《冶金原理》课后习题及解答(2)

2019-03-16 22:42

3去掉余下的界限(Ef,Ee2,Ee3) 4在液-固相区画出一系列结线 5标出各相区的平衡物相

6用边界规则检查所绘制的等温面图

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? 答:1背向规则 2杠杆规则 3直线规则 4连线规则

5 三角形规则 6重心规则 7切线规则 8共轭规则等 分析熔体冷却过程时

a:液相点总是沿着温度下降的方向移动的,液相点,原始点与固相点始终在一条直线上,且原始物系点必定在固相点与液相点之间,他们之间的质量关系符合杠杆原理。 b:结晶终了时,液相点与固相点的变化路径首位相连,合为一条折线。

C:在包括三元转熔反应的冷却结晶过程中,如果被回吸组分在析晶过程中消耗完,则剩余的液相发生穿越所生成组元初晶区的现象。

8试根据氧化钙-二氧化硅-三氧化二铝系相图说明组成为(WB/%)氧化钙40.53二氧化硅32.94三氧化二铝17.23氧化镁2,55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。 解:

6

炉渣的∑WB=93.25%,需将其重新换算,使三组分(MgO计入CaO组分之内)之和为100%,因此∑WcaO=46.20%,∑SIO2=35.32%,∑Al2O3=18.48%,因此,炉渣的组成点位于ACS-C2AS-C3S2内的O点

当组成点为O的此渣冷却到此渣系所在的等温线所示的温度时,开始析出C2AS相,温

//

度下降时不断析出C2AS相,液相沿O-O-P-E变化,在OP段析出二元共晶C3S2-C2AS,在P点进行转熔反应L+ C3S2= C2AS+CS,沿PZ线段析出二元共晶体CS- C2AS,在E点析出三元共晶体CS- C3S2- C2AS.而固相成分沿C2AS-a-b-c-o变化

7如何判断无变点的性质?它与化合物的性质和界限的性质有何关联?如果某三元系中只生成了一致熔融化合物,该体系中有可能出现转熔点吗?

7

答:在浓度三角形中,一致熔融化合物的组成点落在自己的初晶面之内,不一致熔融化合物的组成点都落在自己的初晶面之外。

根据无变点与其相对应子三角形的相对位置关系来确定该无变点的性质,即是低共熔点还是转熔点。

无变点的性质与相应化合物的性质和界限的性质没有必然联系,如果某三元系中只生产了一致熔融化合物,该体系中有可能出现转熔点。

第三章

1、一般来说,在发生相变时物质的各种性质都会发生变化,相变过程的热效应可视为原子间结合力变化的标志。对

2、液体的性质和结构究竟更接近于固态还是更接近于气态,主要取决于液体的结构特点。错

3、液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小。对

4、液态金属与熔盐的结构相同,均为进程有序,远程无序。对

4、熔渣从金属液中吸收有害杂质硫及磷的能力决定于渣中存在的自由CaO。对 5、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错

6.结构起伏的尺寸大小与温度有关,温度越高,结构起伏的尺寸越大。错

7、阴离子与阳离子间的库伦作用力是决定溶液热力学和结构性质的主要因素。对 8、大多数金属熔化后电阻减小,并且随温度升高而减小。错

9、金属在液态和固态下原子的分布答题相同,原子间结合力相近。对 10、熔盐熔化时的体积增加是自由体积的增加。错 11、一般认为空穴是在作为谐振子的球状的阴阳离子间形成的,空穴体积相当于熔融时体积膨胀量,空穴的分布是均匀的。对

12、金属原子与氧原子的电负性相差越大,离子键分数越大,氧化物离解为简单离子的趋势也越大。对

13、氧化物离解为简单离子的趋势取决于氧化物中阳离子与氧离子的作用力。对 14、一般来说,场强越大则氧化物的酸性越强;场强越小则氧化物的碱性越小。错 单键强度越大,氧化物的酸性越强;反之,单键强度越小,氧化物碱性越强。对

15、对于同一种金属,通常其高价氧化物显示酸性或两性,低价氧化物表现为碱性。对 16、随着温度升高,低聚物浓度降低。错

17、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错

18、冶金熔体的结构主要取决于质点间的交互作用能。对

19、冶金熔体的结构:指冶金熔体中各种质点的排列状态。对

20、熔体结构主要取决于质点间的交互作用能。对冶金熔体的物理化学性质与其结构密切

相关。对

21、相对于固态和气态,人们对液态结构,尤其是冶金熔体结构的认识还很不够 对 22、不同的冶金熔体具有明显不同的结构和性质 对

1、 典型的晶体结构有三种:_________、___________和_________。面心立方、体心立方、

密堆立方

2、 根据氧化物对氧离子的行为,可以将它们分为__________、___________和_________。

酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物。

8

3、 电荷小、半径大、活动性较大的阳离子,争夺氧的能力很弱,这种阳离子称为_____。

便网离子

4、 通常熔渣的热力学模型有__________、_________、和_________。分子理论模型、聚合

物模型、理想离子溶液模型

5、 马森模型可分为__________和_________两种。直链模型、支链模型 6、 熔体结构主要取决于质点间的_________交互作用能

7、 金熔体的物理化学性质与其_________ 密切相关 结构 8、 通常情况下,冶金熔体的结构和性质更接近于其_________固态

9、 在熔点附近液态金属和固态金属具有相同的_________和_________ 结合键 近似的原

子间结合力 10、 原子的热运动特性大致相同,原子在大部分时间仍是在其平衡位(结点)附近振动,

只有少数原子从_________位以跳跃方式移动 一平衡位向另一平衡位 11、 金属熔体在过热度不高的温度下具有_________的结构 准晶态 12、 熔体中接近中心原子处原子基本上呈_________的分布,与晶体中的相同(保持了

近程序);在稍远处原子的分布几乎是_________的 有序 无序 13、 熔渣的氧化能力决定于其中未与SiO2或其他酸性氧化物结合的_________的浓度

自由FeO 14、 熔渣从金属液中吸收有害杂质S及P的能力决定于渣中存在的_________ 自由

CaO; 15、 只有在_________的情况下,熔渣才能被视为理想溶液 稀溶液 16、 可用_________表示阳阴离子间的作用力——阳离子的静电场强。 zc/d2 17、 酸性氧化物的阳离子静电场强一般大于1.0?10?12m?2,场强越大则氧化物的酸性

_________ 越强

18、 碱性氧化物的阳离子静电场强一般小于0.6?10?12m?2,场强越小则氧化物的碱性

_________ 越强。

19、 对于同一种金属,通常其高价氧化物显_________,而其低价氧化物显_________

酸性或两性 碱性,

20、 渣中阳离子及阴离子的分布显示_________,出现了有序态的离子团。微观不均匀

1、冶金熔体的结构:是指冶金熔体中各种质点的排列状态。

2、成网离子:电荷大、半径小、电离势大的阳离子,争夺氧的能力强。 1、熔体的聚合程度是如何表示的,它与熔体的结构有何关系? 2、简述捷母金理想离子溶液模型的要点。 3、简述弗鲁徳离子溶液模型的要点。

1、熔体的聚合程度通常是用平衡常数表述的,平衡常数越大,其聚合程度越高,平衡常数越小,其聚合程度越低。

2、1)熔渣完全由离子组成,包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子; 2)熔渣中阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。 3、1)熔渣完全由离子组成,包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子。

9

2)阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。

试分析Ba-O,Al-O键的性质?

解:要判断键的性质,首先计标其离子键分数

2

离子键分数=1-exp[-1/4(xA-x0)] xA和x0分别表示金属(或准金属)原子积和原子的电负性

由教材P60求3-2知 x0=3.44 xBa=0.98 xAl=1.61 对于Ba-O而言

2

离子键分数=1-exp[-1/4(0.98-3.44)]=1-exp(-1.626)=0.803 对于Al-O而言

2

离子键分数=1-exp[-1/4(1.61-3.44)]=1-exp(-0.837)=0.567

某矿渣成分(wb/%)FeO 13.3,MnO 5.1,CaO 38.2,MgO 14.7,SiO2 28.1,P2O5 O.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 解:1 捷姆金理想溶液模型:

2+2+2+2+2-4-3- 假定熔渣中存在Fe、Mn、Cu、Mg、O、SiO、PO4、 氧化物 wb/% 物质的量 FeO 13.3 0.186 MnO 5.1 0.072 CaO 38.2 0.682 MnO 14.7 0.368 SiO2 28.1 0.408 P2O5 0.6 0.004 溶液中碱性氧化物按下列反应离解为相应的金属阳离子和氧阴离子

2+2- 2+2- 2+2-2+2- FeO=Fe+O MnO=Mn+O CaO=Ca+O MgO=Mg+O

因此,个金属阳离子的物质的量分别为:

2+2+

n(Fe)=n(FeO)=0.185 mol n(Mn)=n(MnO)=0.072 mol

2+2+

n(Ca)=n(CaO)=0.682mol n(Mg)=n(MgO)=0.368 mol

+2+2+2+2+

∑ni= nFe+ nMn+ nCa+ nMg=1.037 mol 复合阴离子的生成反应为:

2-4-2-3-

SiO2+O2=SiO4 P2O5+3O2=2 PO4

4-3-故n(SiO4)=n(SiO2)=0.468 mol n(PO4)=2n(P2O5)=0.008 mol

2-2-熔渣中O的物质的量为碱性氧化物离解出的O的物质的量之和减去复和阴离子生成消耗的2-O的物质的量

2- n=(O)= n(FeO)+ n(MnO)+ n(CaO)+ n(MgO)- 2n(SiO2)-3 n(P2O5+) =0.359 mol

-4-3-2- ∑ni= n(SiO4)+n(PO4)+n(O) =0.835 mol

2+2++

X(Fe)=n(Fe)/∑ni=0.142

2-2-- X(O)= n(O)/∑ni=0.428

2+2-因此,炉渣在FeO的浓度为a(FeO)=x(Fe)*x(O)=0.142*0.428=0.016

2弗鲁德理想溶液模型的离子摩尔分数表达式为: v+v+v+v-v-v-xi=vini/∑vini xj=vinj/∑vjnj

式中vi、vj分别为第i种阳离子和第j种阴离子的电荷数

2+2+2+2+2+2+

X(Fe)=2 n(Fe)/[2 n(Fe)+2 n(Mn)+ n(Ca)+ n(Mg)] =2*0.185/(2*1.307)=0.142 2-2-2-4-3-X(O)=2 n(O)/[2 n(O)+4 n(SiO4)+3 n(PO4)]

10


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