指将氧化铁中的氧还原为铁。
在还原反应中，一般首先发生固体还原反应，即氧化铁与固态还原剂反应生成低氧化物。
然后，还原剂与低氧化物反应继续进行，最终生成纯铁。
3. 析出阶段在还原反应完成后，纯铁被析出出来。
此时，炼铁渣和其他杂质会被剔除，得到纯度较高的铁。
三、影响矿石还原的因素矿石还原的过程受到多种因素的影响。
以下是一些主要的因素：1. 温度温度是影响还原反应速率的重要因素。
一般来说，随着温度的升高，还原反应速率会增加。
但过高的温度会导致反应速率过快，难以控制，因此需要在合适的温度范围内进行还原。
2. 还原剂还原剂的种类和用量也会对还原反应产生影响。
常见的还原剂有焦炭和天然气等。
不同的还原剂在反应过程中所释放的气体种类和含量不同，会对还原反应的进行产生影响。
3. 矿石性质矿石的物理性质和化学性质也会对还原反应产生影响。
矿石的结晶结构、氧化物的种类和含量以及其他的杂质都会影响还原过程的进行。
四、炼铁中的热力学平衡炼铁过程中，热力学平衡是一个重要的考虑因素。
第一章 冶金过程热力学基础1
在不同的条件下，可根据不同的热力学平衡判据，判断过程进行的可能 性、方向性及最大限度。
§1.1.3 热效应的计算 一、物理变化过程中热效应的计算
纯物质的加热和冷却是一个物理变化过程，其过程焓变可用kirchhof公式计 算，对于等压加热过程：
，
当有相变发生时，若相变温度为 (℃)，相变热为
则：
第一章 冶金过程热力学基础 将纯物质由室温的固体加热到气体，全过程的热效应：
绝热过程：
不可逆 (状态变化时) 可逆
不可逆(自发) 可逆
第一章 冶金过程热力学基础 三、吉布斯自由能G：
对于等温等压过程，
自发 平衡状态
§1.1.2 热力学函数之间的关系
根据U、H、S、G等热力学状态函数的定义及其性质可得出共同的关系式 ：热力学函数之间的基本关系式（见下图）。
，
另：
第一章 冶金过程热力学基础
⑵ 盖斯定律：化学反应的热效应只与反应的始末状态有关，而与反应 过程无关。因此化学反应式及热效应可以加减乘除计算。
若已知某一温度
下化学反应的热效应
律(基尔霍夫等压定律)求出另一温度T下的热效应
，可根据kirchhof定 ：
第一章 冶金过程热力学基础
通常： 其中：
可根据热力学数据表求出，而 ，
是温度的函数。
参考书目
⑴ 钢铁冶金物理化学，北科大，陈襄武，冶金工业出版社(硕士教材) ⑵ 冶金热力学，北科大，李文超，冶金工业出版社 ⑶ ★钢铁冶金原理，重庆大学，黄希祜，冶金工业出版社(第四版)(本科教材)
第一章 冶金过程热力学基础
主要内容：
§1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.2 溶液的热力学性质(活度及活度系数) §1.3 标准溶解吉布斯自由能 §1.4 多元溶液中溶质活度的相互作用系数 §1.5 冶金炉渣理论和性质 §1.6 氧化还原反应热力学
§1.1.3 热效应的计算 一、物理变化过程中热效应的计算
纯物质的加热和冷却是一个物理变化过程，其过程焓变可用kirchhof公式计 算，对于等压加热过程：
，
当有相变发生时，若相变温度为 (℃)，相变热为
则：
第一章 冶金过程热力学基础 将纯物质由室温的固体加热到气体，全过程的热效应：
绝热过程：
不可逆 (状态变化时) 可逆
不可逆(自发) 可逆
第一章 冶金过程热力学基础 三、吉布斯自由能G：
对于等温等压过程，
自发 平衡状态
§1.1.2 热力学函数之间的关系
根据U、H、S、G等热力学状态函数的定义及其性质可得出共同的关系式 ：热力学函数之间的基本关系式（见下图）。
，
另：
第一章 冶金过程热力学基础
⑵ 盖斯定律：化学反应的热效应只与反应的始末状态有关，而与反应 过程无关。因此化学反应式及热效应可以加减乘除计算。
若已知某一温度
下化学反应的热效应
律(基尔霍夫等压定律)求出另一温度T下的热效应
，可根据kirchhof定 ：
第一章 冶金过程热力学基础
通常： 其中：
可根据热力学数据表求出，而 ，
是温度的函数。
参考书目
⑴ 钢铁冶金物理化学，北科大，陈襄武，冶金工业出版社(硕士教材) ⑵ 冶金热力学，北科大，李文超，冶金工业出版社 ⑶ ★钢铁冶金原理，重庆大学，黄希祜，冶金工业出版社(第四版)(本科教材)
第一章 冶金过程热力学基础
主要内容：
§1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.2 溶液的热力学性质(活度及活度系数) §1.3 标准溶解吉布斯自由能 §1.4 多元溶液中溶质活度的相互作用系数 §1.5 冶金炉渣理论和性质 §1.6 氧化还原反应热力学
冶金热力学MetallurgicalThermodynamics
捷姆金-席瓦尔兹曼速算式＋M函数表
2020/12/16
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
冶金热力学—— 化学反应自由能、焓、熵—— 热力学数据来源
AA B BC C D D
写出化学反应计量方程式
查找反应物和产物的所有 H0298、S0298以及对应Cp的4
个参数a、b、c和d
参数代入列出该反应的 ∆GT0表达式
2020/12/16
上海大学——钢铁冶金专业研究生课程 吴永全
冶金热力学—— 化学反应自由能、焓、熵—— 实验数据来源
1). 通过化学反应平衡常数计算标准吉布斯自由能
在一定温度下，当化学反应平衡时，平衡常数K与反应的标准吉 布斯自由能的关系如下：
G0RTlnK 一旦知道某温度下的平衡常数KT，就可以计算相应温度下的标 准吉布斯自由能∆GT0。然后再获得不同温度下的∆G0值，就可以 拟合得到最后的∆G0与温度T的二项式关系式。
原于电是池：和电解池的 区G 别0 又 是n F 什E 么 ？4 9 6 4 8 5 E 3 8 5 9 4 0 E
最T终/ºC：
800800
G 88550 00 1 .T0 9,08 0K2 94 0 0 1 0 95 5 0 5 .8 96 56 01T 000 1000
知E道/m任V 何一种29氧2.6化2 物的∆29G30.3，8 可推算29另4.1一4 种氧化294物.90的∆G0。295.66
对任意一个化学反应，其标准吉布斯自由能是最重要的函数之一。由它可以计 算化学反应的平衡常数，还可以根据体系的状态写出等温方程式，讨论体系是 否达到平衡或反应进行的方向等。 对任一反应的标准吉布斯自由能的计算，主要有两种方法：1). 通过热力学数据 进行计算；2). 利用试验数据进行计算。
冶金热力学基础知识
•第一种方法：（不定积分）由Gibbs – Helmholtz方程导出 •恒压条件下，
•又由Kirchhoff定律可以得到
•综合上两式，可得
•参见《物理化学》p78.
例题
例题
例题
例题
例题
1.1.2 标准吉布斯自由能
•第二种方法：（定积分） •由吉布斯自由能等温方程
导出：
•把两个式子：
•带入上式中
进行积分，可以得到
•定积 分 •不定积分
•注意：当参与反应的任一种物质有相变发生时，必须分段 积分。
•讨论：注意上面两式的区别，尤其要注意△HT1与△H0意
义上的不同。
1.1.1.2 等温、等压方程
•理想气体的吉布斯自由能表达式：
•对于理想气体的恒温变化过程，可以得到：
•从上面的关系式可以看出，恒温条件下摩尔吉布斯自由 能与压力成正比的关系。
1.1.3 △rＧm0的计算与测定
•冶金反应△rＧm0的意义： •① 当│△rＧm0│比较大时，例如40～50 kJ·mol-1，△rＧm0可 以确定△rＧm的正负号，但是判断高温反应，还是应该用△r Ｇm。
•这里运用了近似处理，这种近似处理是合理的，而且在科研中是常用的 。 •利用多项式求算二项式一般有两种方法，回归分析法求算二项式和半经 验二项式，常用二元回归分析法。
例题
•图 △G0与T 的关系曲线
•思考题： •① 认真研究一下，附录提供的数据所呈现的特点与规律 （例如，氧化反应的特点，气相消失的反应，吸热反应， A与B的正负号的关系）。 •② 附录中数据的获得方法应该是多种多样的。
冶金热力学基础知识
2020年4月26日星期日
本章目录
• 1.1 无溶液参与的化学反应热力学
•又由Kirchhoff定律可以得到
•综合上两式，可得
•参见《物理化学》p78.
例题
例题
例题
例题
例题
1.1.2 标准吉布斯自由能
•第二种方法：（定积分） •由吉布斯自由能等温方程
导出：
•把两个式子：
•带入上式中
进行积分，可以得到
•定积 分 •不定积分
•注意：当参与反应的任一种物质有相变发生时，必须分段 积分。
•讨论：注意上面两式的区别，尤其要注意△HT1与△H0意
义上的不同。
1.1.1.2 等温、等压方程
•理想气体的吉布斯自由能表达式：
•对于理想气体的恒温变化过程，可以得到：
•从上面的关系式可以看出，恒温条件下摩尔吉布斯自由 能与压力成正比的关系。
1.1.3 △rＧm0的计算与测定
•冶金反应△rＧm0的意义： •① 当│△rＧm0│比较大时，例如40～50 kJ·mol-1，△rＧm0可 以确定△rＧm的正负号，但是判断高温反应，还是应该用△r Ｇm。
•这里运用了近似处理，这种近似处理是合理的，而且在科研中是常用的 。 •利用多项式求算二项式一般有两种方法，回归分析法求算二项式和半经 验二项式，常用二元回归分析法。
例题
•图 △G0与T 的关系曲线
•思考题： •① 认真研究一下，附录提供的数据所呈现的特点与规律 （例如，氧化反应的特点，气相消失的反应，吸热反应， A与B的正负号的关系）。 •② 附录中数据的获得方法应该是多种多样的。
冶金热力学基础知识
2020年4月26日星期日
本章目录
• 1.1 无溶液参与的化学反应热力学
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溶液的分类有理想溶液和非理想溶液概念； 溶液的分类也有电解质溶液和非电解质溶液概念； 电解质溶液有理想的吗？ 德拜—休克尔理论模型； Pitzer理论模型。
ai 三p参fi考、浓度与活度
浓度是可以直接测量的物理量；
除摩尔分数、质量分数等浓度外，其它浓度都有相应的计
量单位。
活度是通过直接测量某些物理量而可以确定（测定）的物
同样，也还有导出性（衍生性）的状态函数——超额偏摩尔
热容：
C
E p
HiE Tp和源自CVEUE i
T
V
在超额函数中，超额偏摩尔吉布斯自由能可以先通过实
验求出活度系数而后求得，其它超额偏摩尔函数也可以通过
计算求出；其它超额偏摩尔函数只是理论概念上的应用。
3. 溶液模型
在化学热力学范畴中，化学势和超额偏摩尔吉布斯自由
为了度量非理想气体与理想气体之间的差别、度量非理 想溶液与理想溶液之间的差别，分别引入了逸度和逸度系数、 活度和活度系数的概念。
为了表示非理想溶液与理想溶液之间的偏差，在溶液热力 学中，提出了超额函数的概念，因此，体系又增加了几个导 出性（衍生性）的状态函数，即
ViE、UiE、 HiE、 SiE、 AiE、GiE
理量；
活度是待测体系中某一物种的逸度（或蒸气压力）与其处
于参考（标准）状态下的蒸气压力的比值，所以没有计量单位：
ai
fi p参考
或 ai
pi p参考
如果从另一种很实用的角度考虑，认定“活度是有效浓度”
这一概念，对于有计量单位的浓度而言，活度没有单位，则相
应的活度系数就有计量单位。
对于理想溶液，化学势可以用浓度来表达（表示）或确 定（衡量）其大小；
能是最重要的状态函数；在溶液热力学中，溶液模型是最重
要的科学问题。相对于理想溶液而言，溶液模型有正规溶液
模型和亚正规溶液模型。
超额函数必须具有容量性质这一特定属性，即有：
GE niGiE
因此，关联出溶液的超额吉布斯自由能与浓度的关系式比 较容易，而关联出活度系数与浓度的关系式则很难。
对于不同的溶液模型，超额吉布斯自由能与浓度之间有一 定的关系，实际上就是活度系数与浓度的关系式。 4. 电解质溶液模型
引言
本科（学士）、硕士、博士学位课程设置的原则： 本科专业课程设置是基础； 硕士学位的专业课程应在本科基础上； 博士学位应该没有什么专业课程课程。
本科专业课程设置有： 冶金概论——冶金工艺基本知识； 针对火法冶金和湿法冶金两大类设置 火法冶金物理化学 湿法冶金物理化学
冶金热力学 溶液热力学 冶金动力学 冶金电化学 冶金物理化学研究方法 结构化学（结晶化学、应用量子化学）
要区别课程名称和教材名称； 要区别不同学校； 要区别不同时期； 要区别不同教师。
热力学方法 —— 状态函数法 状态函数是状态的单值函数，状态一定，状态函数的数值
一定。从数学上讲，状态函数是全微分函数，具有全微分函数 的性质。状态函数变化量只决定于始、末状态，与途径无关。
究竟有多少状态函数？
一、经典热力学范畴的状态函数 体系有状态参变量T、p、V 、n (n1 ，n2，n3 ….. ，ni )； T、p、V是环境对体系的控制量；平衡时就是体系的状态
Ci, p
Hi T
p
或
Ci,V
Ui T
V
在化学热力学范畴，可论及偏摩尔量的体系，一般而言则
为均相溶液体系，即为理想混合的多物质体系。
少数偏摩尔量可以实验测定，多数偏摩尔量只是理论概念
上的应用。
在体系的偏摩尔量中，偏摩尔吉布斯自由能是最为有用的
状态函数，称为化学势，即 i Gi
化学势是化学热力学的支柱，它的导出对于理想溶液体 系（气态或液态溶液）的化学变化问题的处理提供了方便， 对于非理想溶液体系则要进入溶液热力学范畴。说到底，化 学热力学就是溶液热力学。 2. 超额函数
参变量，是可测量的数值； T、p为强度性质的状态参变量，V为容量性质的状态参变
量。
体系有属定义性的基本状态函数——U、H、S、A、G； 基本状态函数之间有如下定义式关系：
H = U + pV，A = U – TS，G = H – TS 体系有导出性（衍生性）的状态函数——CV 、Cp 。
在经典热力学范畴，一般而言，体系为纯物质体系，或机 械混合的多物质体系，即非理想混合的多物质体系。
标准平衡常数同化学反应的标准吉布斯自由能变 化量之间在数值上存在计量函数关系式：
rGm RT ln K
经验平衡常数的数值计算则不能随意地同化学反 应的标准吉布斯自由能变化量挂钩；
如果把经验平衡常数与标准平衡常数视为完全等 同，则从化学热力学上讲是不严谨的。
以上关于化学热力学的基本观点和概念需要我们 在冶金热力学的学习过程中格外注意，贯穿始终。
冶金热力学
冶金过程与冶金过程的基础理论
钢铁冶金 有色冶金
提取金 属 种类
矿石 精矿
+还原剂/溶剂 工艺
金属
湿法冶金 火法冶金
物理过程 蒸升熔凝溶 发华化固解
相平衡
热 传 输
物 质 扩 散
传输原理
化学过程 焙烧还氧萃 烧结原化取
冶金物理化学
冶金过程理论
经典热力学应用这些状态函数，足可以处理简单状态变化 和相态变化问题。
为方便处理化学变化问题，经典热力学延伸和发展而形成 化学热力学。
二、化学热力学范畴的状态函数
1. 偏摩尔量 基于数学的概念，体系的基本状态函数对各状态参变量，
可以有各种偏导数。
在T、p有确定值，而且恒定的条件下，体系的基本状态函 数和容量性质的状态参变量对物质量的特定偏导数，称为体系
对于非理想溶液，化学势只能用活度来表达（表示）或 确定（衡量）其大小；
可以讲，没有化学势就没有化学热力学；没有活度也就 没有完整的化学热力学。 四、经验平衡常数和标准平衡常数
经验平衡常数最先是基于动力学概念下的质量作用定律 推导出的；
标准平衡常数是严格地基于化学热力学原理——化学反 应等温方程式推导出的。
的偏摩尔量。
在化学热力学范畴，体系的偏摩尔量是导出性（衍生性）
的状态函数，即体系又增加了几个状态函数：
Vi、
U
、
i
H
、
i
S
、
i
Ai、 Gi
同样，体系的偏摩尔量之间彼此存在如下关系：
H i Ui pVi、 Ai U i T Si、 Gi H i T Si
同样，还有导出性（衍生性）的状态函数——偏摩尔热容：
ai 三p参fi考、浓度与活度
浓度是可以直接测量的物理量；
除摩尔分数、质量分数等浓度外，其它浓度都有相应的计
量单位。
活度是通过直接测量某些物理量而可以确定（测定）的物
同样，也还有导出性（衍生性）的状态函数——超额偏摩尔
热容：
C
E p
HiE Tp和源自CVEUE i
T
V
在超额函数中，超额偏摩尔吉布斯自由能可以先通过实
验求出活度系数而后求得，其它超额偏摩尔函数也可以通过
计算求出；其它超额偏摩尔函数只是理论概念上的应用。
3. 溶液模型
在化学热力学范畴中，化学势和超额偏摩尔吉布斯自由
为了度量非理想气体与理想气体之间的差别、度量非理 想溶液与理想溶液之间的差别，分别引入了逸度和逸度系数、 活度和活度系数的概念。
为了表示非理想溶液与理想溶液之间的偏差，在溶液热力 学中，提出了超额函数的概念，因此，体系又增加了几个导 出性（衍生性）的状态函数，即
ViE、UiE、 HiE、 SiE、 AiE、GiE
理量；
活度是待测体系中某一物种的逸度（或蒸气压力）与其处
于参考（标准）状态下的蒸气压力的比值，所以没有计量单位：
ai
fi p参考
或 ai
pi p参考
如果从另一种很实用的角度考虑，认定“活度是有效浓度”
这一概念，对于有计量单位的浓度而言，活度没有单位，则相
应的活度系数就有计量单位。
对于理想溶液，化学势可以用浓度来表达（表示）或确 定（衡量）其大小；
能是最重要的状态函数；在溶液热力学中，溶液模型是最重
要的科学问题。相对于理想溶液而言，溶液模型有正规溶液
模型和亚正规溶液模型。
超额函数必须具有容量性质这一特定属性，即有：
GE niGiE
因此，关联出溶液的超额吉布斯自由能与浓度的关系式比 较容易，而关联出活度系数与浓度的关系式则很难。
对于不同的溶液模型，超额吉布斯自由能与浓度之间有一 定的关系，实际上就是活度系数与浓度的关系式。 4. 电解质溶液模型
引言
本科（学士）、硕士、博士学位课程设置的原则： 本科专业课程设置是基础； 硕士学位的专业课程应在本科基础上； 博士学位应该没有什么专业课程课程。
本科专业课程设置有： 冶金概论——冶金工艺基本知识； 针对火法冶金和湿法冶金两大类设置 火法冶金物理化学 湿法冶金物理化学
冶金热力学 溶液热力学 冶金动力学 冶金电化学 冶金物理化学研究方法 结构化学（结晶化学、应用量子化学）
要区别课程名称和教材名称； 要区别不同学校； 要区别不同时期； 要区别不同教师。
热力学方法 —— 状态函数法 状态函数是状态的单值函数，状态一定，状态函数的数值
一定。从数学上讲，状态函数是全微分函数，具有全微分函数 的性质。状态函数变化量只决定于始、末状态，与途径无关。
究竟有多少状态函数？
一、经典热力学范畴的状态函数 体系有状态参变量T、p、V 、n (n1 ，n2，n3 ….. ，ni )； T、p、V是环境对体系的控制量；平衡时就是体系的状态
Ci, p
Hi T
p
或
Ci,V
Ui T
V
在化学热力学范畴，可论及偏摩尔量的体系，一般而言则
为均相溶液体系，即为理想混合的多物质体系。
少数偏摩尔量可以实验测定，多数偏摩尔量只是理论概念
上的应用。
在体系的偏摩尔量中，偏摩尔吉布斯自由能是最为有用的
状态函数，称为化学势，即 i Gi
化学势是化学热力学的支柱，它的导出对于理想溶液体 系（气态或液态溶液）的化学变化问题的处理提供了方便， 对于非理想溶液体系则要进入溶液热力学范畴。说到底，化 学热力学就是溶液热力学。 2. 超额函数
参变量，是可测量的数值； T、p为强度性质的状态参变量，V为容量性质的状态参变
量。
体系有属定义性的基本状态函数——U、H、S、A、G； 基本状态函数之间有如下定义式关系：
H = U + pV，A = U – TS，G = H – TS 体系有导出性（衍生性）的状态函数——CV 、Cp 。
在经典热力学范畴，一般而言，体系为纯物质体系，或机 械混合的多物质体系，即非理想混合的多物质体系。
标准平衡常数同化学反应的标准吉布斯自由能变 化量之间在数值上存在计量函数关系式：
rGm RT ln K
经验平衡常数的数值计算则不能随意地同化学反 应的标准吉布斯自由能变化量挂钩；
如果把经验平衡常数与标准平衡常数视为完全等 同，则从化学热力学上讲是不严谨的。
以上关于化学热力学的基本观点和概念需要我们 在冶金热力学的学习过程中格外注意，贯穿始终。
冶金热力学
冶金过程与冶金过程的基础理论
钢铁冶金 有色冶金
提取金 属 种类
矿石 精矿
+还原剂/溶剂 工艺
金属
湿法冶金 火法冶金
物理过程 蒸升熔凝溶 发华化固解
相平衡
热 传 输
物 质 扩 散
传输原理
化学过程 焙烧还氧萃 烧结原化取
冶金物理化学
冶金过程理论
经典热力学应用这些状态函数，足可以处理简单状态变化 和相态变化问题。
为方便处理化学变化问题，经典热力学延伸和发展而形成 化学热力学。
二、化学热力学范畴的状态函数
1. 偏摩尔量 基于数学的概念，体系的基本状态函数对各状态参变量，
可以有各种偏导数。
在T、p有确定值，而且恒定的条件下，体系的基本状态函 数和容量性质的状态参变量对物质量的特定偏导数，称为体系
对于非理想溶液，化学势只能用活度来表达（表示）或 确定（衡量）其大小；
可以讲，没有化学势就没有化学热力学；没有活度也就 没有完整的化学热力学。 四、经验平衡常数和标准平衡常数
经验平衡常数最先是基于动力学概念下的质量作用定律 推导出的；
标准平衡常数是严格地基于化学热力学原理——化学反 应等温方程式推导出的。
的偏摩尔量。
在化学热力学范畴，体系的偏摩尔量是导出性（衍生性）
的状态函数，即体系又增加了几个状态函数：
Vi、
U
、
i
H
、
i
S
、
i
Ai、 Gi
同样，体系的偏摩尔量之间彼此存在如下关系：
H i Ui pVi、 Ai U i T Si、 Gi H i T Si
同样，还有导出性（衍生性）的状态函数——偏摩尔热容：