850冶金物理化学.doc
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[1]
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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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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。
江西省考研冶金工程复习资料冶金物理化学核心内容回顾
江西省考研冶金工程复习资料冶金物理化学核心内容回顾随着科技的发展和工业的进步，冶金工程作为重要的工程学科，对于社会的发展具有重要意义。
而在江西省考研冶金工程的复习过程中，冶金物理化学是一个核心的考点，因此，本文将回顾江西省考研冶金工程复习资料中的冶金物理化学核心内容。
1. 冶金物理化学的基本概念1.1 冶金物理化学的研究对象和目的冶金物理化学是研究金属和非金属材料在高温、高压和电磁场等外界条件下的性质和变化规律的学科。
其研究目的是为了揭示金属和非金属材料的物理和化学性质，以及它们在冶金工程中的应用。
1.2 冶金物理化学的基本原理冶金物理化学基于物理学和化学学科的基本原理，主要包括热力学、动力学、电化学等方面的原理。
通过这些原理，可以揭示金属和非金属材料的相变规律、电化学性质及其与其他物质的相互作用等。
2. 冶金物理化学的应用2.1 冶金物理化学在冶金矿山中的应用冶金物理化学在冶金矿山中的应用十分广泛。
例如，通过对矿石中的金属元素的矿物学和结晶学特性进行研究，可以确定最佳的选矿工艺和处理方法；通过对矿石中的非金属元素的物理和化学性质的分析，可以预测金属元素的提取情况等。
2.2 冶金物理化学在冶金工艺中的应用冶金物理化学在冶金工艺中也发挥着重要的作用。
例如，通过对金属熔体的物理和化学性质的研究，可以确定最佳的冶炼条件和工艺参数；通过对金属材料的相变规律的研究，可以控制金属材料的微观结构，从而改善其力学性能等。
3. 冶金物理化学的相关实验技术3.1 热分析技术热分析技术是冶金物理化学研究中常用的实验技术之一。
通过对材料在不同温度下的质量变化进行监测和分析，可以揭示材料的相变特性和热性能等信息。
3.2 电化学技术电化学技术也是冶金物理化学研究中常用的实验技术之一。
通过对材料的电化学行为进行监测和分析，可以揭示材料的电化学性质、腐蚀行为等信息。
4. 冶金物理化学的发展趋势随着科技的不断进步和冶金工程的不断发展，冶金物理化学研究也在不断深入和拓展，呈现出以下几个发展趋势：4.1 理论与实践的结合冶金物理化学研究应注重理论与实践的结合，不仅仅局限于实验室的研究，还要与工业生产相结合，为冶金工程的实际应用提供科学依据。
冶金物理化学电子教本资料文档
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2019/11/11
3.1 二元系中组元的活度
2. 联系： ●当溶液是理想溶液时，拉乌尔定律的斜率和亨利定律的斜率相等，它们重合 ●拉乌尔定律与亨利定律都有共同的形式：
Pi ki X i
-------拉乌尔定律或亨利定律第一种表达式（实验式）
当0
Xi
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2019/11/11
3.2 活度标准态与参考态
3.2.3 活度标准态与参考态
3.2.3.1活度选取标准态的必要性
1）溶液中组元i的标准化学势 i 与标准态
在溶液中，对任一组元，其化学势为
i i RT ln ai 或 Gi Gi RT ln ai
在冶金物理化学中，事实上， i Gi , i Gi（分别是i组元在溶液中的摩 尔自由能和标准摩尔自由能），从化学势的关系式可以看出，i 是组元的活度
3.2.3.3 活度的参考态
在1%溶液标准态中,C点是符合亨利定律的状态,若C点
已经超出 0 xi x'i范围,即实际蒸气压为D点时,已不符合亨
利定律,欲求C点,应在满足亨利定律的定义域
0
xi
x
' 范围
i
之内，求极限
lim a%,i
%i0 %i
1,
f%,i 1
0 X i X '-i --组元i服从亨利定律的定义域。
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2019/11/11
3.1 二元系中组元的活度
3.1.2 两者的区别与联系：
1. 区别：
拉乌尔定律：
● 是描述溶剂组元i在液相中浓度与其在气相中的蒸气压的线性
冶金物理化学 第一章
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2022/11/6
第一章 绪论
• 1.3冶金动力学与冶金热力学的研究目的 1．改进冶金工艺，提高产品质量，扩大品种，
增加产量。 2．探索新的流程，提供理论依据。
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2022/11/6
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2022/11/6
第一章 绪论
• 1.2冶金动力学的研究范围 • 1.2.1冶金动力学
利用化学动力学与传输原理，研究冶金过程的机 理；确定各基元过程及总过程的速率；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，提供了反应的充分性条件。
•
北京市高等教育精品教材立项项目
• 4.主教材
• <<冶金与材料物理化学>> 李文超等编 冶金工业出版社
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2022/11/6
第一章 绪论
• 1.1冶金物理化学的研究范围 ➢ 1.1.1冶金过程与冶金过程基础理论 ➢ 1.1.2冶金热力学 • 1.2冶金动力学的研究范围 ➢ 1.2.1冶金动力学 ➢ 1.3冶金动力学与冶金热力学的研究目的
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2022/11/6
第一章 绪论
1.1冶金物理化学的研究范围 1.1.1冶金过程与冶金过程基础理论
图1-1 冶金过程基本流程图
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2022/11/6
第一章 绪论
• 1.1.2冶金热力学 利用化学热力学原理，研究冶金中反应的可能 性（反应方向）（理论依据－）；确定冶金反 应过程的最大产率（反应限度）（理论依据 －）；找出控制反应过程的基本参数（T，P， Ci）。 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。
冶金物理化学
冶金物理化学第一章溶液热力学1、活度相互作用（1.4）若选“亨利假想态”为标准态，有若选遵从Herry定律、的状态为标准态，则有式中，亦分别称作组分j对组分i的活度相互作用系数和组分i的自身交互作用系数。
2、正规溶液模型及性质（1.9）正规溶液的定义：当极少量的一个组分从理想溶液迁移到具有相同组成的实际溶液时，没有熵的变化，总的体积不变，后者叫正规溶液。
特点：1）、质点分布完全无序。
2）、3）、正规溶液模型特点：1）形成正规溶液的各组分质点半径相似，交换位置不会改变原有的晶格结构。
2）粒子间的相互作用力是一种近程力，所以，以质点间的相互作用能计算混合焓时，只考虑最邻近质点间的键能。
3）溶液中质点的排列是完全无序的，混合熵等于理想溶液的混合熵。
第二章吉布斯自由能变化（）1、化学反应的ΔG和ΔG 。
（2.1.2）（1）.化学反应的ΔG和ΔG的含义不同，其中表示一化学反应的Gibbs自由能变化；而表示以化学反应的标准Gibbs自由能变化。
（2）.标准态确定，ΔG 确定。
2、化学反应等温方程应用（p58）3、平衡移动原理（改变活度）（p86）第三章相图分析冷却过程（切线规则，三角形规则）1、生成异分熔点化合物的三元系相图。
（p106参考p114表格）2、实际相图及其应用（p114）CaO-SiO2-Al2O3三元相图分析及应用第四章熔渣及冶金熔体反应热力学1、完全离子溶液模型（p132 例4-1）2、熔渣的去硫能力热力学条件：1 高温2 高碱度3 低氧势4 铁水成分合适5高硫熔渣3、熔渣的去磷能力热力学条件：1 较低的熔池温度2 高碱度渣3 高氧化性4 多次放渣造新渣第五章熔锍1、造锍反应：FeS(l)和Cu2O(l)在高温下将发生反应：该反应的平衡常数K值很大，表明反应向右进行得很彻底。
一般来说，体系中只要有FeS存在，Cu2O就会转变成Cu2S，进而与FeS形成铜锍（FeS1.08-Cu2S），所以常常把上述反应视为造锍反应。
冶金考研专业课--冶金物理化学知识点归纳
r G5 = 307740- 133.51T
CaO（s）=（CaO） sol G = 0 CaC2（s）=（CaC2） sol G = 0
所以
（CaO）+3C（s）=（CaC2）+CO（g）
θ 2
3
1
1－6．利用气相与凝聚相平衡法求 1273K 时 FeO 的标准生成吉布斯自由能 f GFex O 。
θ
已知:反应 FeO (s) H 2 (g) Fe (s) H 2 O (g) 在 1273K 时的标准平衡常数 K 0.668
θ
H 2 (g) 1 O H 2 O (g) 2 2 (g)
RT ln K H BRT
其中，左边为 G ，右边 H 为常数，用 a 表示，BR 常数用 b 表示，则得
G a bT
4）掌握用定积分法和不定积分计算 f G 及 r G
定积分结果： GT H 298 T S 298 T aM 0 bM 1 cM 2 cM 2
G 有三种情况
1）
G 0 ，以上反应不可以自动进行；
2） G 0 ，以上反应可以自动进行； 3） G 0 ，以上反应达到平衡，此时
G RTLnK
注：
（1） G 是反应产物与反应物的自由能的差，表示反应的方向（反应能否发生的判据） ；
c d aC aD a b a A aB
郭汉杰 北京科技大学
1．冶金热力学辅导
热力学内容下四个部分 1） 冶金热力学基础 2） 冶金熔体（铁溶液、渣溶液） 3） 热力学状态图（Ellingham 图，相图） 注：
江苏省考研冶金工程复习资料冶金物理化学与冶金原理重点内容梳理
江苏省考研冶金工程复习资料冶金物理化学与冶金原理重点内容梳理一、引言冶金工程是以金属和非金属矿物资源为原料，通过一系列物理、化学和冶金过程，加工提炼出金属材料的工程学科。
冶金物理化学和冶金原理是冶金工程的两个重要分支，本文将对其重点内容进行梳理。
二、冶金物理化学1. 金属相图金属相图是研究金属及金属合金中相（晶体）组成、相之间的相互作用关系以及相变规律的图表。
学习金属相图可帮助我们了解金属及合金的显微结构、性能和相变过程。
2. 基础物理化学冶金物理化学中的基础知识包括热力学、动力学、电化学等。
熟练掌握这些知识对于理解冶金过程中的反应动力学、电化学反应以及热力学平衡状态等具有重要意义。
3. 金属腐蚀与防护金属腐蚀是金属与周围环境发生不可逆反应的过程，防护则是采取一系列措施来延缓或阻止金属腐蚀。
学习金属腐蚀与防护可帮助我们提高金属材料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。
4. 金属物理性能测试金属的物理性能包括力学性能、热学性能、电学性能等。
学习金属物理性能测试方法和标准可以帮助我们评价金属材料的质量和性能，并为合理选材提供依据。
三、冶金原理1. 冶金矿石学冶金矿石学研究矿石的成分、结构、产状等，为冶金工程提供原料选矿和矿石加工的依据。
了解常见矿石的特性和选矿工艺对于提高金属提取率和降低能耗具有重要意义。
2. 冶金过程学冶金过程学是研究金属冶炼过程及其规律的学科。
学习冶金过程学可以了解金属冶炼的流程、反应原理、热力学与动力学变化等，为冶金工程的设计和优化提供支持。
3. 冶金反应动力学冶金反应动力学研究冶金过程中反应速率与反应条件之间的关系。
了解反应动力学可以帮助我们控制反应速率、提高产品质量，并优化冶金工艺。
4. 冶金热力学冶金热力学是研究金属体系中组分间平衡态的理论和方法。
学习冶金热力学可以帮助我们理解金属熔炼中的相平衡关系、溶质分配行为等，为冶金工艺控制和优化提供依据。
四、结语通过对江苏省考研冶金工程复习资料中冶金物理化学与冶金原理重点内容的梳理，我们可以更系统地学习和理解冶金工程的基础知识和原理。
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化，金属（铁）氧化的动力学，可燃气体的燃烧反应，固体碳的燃烧反应，燃烧反应体系气相平衡成分的计算。
重点：平衡组成计算及判断过程进行的方向。
6.氧化物还原熔铁反应
氧化物还原的热力学条件，氧化物的间接还原反应，氧化物的直接还原反应，金属热还原反应，铁的渗碳及含碳量，熔渣中氧化物的还原反应，高炉冶炼的脱硫反应，铁浴熔融还原反应。
重点：合金密度等相关物性计算，活度相互作用系数及其转换关系。
4.冶金炉渣
二元系、三元系相图的基本知识及基本类型，三元渣系的相图，熔渣的结构理论，金属液与熔渣的电化学反应原理，熔渣的离子溶液结构模型，熔渣的活度曲线图，熔渣的化学性质，熔渣的物理性质。
重点：二、三元相图的基本性质及表示法，二、三元系平衡相的定量法则（直线法则和杠杆定律,重心法则），分析等温截面图和投影图。炉渣酸度、碱度概念，熔渣的结构理论，金属液与熔渣的电化学反应原理。
二、主要复习内容：
1.冶金热力学基础
化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数，溶液的热力学性质－活度及活度系数，溶液的热力学关系式，活度的测定及计算方法，标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应的吉布斯自由能计算。
重点：溶液相关基本概念及其物理意义，化学反应的吉布斯自由能计算（过剩全摩尔混合吉布斯自由能）及由此判断化学反应进行的方向，活度相关计算，金属原电池电动势与△H、△G和△S关系。
考试科目：850冶金物理化学
一、复习要求：
掌握冶金物理化学基本概念、基本理论及计算方法和分析问题方法，正确运用于分析和解决具体问题。基本理论（包括溶液热力学理论，Gibbs自由能变化的计算、应用原则及活度数据的获得原理、方法，相图基本原理及典型二、三元相图基础知识，表面和界面基本理论，冶金动力学基本理论等）、冶金基本熔体（熔渣的基本物理化学性质及在冶金中的作用）、解决冶金实际问题常用的几种基本手段和方法（包括化学反应等温方程式和平衡移动原理的灵活运用；优势区图、位势图等几种热力学状态图的构成原理及使用方法等）。
重点：选择性氧化原理，铜的造锍熔炼，元素在渣金间的平衡分配常数，元素氧化的热力学及动力学（碳、磷、硫等元素），脱气反应热力学及动力学。
2.冶金动力学基础
化学反应的速率，分子扩散及对流传质，吸附化学反应的速率，反应过程动力学方程的建立，新相形成的动力学。
重点：一、二级化学反应相关计算及一级可逆化学反应速率方程推导，菲克第一、第二定律，朗格缪尔吸附等温式，双膜理论，未反应核模型。
3.金属熔体
熔铁及其合金的结构，铁液中组分活度的相互作用，铁液中元素的溶解及存在形式，熔铁及其合金的物理性质。
重点：氧化物还原的热力学条件，氧化物的间接还原反应，金属热还原用的还原剂，氧化物的直接还原反应，金属热还原反应，高炉冶炼的脱硫反应热力学及动力学。
7.氧化熔铁反应，造锍熔炼
氧化熔铁反应的物理化学原理，锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应，脱碳反应，脱磷反应，脱硫反应，吸气及脱气反应，脱氧反应，造锍熔炼。