冶物化课后习题答案解析

WORD格式可编辑P188专业技术知识共享1.试计算高炉中炉气的CO2为16%勺区域内。总压为126656.25Pa时，石灰石的分解温度和沸腾温度。CaO3 =CaO CO2：G0 =170577 -144.19Tlg Pco2 =8908T7.53 开始分解 Pco 二 P总 16% =126656.2 0.16 = 20265Pa门 FCo220265 门 cPco20.22 P101325T =1082.5K 沸腾时：Pco2 二 P、FCo2PT 二 1.25T =1198.4K2.根据氧势图，求Fe2O3分解在大气中分解的开始温度和沸腾温度，并与Fe2O3分解压的热力学计算值进行比较。FO2詩=0.21 FO2 =0.21 101325Pa连接 “O与 Pq =10.687 点，T=1380C沸腾 P, =1 =10 T=1460 C计算：6Fe2O3 MFOr O2：G0 二 586770 - 340.20T30645.5T17.77开始分解：T开=1338C 沸腾：T沸 =1451C 3.把5 104kg的碳酸钙放在体积为1.5 10” m3真空容器内，加热到800C，问有多少kg的 碳酸钙未能分解而残留下来。CaO3 =CaO CO2G0 =170577 -144.19TT=800C( 1073K89087.53FCo2 =0.169Ro =0.169 101.325Pa = 17124Pa按理想气体处理，分解的CO2量PV =nRT 二 n =匹RT17124 1.5 10”8.314 1073二 0.00288mol则分解的CaO3摩尔数为n =0.00288mol m=100g/mol 0.00288mol = 0.288gm =0.5 10-0.288 10=0.212 1Okg5.用空气/水汽=3（体以比）的混合气体去燃烧固体碳。试计算总压为1.01325 105Pa,温度为1127C时煤气的组成。（提示：初始态中（n。/门円）初=（1+2 0.213）/2 ） 设碳过剩下，平衡气相中气体为 CO CO2 H2 h2o n2p2独立反应：C CO2 =2CO K1竺G =169008-177.19TPCo2PCo PH o0CO2 H2 =CO H2O(g)K2G2 =34493-29.83!PH2 |-CO2ft+X927r( 1200K)： n Q =70=43.41330疋ln K2-34493 29.83 12008.311200= 0.13K2 =1.14又空气与水汽的体积比为 3, P总=101.325Pa , T=927C(n/riH)初=(1+2 0.21 3)/2=2.26/2分压总和方程：pCO2 Pco Ph 2 Ph 2。pN2 = 1平衡常数方程：P2一2 = PC。二 fCo2 =pC/K1Pco22K Pc。Ph 2。PCOPh 2。1K1PH2oK2-Ph2-Ph2 Pco2PCo2PcoK2K2見。n，、 元素的原子摩尔量比恒定方程：门。初=nHO初+2七=（pH。初2po初3）-222pv n,平no平=n H2O 平+2 nCO2平+ nc。平=(Ph2。 2 pCO2 + pCO)平pnH初=2n H2O 初=2 PH?。初PH2o初I m平=2 叽。平+2 %平（2pH22pH2）平2 PCO2+ Pco+ PH2O(no/nH)初=2.26=(no/nH)平(2PH2O0H2又(nN2 /入)初=3 0.79/2 -(Pn?/ 2 Ph?。)初=血/ 2 go+Pt)平(n。/九)平Pn2 =2.37(Ph2o Ph2)平令：pc。=x ph2。=yPH2。 PH?yK2 xPCo2 =0.0036 Ph2 =0.1766x+x2/k i+3.37( & y y) =1K2 x(2x2/kx y)/(K1 y y) =2.26K2 x解得：x =0.3946 y =0.0018所以：pco =0.3946 Ph2。=0.00183Pn2 =0.4229（三）P3377将0.1mol FeA和0.5mol的固体碳垃入体积为30 10-3m3的真空反应器内， 抽去空气后 气，加热到700E，进行还原反应：卩$。4 NCPFetCO。 试求1）反应器内的压力；2） 气相组成：3）反应器中未反应残留的碳量。Fe3O4 4C =3Fe 4CO V =30 10m3 T =973KFesOq 4CO =3Fe 4CO2G10 - - - 4120 11.82TK 0.400CO2 C =2COG0 =169008-172.19!K 0.935WORD格式可编辑ZRTln GlRTl瓷Tln%H总100-%CO、4=-RT In ()%CO100 -%CO、4 K,= 0.400 =()1%CO%CO =55.68 %CO2 =44.32 nCo 2nCo2 =0.4.0.56 二nCO 28 neo 28 nco244由此可推出：nCO =0.2molng =0.1mol 所以 n = 0.3molP =nRT1 =0.3 8.314 973/ 30 103 =80895Pa =0.8atm V nc - nCO Co2 - 0.3mol=nC = n总一飞=0.5 0.3 = 0.2mol m = 0.2 12 = 2.4g8铝真空下还原氧化钙，其反应为6CaO(s) 2AI(s) =3Ca(g) 3CaO AI2O3(s)= 659984 -288.75T(1) 如使反应能在1200r进行，需要多大的真空度？( 2)如采用1.33Pa真空度，求CaO 为Al还原的开始温度，(3)如在同样的真空度(1.33Pa )下，将CaO的用量减少一半，试估 计复杂化合物的形成对还原的作用，此时的反应为：3CaO 2AI(s) =3Ca(g) 3Al2O3(s)，= 703270 -261.94T解: (1)G =RTln FC = 659984-288.75T 3 8.314T ln FCa又T -1473代入 G =0得：ln % 二-6.387PCa =0.00168atm =170.56Pa(2) G =659984 -288.75T 24.942T ln(1.33/101325) = 659984 -569.12T = 0T开=1159.66K =886.5 C(3) 3CaO 2AI(s) =3Ca(g) 3AI2O3(s)= 703270 -261.94TG = :：G RTln P3, = 703270-261.94T 24.942T ln(1.33/101325)= 703270 -542.31T =0T开-1296.69K -1023.5 C汀=1296.69-1159.66 =137K（下降）10向装有FexO球团的反应管内通入组成为 52%H 32%CO 8%HO及8%CO勺还原气体进行 还原，温度为1105K,总压为1.01325 105Pa,试求反应管放出的气体的成分解：Fe,O H2 二xFe H2OG； =17998-9.95TFexO CO =xFe CO2G2 -17883 21.08TG0-RTln 0 - -RTlnPh2oPH2T=1105KPh2o= 0.467= Ph2o =0.467Ph2(1)专业技术知识共享一RTInK2 RTIn 邑COFco2Fco= 0.555 =Pc2 =0.555FCo(2)nO()初=(nHnCO22nH2OPh2o12(52 8)332+820h2 )平 = ncoPh2 -1.5(Pco2pCo)又 Ph2o Ph2 Fqo2Ro -12.5(Fco2 FCo) 1= Pco2Ro =0.4结合式(1)得 Pc。=0.257PCO -0.143又可得到Ph2o Ph2 =0.6WORD格式可编辑结合式(2)得 Ph 2 =0.409PHO =0.19111. SiO2为碳还原，生成的硅溶解于金属铁液中，其浓度为20% fSi= 0.333。试求SiO2开始还原的温度。(SiO2) 2C 二Si 2CO二=579513 -383.12T选纯SiQ为标准态，aSi选1%Si溶液为标准态 aSi =fSi%Si =0.333 20=6.66Pco = P =，C选石墨为标准态2G = G RTln 弩PCO 二 G RTln aSi=0ac as579513 -383.12T8.314T ln 6.66=0579513T1577.5K =1304.5 C367.3612 .在高炉内冶炼钒钛磁铁矿石时，生铁的成分为0.189%Ti, 0.165%Si, 0.4205%V,0.30%Mn, 0.155%P, 0.0569%S, 4.24%C. 熔渣成分为 25.53%TiQ, 24.89SiO 2, 25.98%CaO,7.60%MgO,15.00%AQ,0.27%V2Q,试计算熔渣中TiO2为碳还原的开始温度。TiO =0.6, 炉缸压力2.4 105。(TiO2) 2C 二Ti 2CO G二=684098 -395.58T令 ac =1Pco = 2.37 lg 耐=点%+孟%59 +eMn%Mn+e；%P +eS%S+eC%C= 0.013 0.189 0.05 0.165 0.004 0.3 -0.064 0.155 -0.11 0.059 -0.165 4.24 =-0.7038fTi =0.198a“ 二 % =0.198 0.189 = 0.0374取100g渣:nTiO2 二25.530.3198024.89nSiO260= 0.41525.98n CaO =56=0.4647.60 nMgO =40= 0.19n Ag些=0.147102-0专业技术知识共享v n =1.53648xTiO2 =0.2076aTQ2 二 TiO2 XTiO2 =0.6 0.2076 =0.124622.370.037412 0.1246:G =684098 -395.58T8.314TlnWORD格式可编辑=1748.6 K684098T 二391.2413试求高炉内1350E时，与TiC(s)及碳平衡的铁水中钛的溶解度。已知：Ti c二TiC(s) 心G0 =-153635 +57.53T。铁水中的含碳量为4.3%,其余组分的浓度小于1%可以不考虑他 们对eT的影响。Ti c =TiC(s) ：G0 - -153635 57.53TLgfTi =%6式-0.165*4.3 - -0.7095fTi =0.1952在碳饱和的高炉铁水中ac=1,令=11G = . G RTInG0 - RTInaTi - RTInacaTi* acm ：G0 - RTInfTi%Ti, ：G0 =602640 - -153635 57.53*1623 -8.314*16 23*ln 0.1952 -8.314*1623* In%Ti%Ti =0.059%-60264 =8.314*1623* InaTiaTi =0.015,%Ti =0.059%15向温度为1500C，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含硫量，已知： CaC2 S二 CaS(s) 2C 二-352794 106.7Tc的标准态为石墨，s的标准态为1%溶液。CaC2 S =CaS(s) 2CG0 = -352794 106.7T as =0.000015 lga$ - -4.824 = lg% s fs = lg %s lg fs选c的标准态为石墨G0 - 七.314*1773*,ac =1,s 的标准态为In2acas1%溶液，as =%s fslg fs =%se； e：%c =0.028%s 0.112*5.1 %s =4.03*10 *%第五章.P2352.在真空中向 Cr18% Ni9%的不锈钢吹氧，使含碳量降低到0.02%，而钢液的温度不高于1630C，问需用多大的真空度。解：4c Cr3O4 =4co 3CrG =934706-617.22TIg fCr 二eC；%Cr eCr%Cr %皿=0.003*18 0.0002*9 -0.12*0.02 =-0.00602 fCr =0.9862,cCr =17.75163.在电Ig fc =eC%C eCr%Cr %皿0.212fc = 0.4733,ac = 0.00955G m G0 RTIna3Cr * Pco44ao一8.314*1903ln17.75764* Pco40.009554专业技术知识共享Pco 二 0.04887Pco =0.04887*101325 =4952Pa弧炉内用不锈钢返回料吹氧冶炼不锈钢时，熔池含有9%N。如吹氧终点碳为0.03%,而铬保持在10%问吹炼应达到多高的温度。解：(同题2)Ig fCr =eC：%Cr eCr%Cr eJNi = 0.003*10 0.0002*9 -0.12*0.03 =0.0048fcr =0.98,acr =9.8Ig fc 二e；%C er%Cr %皿=_0.1278fc =0.7451,a； =0.022354.试计算P co 二 P 二34.934706-617.22T =-8.314TIn(9.8 )/(0.02235 )T =2155K钢液中C为0.2%，总压为1.3 105 Pa,温度为1600E时钢液的平衡氧量。若与之平衡的溶渣含有FeO12% Feo =3,试求与熔渣平衡的钢液层的氧量c o =COG 二-22363 -39.63T = K 二 494:P总=1.3*10 5 Pa Pco 二 P总 / =1.283 %c =0.2 : 0.5.T =1873K,m =0.0025%o二 mPco/%c =0.016%5.将组成为4.0%C 0。4%V 0.25%Si、0.03%P 0.08%S的生铁进行氧化提钒处理。为使生铁中钒大量氧化，而碳不大量氧化，以获得含氧化钒高的钒渣和半钢液。试求提钒的温度条21V co=MO3)C33件。钒渣的成分为 25%V2O(20.60%V2O3 ,38%FeO, %16SiO2, 14%TiO2, 0.5%Ca0,0.5%Mg0, 3%MnO, 2.9%AI2O3, vo = 10-7。 钒 的氧化 方程式2 3G - -218013 136.22T。解：21V co = (V2O3) C33G0 =-218013 136.22T.G m ；G0 RTI nJ1/3a av2o3J 莎 一，av =%v fv,av23 =%V2O3】 fv2O3,ac =%cfc, Pco =1av Pcolg fc 二e：%c e：%v e：%Si e：%p e：%s= 0.14*4 -0.077*0.40.08*0.250.051*0. 03 0.046*0.08 =0.5544fc = 3.5843, ac =14.3372lg fv 二e：%v e：%v eS%Si % p ejs= 0.34*40.015*0.40.04*0.25 -0.041*0.03 -0.028* 0.08 二1.34697fv = 0.045, av = 0.018以 100g渣计算 n =1.2541, VO =0.1439/1.2541 =0.1147av2o3 -% v2O3 fv2o3 - 1.147*10J =(14.3371*0.0002255) /0.06868 =0.47080 = -218013 16.28T8.314T(I n0.4708)T =1678K8在1600r用锰托氧，钢液中Mn的平衡浓度为0.5%。试计算脱氧产物的组成 解：Mn +(FeO)=( Mn O)+FeT=1873KLgK 二 Lg(%M nO)(%Mn)(% FeO)6440-2.95 = 0.4883T(%M nO)(%Mn)(% FeO)-3.0785又因为(MnO) (% FeO) =100 %Mn =0.5所以(FeO) =39.4,(%M nO) =60.6(%Mn。)胡 54(% FeO)9.为使温度为1600r、含碳为0.0625%的钢液氧含量下降到痕迹量(0.0008%),需加入多少 铝？如改用真空脱氧，需用多大的真空度？解：Al 脱氧：2AL+3O=Al 2Q(s)Lg% AI2%03 63 20.58与 %O =0.0008平衡的%AIH 3.93 103=8.76 10JY 0.0008.mAI =8.76 10Kg/t又脱氧耗去的 Al的量： %C=0.0625 Mn J1,ii)(Fe2 ) (Fe2 ) J2;iii) 为化学反应： J 3iv) (Mn2 )(Mn2 ) J4;v)(Fe) (Fe) J 5;= (5*100) /(0.2*20)= 125CMn2 CFe(%MnO)%FeCMnCFe2. _%Mn(%FeO)K(1873)= 301Ji = J MnJii =JFe2+42=ADMnCMnj =15* 10 *10 * 竺* 7000(1-125/301)6Mn0.003100 5.5*10DFe2+CFe2+=A(1 - J /K) =0.071mol/s=0.745mol/s|D 22Jiv =JMn2 + = A (K/J -1) = 0.044mol/sn6Mn2 +DFeCFeJv =JFe =A 匹匡(K/J -1)=880mol/sdeJiv最小，Jv最大