冶金热力学基础知识
冶金炉热工基础
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[例题1—2] 某压缩空气贮气罐，压力表读数为7气压(at)，温度 计读数为25℃，贮气罐的体积为3m3，当地大气压力取为l气压 (at)，试求罐内空气的重量。 解：压缩空气的质量为：
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❖ 工科学生应该具备合理用能、节能的意识并 懂得其基本的技术，而热工基础的内容是合理 用能及节能理论中的最基础与核心的部分。该 课程适应国际国内能源发展和危机的时代要求， 教学内容向相关领域延伸。冶金、能源、硅酸 盐行业是耗能大户，尤其工业窑炉是综合节能 最关键装备，因此本课程从热工传热、燃烧、 干燥基本理论出发，引导学生了解工业炉窑的 节能环保作用是一个很重要环节。
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同学们好！现在 我们学习气体力学 原理
第一章 气体力学原理
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目前大部分冶金炉（除 电炉外）热能的主要来源 是靠燃烧燃料来供给的。
燃料燃烧需要供入炉内 大量气体，并在炉内产生大 量的炉气。
气体在炉内的流动，根据流动产 生的原因不同，可分为两种：一种叫 自由流动，一种叫强制流动。
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1.1 气体的主要物理性质和气体平衡方程式
lmmH2O=1kgf/m2
lmmHg =13.6 mmH2O
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应当注意: “标准大气压”和“工程大气压”都是压力的计量单 位，不要与所在地区的实际大气压相混淆。
a、在高压容器中，气体的压力相当高，往往是几倍或几十倍 于大气压的，因此，对这些设备中气体的压力计量单位通常用 工程大气压表示。 b、通风机的送风压力、风道和烟道中气体的压力较小，通常 用毫米水柱表示。
一切气体的压力温度系数都近似地等于:
1 273
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C、绝对 压力和表压力 气体的压力有绝对压力和表压力两种表示方法。
冶金炉热工基础-冶金炉热工基础-气体力学
提高燃烧效率与降低污染排放
优化燃料配比
01
根据不同燃料的特点和燃烧需求，合理配比燃料和空气的比例，
实现高效燃烧和低排放。
采用高效燃烧器
02
选用具有高效燃烧性能的燃烧器，提高燃料的燃烧速度和燃烧
效率，降低未燃尽气体和有害物质的排放。
烟气处理与净化
03
采用适当的烟气处理技术和净化设备，如脱硫、脱硝、除尘等
通过气体力学的研究，可以进一步揭示冶金炉内的流动规律和传热机制，为新型高 效、环保的冶金炉的开发提供科学依据。
未来发展方向与挑战
随着科技的不断发展，气体力学在冶金炉热工基础领域的 应用将更加广泛和深入，需要进一步研究新型的数学模型 和计算方法，以提高模拟精度和计算效率。
未来发展中，需要加强气体力学与其他学科的交叉融合， 如化学反应动力学、传热学和计算流体动力学等，以推动 冶金炉热工基础领域的创新发展。
装置，对排放的烟气进行净化处理，减少对环境的影响。
新型冶金炉的开发与应用
新型燃烧技术的研究与应用
研究开发新型的燃烧技术，如富氧燃烧、催化燃烧等，提高燃烧 效率和降低污染排放。
智能化控制技术的引入
将先进的智能化控制技术引入冶金炉中，实现炉内参数的实时监测、 控制和优化，提高冶金炉的自动化和智能化水平。
流动速度的影响
气体流动速度越快，越有利于燃料与氧气混合，提高燃烧效率。但 过高的流速可能导致氧气供应不足，影响燃烧效率。
流动状态的影响
湍流流动有利于增强燃料与氧气的混合程度，提高燃烧效率；层流流 动则有利于形成稳定的燃烧区域，减少燃烧产物的波动。
05
气体力学在冶金炉优化中的应用
优化炉内气流组织
1 2 3
合理设计炉膛结构
金属冶炼中的热分析与热力学计算
03
系统状态随时间变化的过程，包括等温、等压、绝热等过程。
热力学第一定律
能量守恒定律
能量不能凭空产生或消失，只能从一 种形式转化为另一种形式。
内容表述
系统总能量的变化等于传入和传出系 统的热量与外界对系统所做的功的和 。
热力学第二定律
熵增原理
封闭系统中的自发过程总是向着熵增加的方向进行，即向着 更加混乱无序的状态发展。
热分析分类
根据实验原理和应用范围，热分析可 以分为多种类型，如差热分析、热重 分析、示差扫描量热分析等。
热分析的基本原理
热平衡原理
在热分析实验中，系统应处于热平衡状态，即物质与加热元件、 周围环境之间没有温差。
能量守恒原理
实验过程中，系统吸收或释放的热量应等于物质相变潜热、质量变 化吸热或放热等能量形式的变化。
金属相变过程的热力学计算
总结词
金属相变过程的热力学计算是研究金属材料 相变行为的重要手段，通过计算可以了解相 变温度、相变熵、相变焓等参数，为材料制 备和应用提供指导。
详细描述
金属在一定温度和压力下会发生相变，如固 态到液态、铁素体到奥氏体等。通过热力学 计算，可以了解这些相变在不同条件下的相 变温度、相变熵、相变焓等参数，从而为材 料制备和应用提供理论依据。此外，计算还 可以预测新材料的性能和稳定性，为新材料 的研发和应用提供支持。
目的
金属冶炼的目的是为了获得具有所需性能和纯度的 金属或合金，以满足工业、科技、生活等方面的需 求。
金属冶炼的基本流程
通过加热矿石使其中的杂质和硫 等元素被氧化或还原，以分离出 金属。
将熔炼后的金属铸造成锭，并进 行轧制、挤压、拉拔等加工，以 获得不同形状和规格的金属制品 。
冶金热工基础-PPT精品文档
四、参考书目
《冶金炉热工基础》 刘人达主编 冶金工业出版社 《冶金炉热工与构造》 陈鸿复主编 冶金工业出版社 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 期刊：《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《节能》
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第一章 动量传输
精品课程资源：重庆科技学院精品课程网站 jpkc.cqust课程概况
一、课程性质
专业基础课，是基础课和专业课之间的桥梁。基础课：高等数学、大学物理。
二、课程内容
第一篇：传输原理(动量、热量、质量传输) (1~3章) 传输是指流体的(输送、转移、传递)
动量 热量 质量 的传递与输送
动量传输 热量传输 质量传输
类似统一性
动力过程 传热过程 物质传递过程
⒈ 《加热炉》蔡乔方主编 冶金工业出版社 ⒉ 《冶金炉热工与构造》陈鸿复主编 冶金工业出版社
四、 教材
《冶金热工基础》 朱光俊、曾红、阮开军、殷利编著 冶金工业出版社
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一次精炼
第一章 动量传输 0 绪论
0.1 冶金及其分类
冶 金： 冶金炉：
由矿石原料至金属产品的冶炼和加工过程。 冶金生产中各种冶炼和加热设备的统称。
⒉ 加热炉：完成物料的加热。 特点：不发生物态变化,只改变其机械性能或物理化学性能。 冶金企业的加热炉有： ① 均热炉：钢锭开坯前加热。 ② 轧钢加热炉：热轧前钢坯加热。 ③ 室状炉、台车式加热炉等：锻造前加热。 加热目的：提高可塑性，减少压力加工时的变形抗力。 ④ 热处理(淬火、回火、退火、渗碳等)炉. 加热目的：改变其结晶组织，获得所需的物理机械性能。
分 类：
熔炼炉和加热炉两大类。
固液态
⒈ 熔炼炉：完成物料的加热和熔炼。 特点： 发生物态变化
冶金原理名词解释
Mingcijieshi第一章 冶金溶液热力学基础—重点内容本章重要内容可概括为三大点：有溶液参与反应的θG Δ、G Δ、溶液中组分B 活度一、名词解释生铁 钢 工业纯铁 熟铁 提取冶金 理想溶液 稀溶液 正规溶液 偏摩尔量X B 化学势μB 活度 活度系数 无限稀活度系数r B 0 一级活度相互作用系数e i j 一级活度相互作用系数εi j 标准溶解吉布斯自由能θB S G ∆ 溶液的超额函数生铁:钢:工业纯铁:熟铁:提取冶金:理想溶液:稀溶液:正规溶液是指混合焓不等于0,混合熵等于理想溶液混合熵的溶液称为正规溶液; 偏摩尔量X B 是指指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下,溶液的广度性质XG 、S 、H 、U 、V 对组分B 摩尔量的偏导值;)(,,)/(B k n p T B B k n X X ≠∂∂=; 化学势μB 是指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下,溶液的吉布斯能对组分B 摩尔量的偏导值;)(,,)/(B k n p T B B B k n G G ≠∂∂==μ;P27活度是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度;活度系数是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度时引入的系数; 无限稀活度系数r B 0是指稀溶液中溶质组分以纯物质为标准态下的活度系数; 无限稀活度系数r B 0大小意义是组元B 在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数是纯物质为标准态的活度与以假想纯物质为标准态的活度相互转换的转换系数 是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数一级活度相互作用系数e i j 是指以假想1%溶液为标准态,稀溶液中溶质组分i 的活度系数的lg f i 对溶质组分j 的ωj %偏导值,即：0)/lg ((%)→∂∂=A j i j i f e ωω; P106一级活度相互作用系数εi j 是指以纯物质为标准态,稀溶液中溶质组分i 的活度系数的lg r i 对溶质组分j 的x j 偏导值,即：0)/lg ((%)→∂∂=A j i j i x r ωε;P105标准溶解吉布斯自由能θB S G ∆是指纯物质溶液溶解于溶液中,并形成标准态溶液的吉布斯自由能变化值;溶液的超额函数是指实际溶液的偏摩尔量或摩尔量与假想其作为理想溶液时偏摩尔量或摩尔量的差值,用上标“ex ”表示;二、冶金原理三大内容重庆大学考题：冶金过程热力学、冶金过程动力学的区别冶金原理主要研究内容包括冶金过程热力学、冶金过程动力学、冶金溶液三大部分;冶金过程热力学研究在给定条件下,反应进行的可能性、方向和限度平衡,影响反应平衡因素如温度、浓度、压力、催化剂等,如何利用影响因素创造条件使反应沿着预期的方向进行,达到预期的限度;热力学不涉及反应速度、反应机理问题;冶金过程动力学的主要研究冶金反应的机理、速率、速率限制环节、速率影响因素,以及如何创造条件加速反应的进行;冶金溶液研究熔体的相平衡、结构及性质;三、拉乌尔定律、亨利定律内容及其表达式拉乌尔定律：“在一定温度和平衡状态下,溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数;”其数学表达式为：式中,*A p 为纯溶剂A 的蒸气压;亨利定律：“在一定温度和平衡状态下,挥发性溶质在气相中的平衡分压与溶质在溶液中的摩尔分数成正比;”亨利定律数学表达式为：式中,)(x H k 为亨利系数;三、标准溶解吉布斯能计算式1纯物质为标准态时,B=B θ)(B m S G ∆=02假想纯物质为标准态时,B=B 0)(ln B B m S r RT G =∆θ 3假想1%溶液为标准态时,B=B B A B B m S M M RT r RT G 100ln ln 0)(+=∆θ 证明：对于B=B θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P P B 为溶液中组分B 的蒸气；*B P 为纯物质B 的饱和蒸气压1纯物质为标准态时,P B =*B P ,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTln *B P -RTln *B P =02假想纯物质为标准态时,由亨利定律可得P B =k H x ,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTlnk H x -RTln *B P =RTlnk H x /*B P =RTln 0B r3假想1%溶液为标准态时,由亨利定律可得P B =k H %,则：θ)(B m S G ∆=RTlnP B -RTln *B P = RTlnk H %-RTln *B P =RTlnk H %/*B P =RTln )100(0B BA r M M 第二章 冶金动力学基础名词解释基元反应速率限制环节化学扩散互扩散对流扩散扩散通量速度边界层浓度边界层或扩散边界层动力学中的稳定态均相形核异相形核1、基元反应：反应物分子相互碰撞直接转化为产物分子的反应;基元反应的反应级数与反应物计量数之和相等;P562、速率限制环节：反应过程由界面化学反应和扩散多环节组成的串联过程,其中速率最慢或阻力最大,对反应总速率影响很大的环节;P553、化学扩散互扩散：静止体系中,溶液中有浓度梯度存在时,发生的扩散,它是一种原子在其它种作为基体的原子中的相对扩散;P614、对流扩散：流动体系中出现的扩散,它是由分子扩散和液体的分子集团的整体运动,使其内的物质发生迁移;5、扩散通量：指组分在单位时间内,通过垂直于扩散方向单位截面积的物质的量;6、速度边界层：在流速较大的非均相体系气固、气液、液固等内,流体在相界面上流动时,液体与相界面出现摩擦阻力,在贴近相界面并出现很大速度梯度的流体薄层称为速度边界层;P677、浓度边界层或扩散边界层：在流速较大的非均相体系气固、气液、液固等内,流体在相界面上流动时,在贴近相界面并出现很大浓度梯度的流体薄层称为速度边界层;P688、动力学中的稳定态：反应过程由界面化学反应和扩散多环节组成的串联过程中,各环节与总反应速率相等,且不随时间而变化的状态;P799、均相形核：指在反应产物在均匀的相内发生的形核;10、异相形核：指在核在异相界面上形成时称为异相形核;第三章相图名词解释相图或状态图自由度相律稳定化合物同分化合物,或一致熔融化合物不稳定化合物异分化合物,或示一致熔融化合物二元共析共熔转变二元转熔包晶转变三元共析共熔转变三元转熔包晶转变相图的作用1、相图或状态图：在多相平衡体系中,表示物质相的状态与影响相态变化的温度、压力及组成等变量之间的几何图形,冶金过程的相图一般是“温度-组成”之相图;2、自由度：影响相态变化的温度、压力及组成等变量中在一定范围内可以任意独立改变而不致使相态发生变化的变量个数;3、相律：多相体系平衡的基本规律,描述的是凝聚相平衡体系中相数、独立组元数与自由度之间的关系;考虑到温度、压力两个变数时：f=C–φ+2,其中,f：自由度；C：独立组元数；φ：相数；对于凝聚系,可以不考虑体系压力时,f= C–φ+14、稳定化合物同分化合物,或一致熔融化合物：从固相到熔化温度的过程中,组成保持一致的化合物;5、不稳定化合物异分化合物,或示一致熔融化合物：从固相到熔化温度的过程中,组成不一致的化合物;6、二元共析共熔转变：体系降温至某温度时,自液相中同时析出两个固体的变化;7、二元转熔包晶转变：体系降温至某温度时,液相吸收一个固体生成另一个固体的变化;8、三元共析共熔转变：体系降温至某温度时,自液相中同时析出三个固体的变化;9、三元转熔包晶转变：体系降温至某温度时,液相吸收一个固体生成另外二个固体的变化,或液相吸收二个固体生成另外一个固体的变化;二、相图的作用答：相图是表示凝聚相体系的组成和温度的相平衡关系;由相图可以确定氧化物在高温下相互反应、形成的不同相组分纯凝聚相、液溶体及固溶体、简单氧化物及复杂化合物、共晶体、包晶体、液相分层等和一些参数温度、组分浓度、相数等之间关系,以及各相在不同条件下温度、组成的相互转变关系,为选择某种性能的相成分提供依据;第四章冶金炉渣物理化学性质本章主要内容：熔渣的物理性质熔化温度、密度、粘度等、熔渣化学性质渣酸碱性,氧化还原性,容量性等、熔渣结构分子理论、离子理论、完全离子理论、正规离子理论等;一、名词解释熔体的熔化温度熔体的熔化性温度熔体的粘度熔体的表面张力熔体的界面张力熔体的润湿角熔渣碱度氧化物的光学碱度渣的过剩碱度熔渣的氧化性、还原性熔渣的容量性熔渣的硫容硫容量熔渣的磷容磷容量1、熔体的熔化温度：渣加热过程中刚好完全熔化时的温度,或液态渣冷却过程中刚析出固体时的温度,在相图中为液相线温度;2、熔体的熔化性温度：渣加热过程中至渣刚好能自由流动时的温度,或指在渣粘度-温度关系图中,渣粘度发生急剧变化时的温度;3、熔体的粘度：是指单位速度梯度下,作用于平行的两液层间单位面积的摩擦力;4、熔体的表面张力：凝聚相与气相之间形成的张力;熔体的界面张力：两凝聚相接触面之间形成的张力;5、熔体的润湿角：指熔体的界面张力与表面张力之间形成的夹角;6、熔渣碱度：熔渣中碱性氧化物质量分数之和与酸性氧化物质量分数之和之比值7、氧化物的光学碱度：指氧化物施放电子的能力与CaO施放电子能力之比;8、渣的过剩碱度：渣中碱性氧化物的总量与酸性氧化物消耗碱性氧化物的量差值;9、熔渣的氧化性、还原性：熔渣从与之相接触的金属液中吸收氧的能力称为熔渣的还原性;熔渣向与之相接触的金属液中提供氧的能力称为熔渣的氧化性;10、熔渣的容量性：指熔渣容纳或吸收对金属液有害的成分如S 、P 、H 、N 等的能力;11、熔渣的硫容硫容量：指气体硫在熔渣中溶解反应()222221)()(21O S O S g +=+--达平衡时,21)()(222S O S s P P C ⋅=-ω,即气体中S 2在熔渣溶解度反应达平衡时,熔渣中S 2-的浓度与21)(22S O P P 乘积12、熔渣的磷容磷容量：指磷在渣中的溶解反应1/2P 2g +3/2O 2-+5/4O 2= PO 43-达到平衡时的4/52/122-34-34=O P PO PO P P ωC第五、六章 化合物的形成-分解及碳、氢的燃烧反应一、名词解释氧势 硫势 硫化物的硫势 氯势 氯化物的氯势 碳化物的碳势 氧化物的分解压碳酸盐的分解压 碳酸盐分解开始温度 碳酸盐沸腾分解温度 直接还原 间接还原 浮士体1、氧势：含有O2的体系,氧的相对化学势,即222ln O O O O P RT =-=θμμπ称为体系的氧势; 氧化物的氧势：氧化物生成反应：2x/yMS+O2=x/yMxOyS 达平衡时,平衡气相中氧的氧势2ln O P RT 称为氧化物的氧势;2、硫势：含有S2的体系,硫的相对化学势,即222ln S S S S P RT =-=θμμπ称为体系的硫势; 硫化物的硫势：硫化物生成反应：2x/yMS+S2=x/yMxSyS 达平衡时,平衡气相中硫的硫势2ln S P RT 称为硫化物的硫势;3、氯势：含有Cl2的体系,氯的相对化学势,即222ln Cl Cl Cl Cl P RT =-=θμμπ称为体系的氯势;氯化物的氯势：氯化物生成反应：2x/yMS+Cl2=x/yMxClyS 达平衡时,平衡气相中氯的氯势2ln Cl P RT 称为硫化物的硫势;4、碳化物的碳势：碳化物生成反应：2x/yMS+C=x/yMxCyS 达平衡时,C a RT ln 称为碳化物的碳势5、氧化物的分解压：氧化物MO 分解反应2MOS=2MS+O2达平衡时,产生的氧气压力称为氧化物MO 的分解压,一般用)(2MO O P 表示;6、碳酸盐的分解压：碳酸盐MeCO3分解反应MeCO3S=MeOS+CO2达平衡时,产生的CO2压力称为碳酸盐MeCO3的分解压,一般用)(32MeCO O P 表示;7、碳酸盐分解开始温度：碳酸盐MeCO3分解压与环境气相中CO2分压相等时的温度称为碳酸盐分解开始温度;8、碳酸盐沸腾分解温度：碳酸盐MeCO3分解压与环境气相总压相等时的温度称为碳酸盐沸腾分解温度9直接还原是指采用固体碳作还原剂还原氧化物,产生CO 的反应;10间接还原是指采用CO 或H2作还原剂还原氧化物,产生CO2或H2O 的反应; 11浮士体：纯氧化亚铁FeO 的理论含氧量为 ％,但实际存在的却是含氧量变动在～％的非化学计量氧化亚铁相,这种固溶体称为浮氏体W üstite第七章 —重点内容与练习一、名词解释氧化熔氧化精炼 直接氧化 间接氧化 脱氧 沉淀脱氧 扩散脱氧 真空脱氧 氧化过程中元素M 氧化的分配比 元素选择性氧化1、氧化熔氧化精炼：指在氧化剂作用下,使粗金属中的过多即超过允许含量的元素及杂质通过氧化作用分离除去的过程;2、直接氧化：金属液中溶解的元素M 被吹入金属液中O2氧化;3、间接氧化：金属液中溶解的元素M 被主金属A 氧化产物溶解于金属液中的氧所氧化;4、脱氧：指向钢液中加入与氧亲和力比铁大的元素脱氧剂,使溶解于钢液中的氧转变为不溶解于钢液中的氧化物,自钢液中排出的过程;5、沉淀脱氧：将脱氧剂如MnFe 、SiFe 、Al 等加入钢液中,与O 作用生成在钢中不溶解的氧化物,上浮至渣中,从而达到脱氧的目的;6、扩散脱氧：将脱氧剂如SiFe 粉、SiCa 粉等加入炉内,置于熔渣中,将熔渣中的FeO 还原,降低渣中FeO 含量,从而使钢液中氧向渣中扩散,降低钢液中的含氧量;7、真空脱氧：将盛装钢液的装置置于真空室中,抽真空,降低PCO,使反应 C+ O= CO 继续向右进行,从而降低钢液的含氧量;8、氧化过程中元素M 氧化的分配比分配常数LM ：氧化过程中,反应xM+yFeO=MxOy+yFe 反应达平衡时,M 在渣中浓度与在金属液中浓度比][)(M x O M y x x 称为元素M 在渣-金属液之间的分配比,一般用LM 表示9、元素选择性氧化：当熔池中有多种元素共存时,通过控制温度及体系压力的方法,可控制金属熔体中元素的氧化,达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的,这种方法称为选择性氧化;。
冶金熔体和溶液的计算热力学
冶金熔体和溶液的计算热力学1.引言1.1 概述热力学是研究能量转化和传递的一门科学，它为我们理解和解释自然界中各种现象提供了重要的理论基础。
在冶金过程中，熔体和溶液是广泛存在的物质形态，其热力学性质对于工艺设计和优化至关重要。
熔体是指在高温条件下，物质变为液体状态的物质，而溶液则是指在液体中溶解的其他物质的混合物。
研究熔体和溶液的热力学性质，可以帮助我们理解冶金过程中物质与能量之间的相互作用，探索材料的性能和特性，从而实现冶金工艺的优化和控制。
1.2 目的本文旨在探讨熔体和溶液的热力学特性，以期为冶金工艺的研究和应用提供参考和指导。
具体目的包括以下几个方面：我们将介绍热力学的基本概念和原理，包括热力学系统、状态函数、热力学方程等。
通过深入理解热力学的基本知识，我们可以建立起对熔体和溶液热力学性质的全面认识。
我们将详细讨论熔体的热力学性质。
熔体的特点包括其高温状态、内部结构和相变行为等，这些特性对于冶金工艺的研究具有重要的影响。
我们将探讨熔体的热容、熵、热传导等重要性质，以及在不同温度和压力下的热力学行为。
通过研究熔体的热力学性质，我们可以了解材料在高温条件下的特性，为冶金工艺的设计和操作提供依据。
我们将研究溶液的热力学性质。
溶液是冶金过程中常见的物质形态，其热力学性质对于材料的分离、提纯以及合金化等工艺具有重要的影响。
我们将讨论溶液的热力学行为，包括溶解度、溶液的基本性质和热力学模型等方面。
通过研究溶液的热力学性质，我们可以探索不同物质之间的相互作用，优化溶液的配比和制备方法，为冶金工艺的发展和进步提供支持。
综上所述，通过对熔体和溶液的热力学性质进行研究和分析，我们可以更好地理解材料的特性和行为，为冶金工艺的改进和创新提供理论依据和实践指导。
本文的研究结果将对各类冶金工程师、科研人员和学者具有重要的参考价值，也将为冶金行业的发展和应用做出贡献。
2.正文2.1 冶金熔体的热力学特性冶金熔体是在高温条件下形成的一种流动状态的金属或金属间化合物的混合物。
高温冶金原理-第2章气—固相反应的热力学
高温冶金原理
第二章 气—固相反应的热力学
Si(s)+O2=SiO2(s) Si(s)= Si(l)
氧化物 氧势 PO2> PO2(平）元素氧化，氧化性
气氛 氧势
PO2< PO2(平）氧化物分解（还原），还原性
PO2＝ PO2(平）平衡，中性，PO2(平）是氧化物的分解压
图2-3
三、氧化物的氧势图（P242图5-5）
图2-1 氧势图
G0 H 0 T S 0 A BT
G 0 S 0 T
1.找到反应线；
2. 确定反应线上 1200温度点（A） 3.连接O，A两点， 并延伸到PO2坐标； 4.在PO2坐标上读 出氧分压值：
20.6 21 P 10 2.51 10 O2
A
3. 氧化物的相对稳定性及氧化－还原反应的平衡温度 氧势愈小或位置线越低的氧化物，稳定性就愈大。 1）无交点：
KP aMO2 aM PO2 1 PO2 ( 平）
G0 RT ln K P RT ln PO2 (平）
称为氧化物MO 2在温度T的氧势，可作为一定条件下氧化物 －气氛组成体系的气氛氧化－还原性的量度。 MS+O2（PO2）＝MO2,S
G G 0 RT ln J P RT ln PO2 ( 平） RT ln PO2
三、氧化物的分解条件：开始分解温度 M(s)+O2=MO2(s) 等温方程式：
G=G 0 RT ln PO2 RT ln PO2 ( 平） RT ln PO2
冶金原理复习试题(分章)
第一章 热力学基础一、名词解释：（溶液的）活度，溶液的标准态，j i e （活度的相互作用系数），（元素的）标准溶解吉布斯自由能，理想溶液，化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。
二、其它1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。
当以纯物质为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；当以质量1%溶液为标准态时，组分的蒸汽压可表示为＿＿＿＿＿＿；前两种标准态组分的活度之比为＿＿＿＿。
2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，G θ∆=268650-158.4T 1J mol -⋅，在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿K 。
该反应为（填“吸或放”）＿＿＿＿＿＿热反应。
当T=991K ，总压为101325Pa 时，该反应＿＿＿＿＿＿(填“能或否”)向正方向进行；在991K 时，若要该反应达到化学平衡的状态，其气相总压应为＿＿＿＿＿＿Pa ；若气相的CO 分压为Pa 5102⨯，则开始还原温度为＿＿＿＿＿＿。
反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g)，14.158268650-⋅-=∆mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为＿＿＿＿＿＿。
3、理想溶液是具有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿性质的溶液；理想溶液形成时，体积变化为＿＿＿＿，焓变化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
实际溶液与理想溶液的偏差可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿参数来衡量。
4．判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行，在等温、等压下用＿＿＿＿热力学函数的变化值；若该反应在绝热过程中进行，则应该用＿＿＿＿函数的变化值来判断反应进行的方向。
5．冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
对高炉铁液中[C]，当选纯物质为标准态时，其活度为＿＿＿＿，这是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
6．物质溶解的标准吉布斯自由能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；纯物质为标准态时，标准溶解吉布斯自由能为＿＿。
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•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
– 1.1.1 化学热力学基础知识
– 1.1.2 △fＧm0与温度的关系式 – 1.1.3 △rＧm0的计算与测定
• 1.2 溶液的化学热力学
– 1.2.1 溶液的热力学基础知识 – 1.2.2 溶液的基本模型 – 1.2.3 活度的测定与计算
•对于混合气体，有
1.1.1.2 等温、等压方程
• 公式的意义：
– ① 自由能的绝对值无法知道，其实也不必 知道。通过上面两式找到了自由能的表达式 ，这样就是可以写出自由能差值的表达式， 这才是我们最关心的。
– ② 物质的蒸气都认为是理想气体，上面两 式就成为推导溶液化学势表达式的基础。这 一点极为重要。
• 1.3 有溶液参与的化学反应热力学
– 1.3.1 标准溶解吉布斯自由能
– 1.3.2 有溶液参与的△rＧm0的计算；
1.1 无溶液参与的化学反应热力学
• 本节内容要点和学习要求
– 要求熟练掌握焓变的计算方法； – 要求熟练运用等温、等压方程；
– 要求深刻理解△Ｇ的意义； – 要求熟练掌握△rＧm0的基本计算方法；
•进行变形处理，得到
•积分得到： •令
•最后得到 ：
•上述公式称为 Ｍ函数。
•讨论： •① 一个是不定积分的结果，一个是定积分的结果，二者其 实是等价的。 •② 上面两个公式非常精确，但是计算过程复杂计算量大。 •③ 应当简化两个公式。
例题
1.1.2.2 △rＧm0 – T 二项式的获得
• 讨论：
• ① a、b、c′、c可以从热力学数据手册查到，而且大部分
物质的c = 0。
• ② 影响最大是a、b两项。
•1.1.1.1 热化学的基础知识
• 焓变
– 在本书中研究的焓变都是恒压条件下的，也即恒压 热效应；
– 是热化学的核心内容，也是进行热力学计算和分析 的基础。
• 纯物质的H-T关系式：
•a） △rHmθ＞0（吸热反应），则温度升高，平衡向正方
向移动；
•b） △rHmθ ＜0（放热反应），则温度升高，平衡向负
方向移动；
•c） △rHmθ ＝0（反应无热效应），则温度对平衡没有影
响；
•1.1.2 标准生成吉布斯自由能与温度的关系
1.1.2 △fＧm0与温度的关系式
• 化合物的标准生成吉布斯自由能△fＧmθ是非常重要 的基础数据，书后提供了常见化合物的△fＧmθ – T 的关
等温方程
•设一般反应方程为 • 0 = v1B1 + v2B2 + v3B3 + …… + viBi，
•如果参与反应的物质都是气体，则
•Vi——参加反应的气体物质的化学计量数，对于反应物 取负号，生产物取正号； •pi——气体物质的量纲一的分压，即pi’ /pθ
•令
•则
有
•（1-4）称为等温方程。 •如果反应体系中有凝聚态纯物质参与，那么由于它们的 活度为1，不必考虑它们的影响，等温方程同样成立； •对于有溶液参与的反应，则必须引入活度概念，后面会 讨论。 •公式的意义：
系式。这里提供的关系式都是二项式，但是实际上都应 该是复杂的多项式。
• 下面就用详细地介绍△fＧmθ – T 的关系式的推导，
以及多项式如何转化为二项式。
• △fＧmθ对应于某个特定的反应，而△rＧmθ对应一般 性的反应，故从本质上讲△fＧmθ与△rＧmθ是一致。
1.1.2.1 △rＧm0 – T 的多项式
– 要求掌握基本的数据处理的方法；
1.1.1 化学热力学基础知识
•简单回顾一下物理化学中的基础知识点 •1.1.1.1 热化学的基础知识 •1.1.1.2 等温、等压方程
1.1.1.1 热化学的基础知识
•热容: 包括恒压热容Cp，恒容热容CV； • 必须牢记的是，热容是温度的函数，是热化学的基 础数据，是重要的物理性质，能反映物质内部的许多 结构信息。 • 两种一般表达式如下：
– 恒压条件下，Cp = dH/dT ；假设Cp为常数，则积分
得到△H = Cp△T，但是当温度变化比较大时，一
般不能把Cp作为常数处理。20110221
•1.1.1.1 热化学的基础知识
•化学反应的△rH-T关系式：恒压条件下，基尔戈夫定律
d△rH/dT = △Cp。这是计算化学反应热效应的基础。对其
•① 把平衡常数Kθ与△Gθ联系起来了，已知其一，可以求
其二；
•② 为计算化学反应的△G提供了基本方法。
等压方程
•利用
•及
•可导出下列式子：
•上面两个式子称为范特霍夫方程，或等压方程。
1.1.1.2 等温、等压方程
•公式的意义：
•① 可以导出△rGmθ及Kθ的温度关系式；
•② 它可确定温度对平衡移动的影响，由此可见热效应的 重要性：