一、回答下列问题
1.标准溶解自由能；
2.正规溶液的热力学特征；
3.三元溶液溶质C（或B）活度系数的达肯二次型表达式；
4.背向规则；
5.交叉规则；
6.超额热力学函数的定义及用超额吉布斯能表示的实际溶液吉布斯能；
7.熔渣的硫容量；8.熔渣的磷容量；9.熔渣的完全离子溶液模型要
占.
门、、赘
10.熔渣结构的分子理论要点：（1）熔渣由简单分子和复杂分子构成简单分子：CaO、SiO2、A12O3、MgO、MnO、FeO、CaS、MnS、CaF2 等'复杂分子:CaO ? SiO2> 2CaO ? SiO2> CaO*Fe2O3、4CaO ? P2O5 等；对于氧化物而言：简单分子即所谓的自rti氧化物；复杂分子即所谓的复杂氧化物。（2）熔渣是理想溶液：熔渣中各组元的活度等于其物质的量分数，即（a B = x B）。（3）—定条件下，熔渣中简单分子和复杂分子间有生成一离解的动态平衡。（4）熔渣的性质主要取决于其中简单分子的含量，即在冶金反应中起作用的是简单分子（自由氧化物）。简单分子（自由氧化物）的活度等于其浓度（物质的量分数）；简单分子（自由氧化物）的浓度等于由化学分析得出的该氧化物总浓度与其结合成复合氧化物的浓度之差：n B（fii）=n B（总景）-IIB（结合）；简单分子（自由氧化物）的浓度（活度）力：aB=nB （自
11.熔渣结构的分子离子共存理论要点:我国学者张鉴发展了前苏联学
者丘依科提出的考虑了未分解化合物的炉渣离子理论，并从分子与离子同时存在于熔渣的现实出发，将其重新命名为炉渣结构的（分
子与离子)共存理论。该理论认为，熔渣是由简单阳离子(Ca2+， Mn2+, Mg2\ Fe2+.....)，简单阴离子(02_，S2_，F\...)以及未离解的共价键占优势的分子状态化合物(SiO2，MSiO3, M2SiO4.....)所构成，故称“共存”理论。他们的活度可以用作用浓度表示。
12.电位-pH图：在指定的温度和压强下，将水溶液中某基本反应系的稳定相溶液视为电位与pH的函数，以平衡电位E (相对于标准氢电极)为纵坐标，以pH为横坐标可构造稳定区域图，又称E-pH图。E-pH 图可以表明物系中反应自发进行及组元间平衡共存的热力学条件。为金属的提取和提纯及其他材料制备工艺参数的确定提供理论
依据。
13.Ellingham图：对于反应+02 =2氧化物的氧势为
△，氏义二?所以以氧化物的氧势对温度作图，可以画出一条直线叫做氧势线。T=0K时，其截距为：其
斜率：在截距确定之后，氧势线的走向就取决于oT
1944年埃林汉姆(H.J.T Ellingham)首先将氧化物的标准生成吉布斯能对温度作图，得到一系列直线，即氧势图，又称埃林汉姆图(Ellingham Diagram)。1948 年理查德森(F.D.Richardson)等人在埃林汉姆图中加
上了氧分压、H2/H2O及co/co2标尺，扩大丫该图的应用范围，故称埃林汉姆-理查德森图(Ellingham-Richardson Diagram) o
14.氧化物及熔渣的光学碱度：某些氧化物中02_释放电子的能力，并与CaO中氧释放电子的能力相比，其比值称为这些氧化物的光学碱
h = E w_E w
E，—E c，W.表示M0释放电子的能力; W.表示CaO释放度，用
电子的能力。= 1 (CaO的光学碱度为1)。熔渣是由氧化物等组分构成的，其光学碱度相当于渣中各氧
化物等组分中的02_释放电子能力特殊的加权和：式中：
5=1 为氧化物的光学碱度；?为氧化物中正离子物质的量分数。
x B=n{O\x B lY B=\ 为体系中氧化物的物质的量分数。 15.熔渣的氧化还原能力：当熔渣和金属液接触时，能向金属液中传 递“氧”的渣----- 氧化渣或称此渣对金属液具有氧化性；当熔渣 和金属液接触时，能从金属液中吸纳“氧”的渣一一还原渣或称此渣对金属液具有还原性。渣的氧化还原性取决于渣中氧的化学势和金属液中氧的化学势的相对大小。渣的氧化性与渣的组成、金属液组成及温度有关。当T 一定，金属液组成一定时，渣的氧化性取决于渣的组成。在渣中的各组元中，以(FeO)含量表示渣的氧化性，由于渣并非理想，应该用炉渣中a Fe()表示炉渣的氧化性。现场也用Z w(FeO)表不。 16.稳态法原理：在研究复杂反应时，常用到稳态及准稳态原理，就是中问产物的浓度变化率为0或接近于0。宏观反应过程是由诸多环 节组成的，相当于一个串联电路。当这一串联过程进行时，在不同外界条件下，各环节的速率是不相等的，有大有小，快慢不一。其中速率最小的环节称为总速率的限制环节或宏观过程的限速环节。短暂时间后，各环节彼此协调制约，在限制环节的控制下达到了速率相等。这是一个局部平衡。JI =J r=Jn=.. ..=Jr=Constant即过程达到了稳定态或准稳定态。用这样的方法建立动力学方程，就是所谓的稳态或准稳态处理法。 17.区域化学反应：气体要扩散通过固相产物层才能达到反应界面，进而进行界面化学反应。这种“反应”都是在反应物一产物界面附近的区域（薄层）内进行的，这种反应称为“区域”或“局部”化学反应。区域化学反应是在“旧相S1”中产生“新相S2”（新化学键）的反应，又称为“结晶化学反应”。过程分为三个特征期：诱导期（感应期）：在旧相S1上形成新相S2的过程很困难，只有在等晶格存在缺陷的“活性中心”才能进行，表观反应速率很小；加速期：反应渡过Y形核的困难期，反应界面拓展开来，随着新相晶核的不断形成，相界面扩大。这种相界面本身就是结晶化学反应最好的催化剂。这期间，过程的表观反应速率加速；减速期：在反应面积达到最大后，随反应的进行，相界面出现交汇重叠，有效反应面积开 始缩小，过程的表观反应速率下降 18.未反应核模型：假设固体产物层是多孔的，则界面化学反应发生在多孔固体产物层和未反应的固体反应核之间。随着反应的进行，未反应固体物的可反应核逐渐缩小。基于这一考虑建立起来的气一固相反应速率的模型称为未反应核模型。简约环节：（1）外扩散：气体通过固体表面边界层的扩散；（2）内扩散:气体在固体产物层向反应界面的扩散；（3）区域化学反应:反应物一产物界面上的气一固相反应。 二、按说明完成下列问题 1.有溶液参加的反应的A,.G,"n、A r G nl > V及J那些不会受溶解组元活度选择不同标准态的影响，为什么？ 2.指出图中的错误，并改成正确的相图。 3.对给定的三元相图，试给出判定化合物的稳定，能做出某物系点的冷却过程分析。 4.对稳定区状态图，标出图中各区域稳定存在的物质，写出个线上发生的反应，说明条件对制取金属的作用。 5.用热力学理论简要分析熔渣的氧化还原能力。 6.图为M-O-C平衡图，试标出图中各区域稳定存在的物质，写出各线上所发生的反应，说明温度对制取金属的作用。 三、证明题 1.在B组元的正规稀溶液中，活度相互作用与6Z函数间有<=-2a 2.在铁基溶液Fe-B-K中，组元活度作用系数间存在着倒易关系四、实验测得，Fe-C溶体中以拉乌尔定律为基础、纯石墨为标准态的活度&与温度及溶解碳物质的量分数的关系如下: 1.求lg<与温度关系式及1600°C温度下的％ 2.求反应C（石墨戶[C]的标准溶解吉布斯能（[C]以亨利定律为基础，质量1 %溶液为标准态） 五、试用自由能函数计算反应的标准吉布斯能变。 六、1873K下冶炼硅钢，钢中w[0]%=0.04, w[Si]0/o=2.4o忽略钢中氧硅以外组元的影响，问钢中的硅能否被钢中的氧所氧化？ 七、某次钢液降碳操作时，最初钢液含碳量u{CX = 0.2,界面平衡碳浓度为0.02。以碳在金属液中向反应界面的扩散为限速步骤，试求使 w[C]%下降到0.06所需时间。已知％,。以碳在金属液中向反应界面的扩散为限速步骤时，其速率方程为： 八、某材料制备过程的气固相反应A（s）+B（g）->C（s）为一级界面化学反应限速，试样为球状。（1）试推导给定条件下的动力学方程；（2）按己知条件求算试样完全反应所需要的时间。己知：试样原始半径为ro,反应速率常数为A，B气体压强为仰，温度为，试样含A 的密度为.92X1 04molAm"3o P D A x B-> B 图3 a、夕、/为固溶体?gPo2 图4 1000K 1300K 材料热力学与动力学 参考书目：1.< 焓：能量可以分为流动的能量和贮存的能量，一个物体中贮存的总能量包括几种形式，比如我们都注意到了物体中贮存有化学能，因为我们已经认识到物质通过燃烧可以释放出所贮存的化学能。还有两种常见的能量贮存的形式是动能和势能。动能是由于物体的运动或它的速度而贮存的能量，而势能是由于它的位置，或海拔高度。温度和压力也会使物体具有额外的能量。我们都注意到高压的气体具有能量（如沸腾时产生的蒸汽），高温下的水可以向外释放热能。我们称这种以温度和压力所贮存的能量称为焓（H）。 活度是指为使理想溶液（或极稀溶液）的热力学公式适用于真实溶液，用来代替浓度的一种物理量，活度的概念首先是由G.N.路易斯提出的。对理想液体混合物符合拉乌尔定律pB／＝xB ，非理想液体混合物拉乌尔定律修正为pB／＝fBxB＝aB ，因此fB表示非理想的与理想的液体混合物偏差程度，实际上就是对拉乌尔定律的偏差系数。对于理想液体混合物aB＝xB，fB＝1，而对于非理想的aB≠xB ，fB 可大于小于1 ，因此活度是与组成x有关的无量纲量。 活度系数：例如绝大多数的冶金反应都有溶液（固溶体、冶金熔体及水溶液）参加，而这些溶液经常都不是理想溶液。要进行定量的热力学计算和分析，溶液中各组分的浓度必须代以活度。活度是组分的有效浓度（或称热力学浓度）。组分的浓度必须用一系数校正，方能符合于若干物理化学定律（例如质量作用定律、拉乌尔定律、亨利定律、分配定律等等），此校正系数称为活度系数。活度系数反映有效浓度和实际浓度的差异。 对多组分的溶液，计算活度时必须知道活度的相互作用系数。测定活度系数f其中有一种方法，作出lgf对质量浓度[％]的曲线,在原点对曲线作切线，其斜率称为组分i的活度相互作用系数，以e表示。活度相互作用系数与温度有关。一般按规则溶液处理，有e与温度T 的倒数成正比。 质量作用定律 19世纪中期，G.M.古德贝格和P.瓦格提出：化学反应速率与反应物的有效质量成正比。此即质量作用定律，其中的有效质量实际是指浓度。近代实验证明，质量作用定律只适用于元反应，因此该定律可以更严格完整地表述为：元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的乘积成正比，其中各反应物的浓度的幂的指数即为元反应方程式中该反应物化学计量数的绝对值。如对元反应I2＋H2→2HI，其速率方程式可根据质量作用定律写作： r=k[I2]2 [H2] 式中r为反应速率，［I2］、[H2]分别为反应物I2和H2的浓度，k称为反应的速率常数。根据质量作用定律，元反应的级数与反应的分子数是相等的。元反应 （一）拉乌尔定律和亨利定律 1.拉乌尔定律 （1）定义：在一定温度下，稀溶液内溶剂的蒸气压等于同温度下纯溶剂的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。 （2）数学表达式： 若为二组分系统则有 拉乌尔定律的应用对象是理想溶液及稀溶液的溶剂。 热力学与动力学 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ? 2０06年度《材料热力学与动力学》考试题 简答题: 1．一般具有同素异构转变的金属从高温冷却至低温时,其转变具有怎样的体积特征?试根据高温和低温下自由能与温度的关系解释此现象。有一种具有同素异构转变的常用金属和一般金属所具有的普遍规律不同，请指出是那种金属?简要解释其原因?（8分） 2．金属和合金在平衡态下存在一定数量的空位,因此有人说一定数量的空位是金属和合金中的热力学稳定缺陷，此说法是否正确?根据空位数量对自由能及其组成要素(焓和熵)的影响方式，从热力学角度进行简要解释。(8分） 3．试举出三种二元溶体模型；简要指出各溶体模型的原子相互作用能IＡB的特征。 (6分) 4．试利用给出的a,ｂ两种溶体Gm-X图中化学势的图解示意图,指出两种溶体的扩散特征有什么不同；那一种固溶体中会发生上坡扩散。(７分) （a) (b) 5．向Cu中加入微量的Bi、Ａｓ合金时所产生的效果完全不同。加入微量的Ｂi会使Cu显著变脆,而电阻没有显著变化，加入微量的Aｓ并不会使Ｃｕ变脆,但是能显著提高电阻。试根据下面的相图，从溶解度角度对上述现象加以解释。(8分) 6．将固溶体相和晶界相视为两相平衡状态,如果已知上述两相的自由能-成分曲线，指出:采用什么方法或法则来确定两相的平衡成分？一般来说,两相的平衡溶质成分具有怎样的关系?（5分） 7．简要回答什么是耗散结构以及产生耗散结构的必要条件；举出2个自组织现象的实例。(６分） 8．在相变形核阶段，体积自由能、界面能以及应变能中哪些是相变的驱动力?哪些是相变的阻力？试解释：在形核阶段,形核的总自由能为正值,为什么核心能形成呢?以马氏体为例,在核心长大阶段的自由能以及界面能和应变能如何变化?（８分) 9．根据过饱和固溶体中析出第二相时的相平衡关系或者Gibｂｓ-Thomson方程,简要说明第二相粒子粗化过程;从温度对长大速率和对扩散两个方面的影响，简要说明温度对粒子粗化的作用。(７分) 分析计算题： 1．已知纯钛α／β平衡温度为８82?Ｃ，相变焓为14．65 kＪ/ｍoｌ。估算β钛过冷到800?C时，β－Ti转变为α-Ti的相变驱动力（不计上述过冷温度范围对相变的焓变及熵变的影响）。（10分) 2．从过饱和固溶体（α）中析出的第二相通常都是很小的粒子（β)，一般这些小粒子在表面张力的作用下会受到附加压应力的作用，写出附加压应力与表面张力和球形粒子尺寸的关系。以二元溶体为例,用图示的方法简要分析附加压应力对溶体相与析出相界面(α／β）平衡关系的影响。在析出的初期，这小粒子一般与基体保持共格关系,简要分析其原因。(１5分） 3．在2５?C和0.1MＰa下,金刚石和石墨的标准熵分别为２.4 J／mol?Ｋ和５．7 Ｊ/ｍol?Ｋ，标准焓分别为３9５kJ／mｏl和39４kJ/ｍｏl，密度分别为3.５g／cm３和2.3g/cm3, 碳的摩尔质量为１2g。试计算石墨在此条件下转变为金刚石的相变驱动力;试根据自由能与体积和温度的关系(dG=VdP - ＳdT)计算室温下实现石墨－金刚石转变所需临界压力（不计压力对石墨以及压力对金刚石造成的体积改变)。(15分) 一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3 ，熔点T m =660.28℃，熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下，当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少？ 解：由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? …① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小，可以忽略， ①代入②得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ??? ? ??+?=?T m T 1ln V T m R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加 ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容，如何判断热力学平衡。 内容：（1）热平衡，体系的各部分温度相等；（2）质平衡：体系与环境所含有的质量不变；（3）力平衡：体系各部分所受的力平衡，即在不考虑重力的前提下，体系内部各处所受的压力相等；（4）化学平衡：体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据： （1）熵判据：由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系，有0Q =δ，因此有 dS 可逆 不可逆 ≥，由于可逆过程由无限多个平衡态组成，因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥，对于封闭体系，可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化，即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? （2）自由能判据 若当体系不作非体积功时，在等温等容下，有 ()0d ,≤V T F 平衡状态 自发过程 上式表明，体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向 进行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 （3）自由焓判据 若当体系不作非体积功时，在等温等压下，有 0d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向进 行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 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)，1 4.158268650-?-=?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＿＿。 第四章 动力学 一、名词解释 基元反应，化学反应过程的限制性环节，化学反应的级数，化学反应的速率常数，化学反应的活化能，反应过程的准稳态，准稳态过程，对流传质，过程的限制性环节，局部平衡，扩散传质，非稳态扩散 二、填空 1．冶金热力学研究冶金过程进行的＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿；冶金动力学是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。化学反应速率常数与温度的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其关系式中＿＿＿＿＿＿参数由反应的机理来决定。 2、基元反应是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而反应的活化能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3、温度对化学反应速率的影响可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿公式来衡量。 4、某一气相反应 A (g) 1 2 k k B (g)+C (g) ，若用A c 、B c 、C c 表示反应过程中A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，则 A dc dt -等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。 5．某一气相（可逆）反应A(g) ?1 2k k B(g)+C(g) ，若用A c 、B c 、C c 表示 A(g) 、B(g)、C(g)在反应过程中的浓度，则 dt dc B 等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数与该反应的速率常数的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．已知某一气相反应 A (g) 12 k k B (g)+C (g) 在300K 时，标准状态下k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应的平衡常数为＿＿＿＿＿，反应的标准吉布斯自由能的变化值为 ＿＿＿＿＿(J)，反应进行的方向为＿＿＿＿＿。 7．已知某复合反应的反应历程为A 1 2k k ? B ，B+D J k 2 →，反应过程中A 、B 、D 、J 物质的浓度分别用A C 、B C 、D C 、J C 表示，则A 物质的浓度随时间的变化率 一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3，熔点T m =660.28℃，熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下，当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少？ 解：由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? …① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小，可以忽略， ①代入②得 V T H dT dP ??=dT T 1V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ??? ? ??+?=?Tm T 1ln V Tm R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加 ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容，如何判断热力学平衡。 内容：（1）热平衡，体系的各部分温度相等；（2）质平衡：体系与环境所含有的质量不变；（3）力平衡：体系各部分所受的力平衡，即在不考虑重力的前提下，体系内部各处所受的压力相等；（4）化学平衡：体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据： （1）熵判据：由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系，有0Q =δ，因此有 dS 可逆 不可逆 ≥，由于可逆过程由无限多个平衡态组成，因此对于孤立体系有 dS 可逆 不可逆0≥，对于封闭体系，可将体系和环境一并作为整个孤立体系来考虑熵的变化，即平衡 自发环境体系总0S S S ≥?+?=? （2）自由能判据 若当体系不作非体积功时，在等温等容下，有 ()0d ,≤V T F 平衡状态 自发过程 上式表明，体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向 进行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 （3）自由焓判据 若当体系不作非体积功时，在等温等压下，有 d ≤G 平衡状态 自发过程 所以体系在等温等容不作非体积功时，任其自然，自发变化总是向自由能减小的方向进 行，直至自由能减小到最低值，体系达到平衡为止。 冶金热力学（Ⅱ）习题（第1章） 1. 在1873K 将1mol 固体Cr 加入到x Fe = 0.8 的大量Fe-Cr 熔体中，若熔体为理想溶液，试计算因Cr 的加入引起的焓和熵的变化。设Cr 的固体与液体热容之差可以忽略，已知Cr 的熔点为2173K ，熔化热为21000J ·mol -1。 2. 在603K 液体Sn-Bi 合金的全摩尔混合热可表示为-1Bi Sn m mix mol J 397?=x x H ?，试导出Sn mix H ?和Bi mix H ?与组成的关系式，并计算当x Bi = 0.4时的Sn mix H ?和Bi mix H ?的值。 3. 773K 时Cd-Pb 熔体的混合热力学性质如下： a ）求各浓度溶液的m mix S ?； b ）作m mix H ?，m mix G ?和m mix S ?对Pb x 图； c ）由图求Pb x =0.4和0.7时的Pb mix S ?和C d mix S ?值。 4. 1500K 时Au-Cu 熔体的E m G 与组成的关系为： 试计算： （a ）3.0Cu =x 时溶液的E Au G 、E Cu G 和m mix G ?； （b ）3.0Cu =x 时1500K 溶液Au 和Cu 的平衡分压。 已知液体纯金属的饱和蒸气压（Pa ）： 5. 可逆电池Cd(纯)| LiCl-KCl-CdCl 2(熔体)|Cd(Cd-Sb 合金) 在773K ，Cd-Sb 合金中602.0Cd =x 时，实验测得电动势E = 0.02848V ，电动势温度系数1-4K V 103363.0??=??? ????-p T E ，试计算以纯镉为参考态时合金中镉的Cd a 、Cd mix S ?和Cd mix H ?。 6. Mg-Zn 合金中锌的活度系数表示式： () 667.0667.1831.01750lg 1.5 Zn 2.5Zn Zn +-??? ??+-=x x T γ 试计算1000K ，x Mg = 0.32时，Mg-Zn 合金中镁的活度系数和活度。 7. 1423K 时液体Ag-Cu 合金的过剩热力学性质： -1C u A g A g C u E m mol J )1630023000(?+=x x x x H ， -1-1C u A g A g C u E m mol K J )351.1983.5(??+=x x x x S 求E Cu H 和E Cu S 与组成的关系式，并计算x Cu = 0.5时Cu 的活度。 冶金动力学考试复习 ——by 陈洁云冷老师部分是根据老师上课的内容，没有划的重点额&后面的每个反应还真不知道会考what 一、绪论 1、热力学与动力学区别与联系 区别：热力学研究体系变化的可能性、方向和限度，只考虑体系变化过程的起始和最终状态，而不考虑过程进行中的瞬时状态，对化学反应的速率和历程不能给予任何回答。动力学则是研究体系变化过程的速率和机理，不仅考虑过程变化的始末状态，而且还要探讨变化的历程和反应机构。 联系：热力学上不能发生的过程，在现实中一定不能发生，研究其动力学没有意义。 热力学研究无限缓慢的可逆过程，故不考虑时间因素，所以热力学上可以发生的过程只是现实可能发生的过程，不是必然发生的，需要进行动力学研究。 2、宏观动力学和微观动力学的区别和影响因素 微观动力学：从微观角度在分子或原子水平上研究反应过程的具体行径（反应质点的组合细节、转变步序）即反应机理，研究最简单的基元反应的真实速率和复杂反应的综合速率，但不涉及物质的传输速率。 宏观动力学：在微观动力学基础上，结合流体流动、传热、传质及反应器形状研究反应速率及机理。 影响因素： 化学反应速度与外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）有关，也与反应物的化学组成和结构等因素有关。 化学反应速度还与传质速度（反应物向反应区域的传输速度以及反应产物离开反应区域的速度）有关，传热以及反应器的形状、尺寸等因素也对化学反应速度有不可忽视的影响。 二、化学反应动力学基础 1、基元反应：反应物分子在相互作用或碰撞时一步就直接转化成产物的反应。 2、质量作用定律：在一定温度下，基元反应瞬时速率与各反应物瞬时浓度的若干次幂的乘积 成正比，浓度的方次等于化学反应式中相应物质的化学计量系数。 基元反应aA + bB dD + eE 不考虑逆反应，反应速率可表示为： 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 1 J 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＿＿。 《材料热力学与动力学》读书报告 一、概述 1、体系与环境 体系是所研究的对象的总和，或者把所要研究的那部分真实世界的各物体想象的从其周围划分出来作为研究对象。而环境是指与所研究对象（体系）有联系、有影响的部分，或指体系以外与之联系的真实世界。体系与环境是相互依存和相互制约的一对，对于不同的研究内容，体系与环境也不同，如何划分体系与环境，完全根据所研究问题的性质来决定。 热力学体系与环境之间的相互联系是指它们之间所发生的物质交换和能量交换，而能量交换的形式有传热和做功。根据体系与环境之间相互联系的不同，可以将体系分为三类：（1）开放体系：又称敞开体系，体系与环境之间，既有物质交换，又有能量交换； （2）封闭体系：体系与环境之间，只有能量交换，没有物质交换； （3）孤立体系：又称隔离体系，体系与环境之间，既没物质交换，也没有能量交换。 2、体系的性质 根据体系的性质与体系中物质数量的关系，可将其分为两类： （1）容量性质：又称广延性质或广延量，其数值与体系中物质的数量有关，整个体系的某个容量性质的数值，为体系中各部分该性质数值的总和，即具有加和性。如体积、质量、内能、热容、熵等。 （2）强度性质：又称内禀性性质或强度量，其数值与体系中物质的数量无关，没有加和性。如温度、压力、密度等。 容量性质与强度性质虽有上述区别，但是容量性质有时也可以转化为强度性质，即容量性质除以总质量或总物质的量就成为强度性质。如体积为容量性质，而摩尔体积为强度性质，热容为容量性质，而摩尔热容则为强度性质。 3、状态与状态函数 热力学用体系所具有的宏观性质来描述其状态。当体系的一系列性质，如质量、温度、压力、体积、组成以及焦聚状态等全部确定以后，这个体系就具有了一个确定的状态。反之，体系状态确定后，其所具有的宏观性质均有确定值，与到达该状态前经历无关。由于状态与性质之间的单值对应体系，体系的这些热力学性质又称做状态函数。状态函数只与体系的始态与终态有关，与变化的具体历程无关。由于体系的状态都是利用体系的宏观物理性质来描述的，所以又称为体系的宏观状态。其中体系的任一性质发生了变化均意味着体系状态的变化。因此这些性质又称为体系的状态变数。 由于体系各性质之间彼此相互联系、相互制约，只有部分性质是独立的，在某一状态下，其他的性质可以表示成各独立性质的函数，即存在相当于数学上的自变量与因变量的关系，因此称这些可以用独立性质通过函数关系表示出来的体系性质为状态函数。也就是说，状态函数是一些具有相对独立性的性质函数的体系性质。 4、过程与途径 体系从始态向终态过渡称为过程，或者说体系体系发生的任何变化为过程。完成过程的具体历程（步骤）称为途径。 途径可由若干过程组合而成。由一定始态到达一定终态的过程，可以经过不同的途径，但是状态函数的改变值是相同的。因为状态一定时，状态函数只有一个确定的数值，状态函数的改变不随具体途径不同而变化。 二、材料热力学基础知识 第一章 1 冶金原理研究的主要内容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。 2 金属熔体指液态的金属、合金。 1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研 究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。 3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合 成渣____四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将 它们回收利用。 8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失， 要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面张力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学 性质。 11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使 之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条 件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向； 限度；转化率。 13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体 1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的 或占主导地位的生产方法。错 2、对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对 5、金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加 者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。对 6、常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。对 7、非金属熔体包括：熔渣、熔盐、熔硫对 1、什么事冶金熔体？它分为几种类型？ 年 秋 季学期研究生课程考试试题 考 试 科 目：材料热力学与动力学 学生所在院（系）：材料学院、航天学院 学生所在学科：材料学、材料加工工程 (* 题签与答题纸一起上交) 一、仔细阅读下列论述，判断正误，如果错误，请说明该论述违反了哪些热力学原理，并给出正确的论述。（18分） 1．材料（封闭系统）在T=T 0温度发生二级相变， （1）在相变温度T 0，高温相的体积总是比低温相大 （2）在相变温度T 0，高温相的熵比低温相大 （3）在相变温度T 0，高温相的热容与低温相相同 （4）在相变温度T 0，高温相的Gibbs 自由能比低温相小 2. 合金中每一组元的化学位相等。 3．封闭体系中出现耗散结构。 二、（1）已知某一相的Gibbs 自由能表达式为： ，请导出该相的焓(H)、熵（S ）和定压热容（Cp ）的表达式。（6分） （2）请画出以G 为纵轴、T 为横轴的固态纯组元的G-T 曲线的示意图。(4分) 三、 在相同温度和压力下，与金刚石（diamond ）相比，碳的另一种同素异构体石墨（graphite ）的密度低、熵值（S ）高。 （1）请在P-T 相图上，示意画出石墨和金刚石的相界，并说明理由。（6分）。 （2）并请解释为什么高压下石墨有可能转变为金刚石。（4分）。 四、简答题： (1) 请说明晶界偏析的平行线法则。（5分） (2) 简述Calphad 的三要素及其主要功能。（5分） （3）请解释Onsager 倒易关系、最小熵产生原理。（5分） 五、A-B 二元相图如下图所示， (1) 判断A-B 固溶体α的性质、溶体组元间的相互作用能。（6分） (2) 假设A-B 两组元形成正规溶体，请推导出溶体中A 组元的活度与成分的关系。（6分） 学院 学号 姓名 ln n n G a bT cT T d T =+++∑T 第一章 1 冶金原理研究的主要容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。 2 金属熔体指液态的金属、合金。 1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研 究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。 3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合 成渣____四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将 它们回收利用。 8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失， 要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学 性质。 11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使 之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条 件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。预期方向； 限度；转化率。 13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体 1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的 或占主导地位的生产方法。错 2、对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对 5、金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加 者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。对 6、常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。对 7、非金属熔体包括：熔渣、熔盐、熔硫对 1、什么事冶金熔体？它分为几种类型？ 材料热力学与动力学复 习题答案 一、常压时纯Al 的密度为ρ=2.7g/cm 3，熔点T m =660.28℃，熔化时体积增加5%。用理查得规则和克-克方程估计一下，当压力增加1Gpa 时其熔点大约是多少？ 解：由理查德规则 RTm Hm R Tm Hm Sm ≈??≈?= ? … ① 由克-克方程V T H dT dP ??=…② 温度变化对ΔH m 影响较小，可以忽略， ①代入②得 V T H dT dP ??= dT T 1 V Tm R dp V T Tm R ?≈??≈…③ 对③积分 dT T 1 V T Tm R p d T Tm Tm p p p ?? ?+?+?= 整理 ?? ? ? ??+?=?Tm T 1ln V Tm R p V T R V Tm R Tm T ??=???≈ Al 的摩尔体积 V m =m/ρ=10cm 3=1×10-5m 3 Al 体积增加 ΔV=5%V m =0.05×10-5m 3 K 14.60314 .810510R V p T 7 9=??=??=?- Tm’=Tm+T ?=660.28+273.15+60.14=993.57K 二、热力学平衡包含哪些内容，如何判断热力学平衡。 内容：（1）热平衡，体系的各部分温度相等；（2）质平衡：体系与环境所含有的质量不变；（3）力平衡：体系各部分所受的力平衡，即在不考虑重力的前提下，体系内部各处所受的压力相等；（4）化学平衡：体系的组成不随时间而改变。 热力学平衡的判据： （1）熵判据：由熵的定义知dS Q T δ≥不可逆可逆 对于孤立体系，有0Q =δ， 因此有dS 可逆 不可逆0≥，由于可逆过程由无限多个平衡态组成，因此对于孤立体 第一章冶金热力学基础 1.冶金反应的焓变和吉布斯自由能变计算 2.化学反应等温方程式 3.溶解组元的活度及活度系数 4.有溶液参加反应化学反应等温方程式分析 5.熔铁及其合金的结构 6.铁液中组分活度的相互作用系数关系式 7.铁液中元素的溶解及存在形式 8.熔铁及其合金的物理性质 绪论 冶金过程，尤其是钢铁冶金过程是高温、多相、多组元的复杂物理化学反应体系，一般而言： 温度：>1000℃，炼钢温度在1600℃，甚至1700℃； 多相：包括气—液—固三相 气相：大气、燃气、反应气体、金属及其化合物的蒸气； 液相：金属液、渣液； 固相：金属矿石、固体燃料、耐火材料； 多组元：金属液、炉渣、燃料都不是纯物质，而是多组元物质。 冶金过程物理变化： 熔化、溶解、吸附、脱气、分金属夹杂上浮、金属的凝固等； 冶金过程化学反应： 燃料燃烧反应、生成—离解反应、氧化—还原反应、脱硫反应、脱磷反应、脱氧反应、脱碳反应等。 对这样的复杂体系，冶金物理化学能做什么？ 运用物理化学基本原理及实验方法，冶金物理化学研究和分析冶金过程的基本规律，为探索高效、优质、绿色的冶金工艺过程提供理论依据。 冶金物理化学大致分为： 冶金热力学——主要研究冶金过程（反应）进行的方向和限度，以及在复杂体系中实现意愿反应的热力学条件。 是以体系的状态（平衡态）为基础，以状态函数描述过程的可能性为基本分析方法，不涉及“时间”这个参数。 冶金动力学——主要研究冶金过程（反应）的机理和速率，以及确定过程的限制性环节和强化过程的措施。 工业过程是要在有限时间内完成反应产物的获得，光有“可能性”还不够，要有“实现性”，这就必然涉及过程（反应）的机理和速率。 冶金熔体——高温金属熔体和熔渣结构、性质及模型描述。 冶金电化学——高温电解反应、金属液熔渣多相反应的机理和描述。 应该说，正是冶金物理化学的发展，才使得冶金由“技艺”成为“工程”和含有“科学”分量。相对而言，冶金热力学发展得较为成熟，但研究高温下多相复杂冶金反应很困难，许多热力学数据还不完 一、回答下列问题 1.标准溶解自由能； 2.正规溶液的热力学特征； 3.三元溶液溶质C（或B）活度系数的达肯二次型表达式； 4.背向规则； 5.交叉规则； 6.超额热力学函数的定义及用超额吉布斯能表示的实际溶液吉布斯能； 7.熔渣的硫容量；8.熔渣的磷容量；9.熔渣的完全离子溶液模型要 占. 门、、赘 10.熔渣结构的分子理论要点：（1）熔渣由简单分子和复杂分子构成简单分子：CaO、SiO2、A12O3、MgO、MnO、FeO、CaS、MnS、CaF2 等'复杂分子:CaO ? SiO2> 2CaO ? SiO2> CaO*Fe2O3、4CaO ? P2O5 等；对于氧化物而言：简单分子即所谓的自rti氧化物；复杂分子即所谓的复杂氧化物。（2）熔渣是理想溶液：熔渣中各组元的活度等于其物质的量分数，即（a B = x B）。（3）—定条件下，熔渣中简单分子和复杂分子间有生成一离解的动态平衡。（4）熔渣的性质主要取决于其中简单分子的含量，即在冶金反应中起作用的是简单分子（自由氧化物）。简单分子（自由氧化物）的活度等于其浓度（物质的量分数）；简单分子（自由氧化物）的浓度等于由化学分析得出的该氧化物总浓度与其结合成复合氧化物的浓度之差：n B（fii）=n B（总景）-IIB（结合）；简单分子（自由氧化物）的浓度（活度）力：aB=nB （自 11.熔渣结构的分子离子共存理论要点:我国学者张鉴发展了前苏联学 者丘依科提出的考虑了未分解化合物的炉渣离子理论，并从分子与离子同时存在于熔渣的现实出发，将其重新命名为炉渣结构的（分 子与离子)共存理论。该理论认为，熔渣是由简单阳离子(Ca2+， Mn2+, Mg2\ Fe2+.....)，简单阴离子(02_，S2_，F\...)以及未离解的共价键占优势的分子状态化合物(SiO2，MSiO3, M2SiO4.....)所构成，故称“共存”理论。他们的活度可以用作用浓度表示。 12.电位-pH图：在指定的温度和压强下，将水溶液中某基本反应系的稳定相溶液视为电位与pH的函数，以平衡电位E (相对于标准氢电极)为纵坐标，以pH为横坐标可构造稳定区域图，又称E-pH图。E-pH 图可以表明物系中反应自发进行及组元间平衡共存的热力学条件。为金属的提取和提纯及其他材料制备工艺参数的确定提供理论 依据。 13.Ellingham图：对于反应+02 =2氧化物的氧势为 △，氏义二?所以以氧化物的氧势对温度作图，可以画出一条直线叫做氧势线。T=0K时，其截距为：其 斜率：在截距确定之后，氧势线的走向就取决于oT 1944年埃林汉姆(H.J.T Ellingham)首先将氧化物的标准生成吉布斯能对温度作图，得到一系列直线，即氧势图，又称埃林汉姆图(Ellingham Diagram)。1948 年理查德森(F.D.Richardson)等人在埃林汉姆图中加 最新《材料热力学与动力学》复习题 篇一：《材料热力学与动力学》复习题 一、常压时纯Al的密度为= 2.7 g/cm3，熔点Tm = 660.28 C，熔化时体积增 加5%。用理查德规则和克劳修斯-克拉佩龙方程估计一下，当压力增加等1 GPa时其熔点大约是多少。 二、热力学平衡包含哪些内容，如何判断热力学平衡？ 三、试比较理想熔体模型与规则熔体模型的异同点。 四、固溶体的亚规则溶体模型中，自由能表示为 Gmxi0GiRTxilnxiEGm ii 其中过剩自由能表示为 EGmxAxBLAB(xAxB) 实际测得某相中0LAB和1LAB，请分别给出组元A和B的化学位表达式 五、向Fe中加入形成元素会使区缩小，但无论加入什么元素也不能使两相 区缩小到0.6 at%以内，请说明原因。 六、今有Fe-18Cr-9Ni和Ni80-Cr20两种合金，设其中含碳量为0.1wt%，求 T=1273C时碳在这两种合金中活度。 七、假如白口铁中含有3.96%C及2.2%Si，计算在900C 时发生石墨化的驱动 力，以铸铁分别处于+渗碳体两相状态与+石墨两相状态时碳的活度差来表示此驱动力。由于Si 不进入Fe3C中，所以有KSiCem/= 0。在Fe-C二元合金中，已知900C时+渗碳体两相状态碳的活度为二aC= 1.04；当与石墨平衡时aC= 1。 八、通过相图如何计算溶体的热力学量如熔化热、组元活度。 九、请说明相图要满足那些基本原理和规则。 十、请说明表面张力产生的原因？ 十一、已知温度为608 K时，Bi的表面张力为371 mJ/m2，Sn的表面张力为 560 mJ/m2，Bi的摩尔原子面积为 6.95104 m2/mol，Sn 的摩尔原子面积 为6.00104 m2/mol。试Bi-Sn二元合金的表面张力。 十二、以二元合金为例，分析析出相表面张力对相变的影响。 十三、请解释钢中淬火马氏体低温回火时为什么先析出亚稳化合物而不是稳 定的渗碳体(Fe3C) 十四、通过原子的热运动，分析影响扩散系数的因素。 十五、如何获得柯肯-达尔定律材料热力学与动力学
冶金热力学部分定义
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