钢铁冶金原理重点05_钢铁冶金原理试题

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第五章化合物的形成与分解什么叫热力学参数状态图，在气-固反应中为什么得到了广泛的应用？

解热力学参数状态图是根据反应热力学平衡原理计算式或由实验测得的反应的热力学平衡参数（温度，组分，分压，自由能）之间的关系绘制的不同相稳定存在区的图形。例如，相图是恒压下，体系的组成与温度的组成图；氧势图是氧

化物的rGm与温度的组成图；化学反应的平衡常数对温度（1/T）的组成图等。

它们能直观地表出参与反应的歌物质的稳定存在区域及其稳定条件（温度，组分，分压等）。哪些因素能改变氧化物的氧势，从而改变氧化-还原反应的热力学条件。解氧化物还原反应的热力学条件决定于它们耦合的两个氧化物氧势的改变：O(MO)O(NO)，从而决定了反应MO2(s)N(s)NO2(s)M(s)的方向。而氧化物氧势的影响因素可如下导出。由下组合反应

M(s)O2MO2(s)rG

m(MO)2,s

M(s)M(l) f u s  GMs

MO2(s)MO2l()fG u s 2s MO

M(l)[M]R TMGaMRTln2O p(,)(,)ln

MO2(l)(MO2)G

MO2RTlnaMO2

[M]O2(MO2)

O(MO)rGm(MO2,s)fusG(MO2,s)RTlnaMRTlnaMO 22

式中 1）rGm(MO2,s)RTlnpO2，氧势图中的O(MO2)RTlnpO2；

2）fusG(M,s)：M(s)发生相变，O(MO2)增加；

3）fusG(MO2,s)：MO(s)发生相变，O(MO2)下降；

4）G

MRTlnaM：M(l)形成溶液，aM减小；O(MO2)增加；

5）GMO2形成溶液或复合化合物，aMO2减小，O(MO2)下MO2RTlnaMO2：

降。试述燃烧反应的热力学规律及对冶金反应产生的影响。

解在火法冶金中为使冶金反应顺利进行，需要供给大量的热能，而热能的一个重要来源就是由燃料的燃烧供给的。燃烧反应是指燃料的可燃成分（C，H及C的不完全燃烧产物CO）与气相的氧化剂发生地氧化反应。燃料的可燃成分如以单质形式或低价氧化物形式寻找，则它们在还原熔炼中又是还原剂。即在提供热源的同时，又为冶金反应提供了还原剂。因此，燃烧反应本身就是重要的冶金反应。

作为可燃成分的气相氧化剂有自由氧：O2及结合氧：H2O，CO2。前者可和可燃成分直接作用，反应是强放热的，温度在2500K以下，反应实际是不可逆的。反应达到平衡时，氧的平衡分压很低。后者和可燃成分作用时，反应是吸热的可逆反应，平衡温度大都在1000K以下，温度升高，促使这些反应抢了列进行。压力则对反应前后气体物的化学计量数有变化的反应有影响，如CO2 及H2O(g)对固体炭的燃烧反应。

C-H-O系的诸燃烧反应中，以固体炭为CO2气化的反应（CO2C（石）2CO）

及水煤气反应（H2O(g)COCO2H2）最主要。前者的平均温度为970K，在此温度以上，平衡气相中CO比CO2多。反之，在此温度以下CO2比CO多。温度降低，反应逆向进行，CO发生分解，析出烟炭。反应前后气体物质的化学计量数有改变，所以总压增加，促使平衡向着CO分解方向进行。此反应在高炉冶炼封口前焦炭的燃烧中，还原铁的渗碳中及FeO的直接还原中均是积极地参加者。水煤气反应（H2O(g)COCO2H2）是较弱的吸热反应，温度对反应平衡的影响较小，总压的变化则无影响。它是C-H-O系中包含4个平衡气相组分的配合关系控制者，体系将按水煤气反应建立平衡关系。

此外，燃料气体中还常存在着CH4。它不仅是天然气的主要成分，而且是冶金中重要的还原剂和渗碳剂。CH4随温度的升高，离解产生H2及炭黑（CH4=C+2H2）。总压提高不利于CH4的离解。为避免高温下，CH4离解耗热及

产生炭黑，造成损失，应在使用之前，在低温下，将天然气加热，利用氧或H2O(g)使CH4发生不完全燃烧，变成可燃气体CO和H2。这称为CH4的裂化。

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