中南冶金原理

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1500°C时的等温截面图。

9．给出CaO-SiO2-FeO系相图中1500°C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1600°C下，当渣中含FeO 58%（wB）时，炉渣是否全部处于液态？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 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，并比较这些氧化物离解为

解释。

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 KJ·mol-1(1000~1125K)

试求：（a）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 KJ·mol(298~1000K）

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 J·mol-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)、NbOCl3(g) 的标准摩尔吉布斯自由能分别为－2113.8、―989.50、―1211.36、―1164.80KJ·mol-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 J·mol-1

2CuO(s)=Cu2O(s)+ O2 -112.75T J·mol-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400~1200K）。

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 Cd Cd2+ Cd(OH)2 H+ H2O

0 -77.66 -470.08 0 -236.96

5．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FeO·TiO2，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。

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