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1、中南大学冶金原理题库中南大学冶金原理题库第一篇 冶金熔体第一章 概述1什么是冶金熔体？它分为几种类型？2何为熔渣？简述冶炼渣和精炼渣的主要作用。3什么是富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？4试说明熔盐在冶金中的主要应用。5熔锍的主要成分是什么？6为什么熔盐电解是铝、镁、钠、锂等金属的惟一的或占主导地位的生产方法？第二章 冶金熔体的相平衡1在三元系的浓度三角形中画出下列熔体的组成点，并说明其变化规律。X：A 10%，B 70%，C 20%；Y：A 10%，B 20%，C 70%；Z：A 70%，B 20%，C 10%；若将3kg X熔体与2kg Y熔体和5kg Z熔体混合，试依据杠杆规则用作图法

2、和计算法求出混合后熔体的组成点。2试找出图2-44所示的三元系相图中的错误，说明原因并更正。3图2-45是生成了一个二元不一致熔融化合物的三元系相图（1）写出各界线上的平衡反应；（2）写出P、E两个无变点的平衡反应；（3）分析熔体1、2、3、4、5、6的冷却结晶路线。4某三元系相图如图2-46中所示，AmBn为二元不一致熔融化合物。试分析熔体1、2、3的冷却结晶过程。5图2-47为生成一个三元化合物的三元相图，（1）判断三元化合物N的性质；（2）标出边界线的温度降低方向；（3）指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应；（4）分析熔体1、2的冷却过程。6试分析图2-23熔体3、4、5、6的

3、冷却过程。7试根据CaO-SiO2-A12O3系相图说明组成为（wB / %）CaO 40.53，SiO2 32.94，A12O3 17.23，MgO 2.55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。8试根据图2-30绘制CaO- A12O3- SiO2三元系1500C时的等温截面图。9给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500C的等温截面图，标出各相区内的相平衡关系。组成为（wB / %）CaO 45、SiO2 25、FeO 20的熔渣在此温度下析出什么晶相？怎样才能使此熔渣中的固相减少或消除?10假定炉渣碱度为= 2。在1600C下，当渣中含FeO 58%（wB）时，炉渣是否全部处于液态？

4、如果炉渣碱度不变，因脱碳反应渣中FeO含量降至20%（wB），在此温度下熔渣中是否有固相析出？若有固相析出，试确定其组成。11根据CaO-SiO2-FeO系相图，指出下列组成（wB / %）的熔体冷却时，首先析出什么物质？冷却结晶结束后的固相物质是什么？（1）CaO 15、FeO 25、SiO2 60； （5）CaO 10、FeO 55、SiO2 35；（2）CaO 60、FeO 10、SiO2 20； （6）CaO 20、FeO 45、SiO2 35；（3）CaO 5、FeO 80、SiO2 15； （7）CaO 30、FeO 65、SiO2 5；（4）CaO 40、FeO 40、SiO2

5、20； （8）CaO 75、FeO 10、SiO2 15。12如何正确判断无变点的性质？它与化合物的性质和界线的性质有何联系？如果某三元系中只生成了生成一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点吗？13在分析三元系相图时，用到过哪几个规则？试简述这些规则并用图表示之。14试用几何方法证明浓度三角形的等比例规则。15试说明绘制三元系状态图的等温截面图的主要步骤。16在进行三元系中某一熔体的冷却过程分析时，有哪些基本规律？第三章 冶金熔体的结构1试分析Ba-O、Al-O键的性质。2计算CaO、MgO、FeO、MnO、ZnO、Cr2O3、TiO2、P2O5等氧化物中Me-O键的离子键分数，并比较这些氧

6、化物离解为简单离子的趋势。3已知熔渣成分为（xB / %）MnO 20、CaO 50、SiO2 30。试分别用捷姆金和弗鲁德理想离子溶液模型计算渣中MnO的活度。4某炉渣的成分为（wB / %）FeO 13.3、MnO 5.1、CaO 38.2、MgO 14.7、SiO2 28.1、P2O5 0.6。分别用捷姆金和弗鲁德理想离子溶液模型计算渣中FeO的活度。5已知K11=0.196。利用马森模型计算= 0.2的PbO-SiO2二元熔体中PbO的活度。6如何判断离子熔体中阳离子与阴离子间作用力的大小？7为什么对于同一种金属，其低价氧化物呈碱性而高价氧化物呈酸性？8金属的熔化熵和熔化热远小于其蒸发

7、熵和蒸发热，这说明液态金属在什么方面更接近于固态金属？为什么？9熔体远距结构无序的实质是什么？10试比较液态金属与固态金属以及液态金属与熔盐结构的异同点。11熔盐熔化时体积增大，但离子间的距离反而减小，为什么？12简述熔渣结构的聚合物理论。其核心内容是什么？13熔体的聚合程度是如何表示的？它与熔体结构有何关系？14简要说明硅酸盐熔渣中桥氧、非桥氧和自由氧的关系？15试简要说明当硅酸盐熔渣的O/Si比逐渐增大时，熔体中自由氧的含量、低聚物数量和NBO/T值的变化趋势。16捷姆金理想离子溶液模型通常只对强碱性渣有较好的适用性，为什么？第四章 冶金熔体的物理性质1利用 CaO-FeO-SiO2系熔渣

8、的等密度曲线图（图4-8）说明CaO含量一定时FeO含量对熔渣密度的影响。2试利用熔渣的等粘度曲线图（图4-12）估计组成为（wB / %）CaO 38.0、SiO2 38.39、A12O3 16.0、MgO 2.83的高炉渣在1500C时的粘度。如果将温度提高到1900C，此熔渣的粘度降低到多大?3试利用加和性规则计算1400C时，组成为（wB / %）CaO 35、SiO2 50、A12O3 15的高炉渣的表面张力，并与由等表面张力曲线图所得的结果（图4-23）进行比较。4用加和性规则计算1400C时，组成为（wB / %）CaO 30、SiO2 20、FeO 50的炉渣的表面张力，并与根

9、据图4-24的等表面张力曲线图所得的值进行比较。5试计算800C的铝液、1200C的铜液和1650C的铁液的粘度。有关数据见下表：金属熔点 / Ch / 10-3PasAh / 10-3PasEh / kJmol-1Al6601.180.149216.5Cu10844.100.300930.6Fe15364.950.369941.46实验测得组成为（wB / %）：CaO 42.5、SiO2 42.5、MgO 9.5、A12O3 5.5的熔渣在不同温度下的粘度如下表。试求出粘度与温度的指数方程及粘流活化能。t / C13001350140014501500h / Pas1.631.341.09

10、0.910.757某熔渣的组成为（wB / %）：CaF2 80、CaO 10、A12O3 10。实验测得此熔渣在不同温度下的电导率如下表所示，试求出电导率与温度的关系式及电导活化能。t / C150015501600165017001750k / 10-2Sm-13.1553.5083.8734.2564.6565.0708高炉低钛渣的成分为（wB / %）：TiO2 2.0、CaO 46.11、SiO2 35.73、MgO 3.99、A12O3 9.99。用毛细管法测得渣中硫的扩散系数如下表：t / C13501400145015001550D / 10-9m2s-11.692.423.4

11、04.696.35试求硫的扩散系数与温度的关系式及扩散活化能。9根据 CaO-A12O3-SiO2系熔渣的等粘度曲线图（图4-12）讨论碱度分别为0.2和1.0时，增大A12O3含量对熔渣粘度的影响，并解释其原因。10什么是熔化温度？什么是熔渣的熔化性温度？11何为表面活性物质？哪些元素是铁液的表面活性物质？12实验发现，某炼铅厂的鼓风炉炉渣中存在大量细颗粒铅珠，造成铅的损失。你认为这是什么原因引起的？应采取何种措施降低铅的损失？第五章 冶金熔体的化学性质与热力学性质1一工厂炉渣的组成为（wB / %）：SiO2 44.5、CaO 13.8、FeO 36.8、MgO 4.9。试计算该炉渣的碱度

12、和酸度。2已知某炉渣的组成为（wB / %）：CaO 20.78、SiO2 20.50、FeO 38.86、Fe2O3 4.98、MgO 10.51、MnO 2.51、P2O5 1.67。试用四种不同的碱度表达式计算该炉渣的碱度。3利用CaO-SiO2-A12O3系等活度曲线图求1600C时组成为（wB / %）：CaO 26、SiO2 43、MgO 4、Al2O3 20、P2O5 7的熔渣中SiO2和Al2O3的活度。4利用CaO-SiO2-A12O3系等活度曲线图求1600C时，碱度为1、SiO2含量为3060（wB / %）的熔渣中SiO2的活度，绘出SiO2活度与其含量的关系图。5已知

13、某熔渣的组成为（wB / %）：CaO 35、SiO2 20、FeO 20、Fe2O3 4、MgO 5、MnO 8、P2O5 8。试利用CaO-FeO-SiO2系等活度曲线图求1600C时渣中FeO的活度及活度系数。6已知某熔渣的碱度为2.5、xFeO为15%。试利用 CaO-FeO-SiO2系等活度曲线图求1600C时此熔渣中FeO的活度及活度系数。7什么是熔渣的碱度和酸度？8熔渣的氧化性是如何表示的？9熔渣的氧化性主要取决于渣中碱性氧化物的含量，这种说法对吗？为什么？10为什么可以用全氧化铁量表示熔渣的氧化性？利用第1题的数据计算全氧化铁量。11什么是硫容？为什么硫容可以表示熔渣吸收硫的能

14、力？12为什么熔渣中的硫可以使硅酸盐熔渣中的硅氧阴离子解聚？第二篇 冶金过程的热力学基础第七章 化合物的生成-分解反应1 已知反应Cd+O2=CdO(s) Jmol-1 (10001379K)反应 Pb(l) + O2=PbO(s) Jmol-1(7601400K)试绘出其氧势线并比较CdO与PbO的相对稳定值。2试根据氧势图分析分别在1000和1800在标准状态下将MgO还原成金属镁时，可供选择的还原剂和600时将金属锌氧化成ZnO可供选择的氧化剂。3试根据图7-2估算1073K时，当系统中分别为10-3，101，103时，系统中的值。4试参照本书对图7-2标尺的解释方法对该图的标尺进行解释

15、。5试解释氧势图上Na2O、MgO的-T线上各转折点的原因。6现要求在CO2-CO混合气体中在1600下将铁氧化，试根据图7-2找出气相中必要的比值。7试根据氯势图分析在标准状态下用氢作还原剂，可将那些氯化物还原，金属锰能否将TiCl4还原得金属钛。8试根据图7-2估算1073K时，当系统中分别为10，103，105时系统的值。9已知Ti-O系的平衡图如图7-10，试分析1200时系统中氧的分解压与成分的关系。10试根据式7-4说明氧化物的氧势中项的物理意义。11已知反应 Li2CO3(l)=Li2O(s)+CO2的=325831-288.4T KJmol-1(10001125K)试求：（a）

16、其分解压与温度的关系；（b）当气相和总压强分别为0.2和时，计算其开始分解温度和化学沸腾温度。（c）将1mol Li2CO3置于容积为22.4l的密闭容器中控制温度为700，求Li2CO3的分解率。12已知反应LaN(s)=La(s)+N2的=301328-104.5T KJmol(2981000K）试求 1000K时LaN的分解压。13已知2000K时，当气相氮分压为0.13Pa时氮在金属铌中的溶解度为1.12mol%，求同温度下，氮分压为为130Pa时，氮在铌中的溶解度。14为了除去氩气中的O2，将氩气通入600的盛有铜屑的不锈钢管中，利用铜吸收O2，试求（a）设过程达到到平衡，计算经过上

17、述处理后，氩气中氧的平衡分压；（b）如果将炉温分别提高到900或下降到400，试问Ar中氧含量各有何变化？（注Cu2O的 Jmol-1）15图7-2中反应2CO + O2 = 2CO2的氧势线与2H2 + O2 = 2H2O的氧势线交于810，试分析当温度分别高于810、等于810，低于810时，在标准状态下，下反应的进行方向2H2O(g) + 2CO(g) = 2CH2 (g)+ 2CO2(g)第八章 热力学平衡图在冶金中的应用1已知Nb2O5在1000K时与Cl2作用能生成NbCl4、NbCl5、NbOCl3等气态化合物，1000K温度下Nb2O5(s)、NbCl4(g)、NbCl5(g)

18、、NbOCl3(g) 的标准摩尔吉布斯自由能分别为2113.8、989.50、1211.36、1164.80KJmol-1，试求平衡气相成份与、的关系。2已知下列反应的标准吉布斯自由能变化与温度的关系为：Cu2O(s)=2Cu(s)+ O2 T Jmol-12CuO(s)=Cu2O(s)+ O2 -112.75T Jmol-1注：为了简化，方程式已作直线化处理。试以和1/T为坐标，绘制Cu-O系的热力学平衡图，并进行分析说明。（温度范围取4001200K）。3试根据本章中有关的热力学平衡图分析将硫化矿分别进行氧化焙烧、硫酸化焙烧及直接熔炼制取金属时原则上应控制的条件。4已知25时Cd-H2O系

19、中各物质的标准摩尔生成吉布斯自由能如下表，试绘出25时，Cd-H2O系的图，并分析制取金属镉及Cd(OH)2时应控制的条件。物质CdCd2+Cd(OH)2H+H2O0-77.66-470.080-236.965试根据相律分析在一定温度下Fe-W-Cl-O系平衡图中每一条平衡线上能平衡共存的凝聚态物种数。6钛冶金的主要原料是钛铁矿，其分子式是FeOTiO2，即主要含铁和钛，而且钛和铁按分子结合，为从中回收钛，首先应将铁和钛分离，为探索钛和铁分离的技术方案，人们绘制了1100K时的Fe-Ti-O-Cl系的热力学平衡图（图8-22），根据图你认为在那些条件范围内可使钛、铁分离。7说明电势-pH图中a

20、线和b线的意义，为什么在Au-H2O系中（没有配合物CN-存在）不能控制电势在Au3+的稳定区内，使金属Au浸出进入溶液。8某硫化物混合矿中含NiS和CuS，试根据图8-20分析，采用什么方法可使镍与铜分离。9某物料的主要组分为CuO和FeO，在浸出过程中采取什么措施可使两者分离？10试根据图8-20分析，当ZnS、CuFeS2、NiS、FeS、CuS进行氧化浸出时，25下为使硫以元素硫形态产出时，各自所需的条件，在工业上可行的情况下，CuS用O2浸出时，能否得元素硫。11试根据图8-9说明ZnO浸出时Zn2+或ZnO22-活度对浸出的影响。12试根据图8-11、8-12，从热力学上分析用金属

21、锌作为还原剂，从CuSO4溶液中置换铜是否恰当。第九章 还原过程1求碳气化反应在1273K、总压为2105Pa时气相CO的平衡浓度。2根据氧势图估算Cu2O、NiO、MnO、Fe2O3（还原成Fe3O4）在1273K时用CO+CO2混合气体还原时，气相平衡的比值。3用硅热还原法按下反应制取金属镁2MgO(s)+Si(s)=2Mg(g)+SiO2(s)已知上反应=610846-258.57T Jmol-1要求还原温度为1300，求应保持的真空度。4利用铝在真空下还原氧化钙，其反应为：6CaO(s)+2Al(l)=3Ca(g)+3CaOAl2O3(s) =659984-288.75T Jmol-1

22、求：（a）如使反应能在1200进行，需要多大的真空度？（b）如采用10Pa的真空度，求CaO被Al还原的开始温度；（c）在同样的真空度（10Pa）下，按下反应进行还原。 3CaO(s)+2Al(l)=3Ca(g)+ Al2O3(s) =703207-261. 94T Jmol-1试估计复杂化合物的形成对还原的作用。5熔渣中SiO2被碳还原，生成的硅溶解于金属铁液中，20%，fSi=0.333。试求SiO2开始还原的温度。（注：已知反应SiO2(s)+2C(s) = Si + 2CO(g) Jmol-1 PCO=1.5P）6试求高炉内1450时，与TiC(s)及碳平衡的铁水中钛的溶解度。已知当铁

23、水中钛和碳均以符合享利定律质量百分浓度为1%的假想溶液为标准态时，Ti+ C = TiC(s)，反应的 =-153635+57.53T Jmol-1。铁水的含碳量为4. 3%，其余组成的浓度小于1%，可以不考虑它们对ejTi的影响（铁水中钛的活度系数参见附录一中表5）。7向温度为1500、含碳量5. 1%的铁水中加入CaC2作炉外脱硫处理。试求脱硫后铁水的最低的含硫量。已知1500时石墨在铁水中溶解度为5.1%，同时已知CaC2(s)+S=CaS(s)+2C =-352794+103.7T Jmol-1。C的标准态为石墨，S的标准态为符合享利定律质量浓度为1%的假想溶液。8已知金属铌与氧形成固

24、溶体，固溶体中氧的平衡分压（KPa）与氧浓度（摩尔%）的关系为：现用金属钙脱氧，并已知反应(s)的 T求：（a）温度对铌中残余氧含量的影响；（b）计算1500K、2000K时残余氧含量9试根据图7-2分析1800时用镁作还原剂还原TiO2制取金属钛的可能性。第十章 高温分离提纯过程1已知反应 4C + （Cr3O4） = 3Cr + 4CO的 Jmol-1现金属炉料的成份wCr = 18% Cr，wNi = 9%Ni，wC = 0.35%，进行氧化精炼，系统中，求Cr和C 氧化的转变温度，以纯物质为标准态时，Cr3O4的活度视为1。（Cr、C表示钢中溶解度的Cr和C）。2已知下反应的标准吉布斯

25、自由能变化2Cu(l) + O2 = Cu2O(s) （1） T Jmol-1Co(s) + O2 = Co （2） T Jmol-1求1200时用氧化精炼法从铜中除钴时，最终含钴量（设CoO、Cu2O、Cu均为单质，Co在铜中的活度系数参见表10-3）。3试计算熔渣成分（摩尔分数）为x(CaO + MgO + MnO) = 50%，=25%时，1600下钢液中含wC = 2%，求钢液中残留的硅浓度。（已知反应2C+SiO2=Si+2CO的=519303291.6T Jmol-1 ）4粗铜中含杂质硫，加入O2使之氧化成SO2除去，已知铜液中反应2O + S = SO2(g)的T Jmol-1（

26、O、S均以符合享利定律、质量浓度为1%的假想溶液为标准态）。求1200下，当wO保持1%，气相=101Pa时，液铜中残留的硫量。5已知Sn-Cd合金含 wCd = 1%，在955K时Cd在Sn中的活度系数为2. 26(纯物质为标准态)，Cd的饱和蒸气压KPa， Sn的饱和蒸气压为Pa。求：（a）955K时上述合金中Cd的蒸气压；（b）气相中镉与锡的摩尔比；（c）。6为提高蒸馏精炼的效果，从热力学上分析，你认为可采取什么措施。7温度为800K下，用氧化精炼法按下反应从粗铅中除锡Sn + 2PbO(s) = 2Pb(l)+SnO2(s)已知800K时反应 Jmol-1Jmol-1同时已知800K时

27、，Sn在Pb中=2. 3。求：（a）不加添加剂时，除Sn的限度；（b）设加入NaOH作为熔剂，使熔渣中SnO2活度降为10-5（以纯物质为标准态），求除Sn限度。8已知Cu2S，SnS的与温度的关系分别为：Cu2S Jmol-1SnS Jmol-1同时已知280时Cu在Sn中的溶解度wCu = 3%，求在280锡加硫除铜时，铜的最小含量。9试分析熔析精炼与区域精炼在原理和工艺上的共同点及不同点。第十一章 湿法分离提纯过程1综合掌握离子交换过程、萃取过程中分配比D熔渣还原过程中分配比L，氧化精炼过程中分配比L及熔析精炼过程和区域精炼过程中分配比K的概念。2综合掌握离子交换过程、萃取过程、蒸馏过程

28、中分离因数A/B的概念。3设LiCl溶液中含少量杂Ca2+、pH值为2，可用什么方法分离，请拟定简单的分离方案。4试述离子交换过程及阳离子交换的萃取过程的基本原理。5影响离子交换过程中相对选择性的因素主要有哪些？6离子的相对选择系数、分配比和分离因素？它们之间有什么关系？7试分析络合剂在离子交换过程中的作用，如何利用络合剂提高离子交换过程中的分离因素？8溶液中含Fe2+2g.l-1;Cu2+4g.l-1;Ni4g.l-1,试拟定分离方案？9试根据表11-3计算在25, ph=9，用Mg(OH)2除溶液中AsO43-, PO43-时，溶液中残留的AsO43-, PO43-浓度10已知C6H5CO

29、OH在水及苯中的分配比如下（20）：0.289 0.195 0.150 0.098 0.079 g/100cm39.70 4.12 2.52 1.05 0.739 g/100cm3试从热力学角度解释这些数据的计算结果。11为了将氯化铜(Cu2+)溶液变为硫酸铜(Cu2+)溶液，试问可采取哪些方法？并加以简要说明。12试述胺盐萃取过程的机理。第三篇 冶金过程的动力学基础第十三章 冶金过程的气(液)/固相反应动力学1、铁钒精矿球团在1123K用CO还原。通过减重法测得还原深度 R与还原时间 t 的关系如下表：t /min 10 20 30 40 50 60 70R /% 12 23 32 40 4

30、6 52 59试判断还原反应的速率限制步骤。2、使用7.11mol/L的硫酸浸出钛铁矿。铁的浸出率 R 与浸出时间 t 的关系如下表所示。试判断浸出反应的速率限制步骤，并计算浸出反应的活化能。T / Ct / min20304050607080959.4013.3117.8021.9125.5530.0133.7810010.7916.7723.4328.1331.0036.2940.5410512.5019.8526.2531.8738.1441.6845.7411015.4123.1429.7735.8642.0647.7152.6011819.8431.0840.2447.1755.5560.5765.113、试绘出完整的气/固反应模型示意图，说明反应包括哪几个环节，写出各环节分别为速率限制步骤时的速率方程。4、某片状矿物呈现强烈的各向异性，在浸出时浸出