北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院碩士研究 正文

　　冶金物理化學(xué)考試大綱

　　科目代碼：809

　　科目名稱：冶金物理化學(xué)

　　一、考試性質(zhì)與范圍

　　1．本課程是冶金工程專業(yè)本課生必修課程，是一門重點介紹冶金物理化學(xué)基本概念、基本原理以及在冶金過程中應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ)課。

　　2．通過本課程的學(xué)習使學(xué)生掌握冶金熱力學(xué)、冶金動力學(xué)的基本原理。學(xué)會運用這些原理分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問題；不斷地改造舊工藝，創(chuàng)造新工藝，降低生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)率；不斷地向相關(guān)學(xué)科滲透，擴大冶金物理化學(xué)的研究領(lǐng)域。

　　3.通過本課程的學(xué)習，使學(xué)生掌握冶金物理化學(xué)基本的實驗技能，對冶金中的問題，利用冶金物理化學(xué)基礎(chǔ)和其他專業(yè)知識綜合的研究方法。

　　二、考試基本要求

　　要求學(xué)生牢固地掌握冶金物理化學(xué)的基本概念和基本原理，獨立完成大量習題，能夠正確熟練地計算冶金體系中化學(xué)反應(yīng)的吉布斯白由能變化，判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，分析化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機理。獨立完成要求的大綱內(nèi)容與基本習題。

　　三、考試形式與分值

　　考試采用閉卷形式，分值：150分。題目分基本概念、計算、論證及利用冶金物理化學(xué)的原理和方法解決冶金過程中的實際應(yīng)用問題。

　　四、考試內(nèi)容

　　1．熱力學(xué)基本定理及在冶金中的應(yīng)用

　　1.1幾個基本公式

　　1）體系中組元i的自由能的描述；理想氣體體系中組元i的自由能；液相體系中組元i的自由能；固相體系中組元i的自由能。

　　2）等溫方程式的導(dǎo)出：由單個組元I的自由能推導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的自由能變化；討論的三種形式；重點討論的形式，得出；與的關(guān)系與聯(lián)系；與在熱力學(xué)中分別承擔的角色。

　　3）等壓方程式與二項式：微分式；由微分式導(dǎo)出積分式；討論其意義。

　　1.2冶金熱力學(xué)中標準自由能的計算

　　1）用積分法計算化學(xué)反應(yīng)的標準自由能變化；（注：講不定積分法，學(xué)生閱讀定積分法）；

　　2）由積分法得到的化學(xué)反應(yīng)的標準自由能求化學(xué)反應(yīng)標準自由能與溫度的二項式；

　　3）由標準生成自由能和標準溶解自由能求化學(xué)反應(yīng)的標準自由能（二項式）；

　　4）由電化學(xué)反應(yīng)的電動勢求化學(xué)反應(yīng)的標準自由能變化；

　　5）由自由能函數(shù)求化學(xué)反應(yīng)的標準自由能變化。

　　2．熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖

　　2.1Ellingham圖

　　氧勢圖的形成原理；氧勢圖的熱力學(xué)特征；（特殊的線；直線斜率；直線位置）氧勢圖的應(yīng)用

　　2.2相圖分析方法及基本規(guī)則

　　1）相圖基本定律:相律；連續(xù)原理；相應(yīng)原理。

　　2）三元系相圖的構(gòu)成；構(gòu)成原理；濃度三角形。

　　3）三元系濃度三角形性質(zhì):杠桿規(guī)則與重心規(guī)則；垂線；平行線；等含線；定比例；直線規(guī)則。

　　4）三元系相圖分析:圖的構(gòu)成；平面投影圖；結(jié)晶過程（冷卻組織及量-杠桿原理應(yīng)用）；等溫線與截面；具有一個穩(wěn)定二元化合物的三元系；具有一個不穩(wěn)定二元系的三元系相圖的特點；分析相圖中三個特殊點M1、M2及M3的冷卻過程。

　　2.3三元系相圖的應(yīng)用：分析,及CaO-SiO2-FeO2相圖。

　　3．冶金溶液

　　3.1鐵溶液

　　1）兩個基本定律：拉烏爾定律；亨利定律；兩個定律的聯(lián)系及區(qū)別分析。

　　2）不同標準態(tài)活度及活度系數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換：三個不同標準態(tài)的活度的定義；三個不同標準態(tài)的活度之間的關(guān)系；三個不同標準態(tài)的活度系數(shù)之間的關(guān)系。

　　3）標準溶解自由能：溶解前為純物質(zhì)，溶解在溶液中分別為三個不同標準態(tài)時標準溶解自由能。

　　4）多元系鐵溶液：瓦格納模型（一價、二階作用系數(shù)）;相互作用系數(shù)的關(guān)系（與，與）。

　　3.2二元正規(guī)溶液:混合自由能與過剩自由能；正規(guī)溶液的定義；正規(guī)溶液的混合函數(shù)與過剩函數(shù)；正規(guī)溶液的性質(zhì)。

　　3.3冶金爐渣

　　1）爐渣的性質(zhì):堿度（堿度，光學(xué)堿度，過剩堿）；氧化還原性。

　　2）爐渣結(jié)構(gòu)理論：分子理論；捷姆金完全離子理論。

　　3）爐渣的硫容量：硫化物容量;硫酸鹽容量;硫容量與堿度。

　　4．冶金反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)

　　1）化學(xué)反應(yīng)速率及反應(yīng)級數(shù)：化學(xué)反應(yīng)進度；化學(xué)反應(yīng)速率；化學(xué)反應(yīng)速率方程（n級不可逆反應(yīng)）；1級可逆反應(yīng)方程。

　　2）反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系：阿累尼烏斯公式與活化能；活化能與熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式。

　　3）擴散與傳質(zhì)：費克第一定律；費克第二定律；費克二定律的特解（擴散偶；幾何面源）

　　4）相際傳質(zhì)：邊界層的概念；邊界層理論；傳質(zhì)系數(shù)。

　　5）多相反應(yīng)動力學(xué)基本模型：雙膜理論；溶質(zhì)滲透理論；表面更新理論。

　　5．多相反應(yīng)動力學(xué)

　　5.1氣一固反應(yīng)

　　1）氣-固反應(yīng)特點與反應(yīng)機理：氣固反應(yīng)特點及處理方法；

　　2）未反應(yīng)核模型：外擴散為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型；內(nèi)擴散為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型；界面化學(xué)反應(yīng)為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型；內(nèi)擴散和界面化學(xué)反應(yīng)混合控速時反應(yīng)模型；一般情況

　　3）未反應(yīng)核模型應(yīng)用：未反應(yīng)核模型特殊條件下：外擴散、內(nèi)擴散或界面化學(xué)反應(yīng)控速應(yīng)用及動力學(xué)參數(shù)獲取。

　　5.2氣一液反應(yīng)

　　1）氣泡形成機理與動力學(xué)過程：均相中氣泡的生成機理;均相中氣泡的生成機理；例：碳-氧反應(yīng)；非均相氣泡生成機理；活性氣隙的最大半徑；氣泡長大與上升動力學(xué)機理；氣泡在液相中的行為；氣泡在液相中的運動；氣泡在上浮過程中長大。

　　2）鋼液中碳-氧反應(yīng)動力學(xué)：碳氧反應(yīng)機理；碳氧反應(yīng)動力學(xué)模型；氣泡冶金過程動力學(xué)；吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應(yīng)機理與反應(yīng)模型。

　　3）吹氬脫氫過程動力學(xué)。

　　5.3液一液反應(yīng)

　　液-液相反應(yīng)特點與動力學(xué)方程：液-液反應(yīng)特點；液-液反應(yīng)動力學(xué)機理；液-液反應(yīng)動力學(xué)模型及實例分析。

　　教材及參考書

　　1）張家蕓主編冶金物理化學(xué)，冶金工業(yè)出版社，2004年6月

　　2）郭漢杰編著，冶金物理化學(xué)教程（第二版），冶金工業(yè)出版社，2006年8月
 

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