2010冶金物理化学期末辅导(1)(4)

2019-04-15 23:06

?lgf2??%2??e2,

2?lgf2??%3?j23n?e2,?;e2,e2,?,e2叫做组元2的“活度相互作用

3n系数”。则 lgfi??e?%j?

ij?2一般 fi?fi2?fi3???fii???fin??

nn lgfi??lgj?2fi?j?e?%j?

jij?2 lgfij?eij[%j ]

8)重点掌握正规溶液的定义、性质

摩尔混合自由能?mixGm

设n1mol的纯组元1与n2mol纯组元2混合, 混合前,体系总自由能为

G=n1G1,m?n2G2,m

???混合后,体系总自由能为

G?n1G1,m?n2G2,m

?n1(G1?m?RTlna1?)n,体系混合吉布斯自由能定义为:

?mixG?G?G??G2?m2,?RTlan? 2

nlna)22

a? ?RT(n1ln1把实际溶液中体系的摩尔混合吉布斯自由能定义为?mixGm,re

?mixGm,re?RT(x1lna1?x2lna2)

混合熵 正规溶液的混合熵与理想溶液的混合熵相同

???mixGm,id??mixSm,正规??mixSm,id??????R(x1lnx1?x2lnx2)

?T??P ?x1?mixS1,m?2x?mi2x,S m

其中 ?mixSi,m??Rlnxi(注:实际溶液?mixSi,m??Rlnai)

混合焓

?mixHm,正规??mixGm,正规?T?mixSm,正规 ?RT(x1lna1?x2lna2)?RT(x1lnx1?x2lnx2

?RT(1xln?1?xl?n2 )2或?mixHi,m?RTln?i

E过剩摩尔混合吉尔斯自由能?mixGm

E过剩摩尔混合吉尔斯自由能?mixGm,即为实际摩尔混合吉尔斯自由能与理想摩尔混和

吉布斯自由能(?mixGm,id?RT(x1lnx1?x2lnx2))之差

?mixGm??mixGm,re??mixGm,id?RT(x1ln?1?x2ln?2)

E定义:?mixG1,m?RTln?1

?mixG2,m?RTln?2

??mixGm?x1?mixG1,m?x2?mixG2,m

EEEEE称?mixG1,m及?mixG2,m分别为组元1和组元2的过剩偏摩尔混合自由焓。

无热溶液与规则溶液

E对于实际溶液,由于?1和?2分别不为1,所以?mixGm?0。

EEEEE而?mixGm??mixHm?T?mixSm

?mixGm?0有两种可能

EE① ?mixHm?0 而?mixSm?0-无热溶液

EEE② ?mixHm?0 而?mixSm?0-规则溶液

正规溶液定义

过剩混合热(其实为混合热)不为零,混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫做正规溶液。 ∵ ?mixHm,id?0

即 ?mixHm,re??mixHm,id?0

?mixSm,re??mixSm,id

正规溶液性质

E(1)?mixGm与RTln?i不随温度变化

E???mixGm?E??????mixSm?0,

?T??PE???mixGiE,m???T??E???mixSi,m?0 ???P??mixGm与?mixGi,m均与温度无关。

E又?mixGi,m?RTln?i

?RTln?i亦与温度无关,是一常数。或ln?i与T成反比。

E(2)?mixHm与?mixHi,m与温度无关

EE??mixHm??mixGm,?mixHi,m??mixGi,m ??mixHm与?mixHi,m皆与温度无关。

EEEEEE(3)正规溶液的?值不随浓度变化

对二元系溶液,定义:?i?ln?1ln?i2?1?xi?

对二元系,?1??1?x1?2,?2?ln?2?1?x2?222或ln?1??1x2,ln?2??2x1

对正规溶液?1??2

22∴ ln?2??x1 ln?1??x2

2. 2 炉渣熔体

1)掌握熔渣的以下化学特性

将炉渣中的氧化物分为三类:

(1)酸性氧化物:SiO2、P2O5、V2O5、Fe2O3等; (2)碱性氧化物:CaO、MgO、FeO、MnO、V2O3等; (3)两性氧化物:Al2O3、TiO2、Cr2O3等。 碱度的三种定义

(1)过剩碱 根据分子理论,假设炉渣中有2RO?SiO,4RO?P2O5,RO?Fe2O3,23RO?Al2O3等复杂化合物存在。炉渣中碱性氧化物的浓度就要降低。实际的碱性氧化物数

量nB??nCaO?2nSiO2?4nP2O5?nFe2O3?3nAl2O3

nB叫超额碱或过剩碱,其中?nCaO?nCaO?nMgO?nFeO?nMnO??

(2)碱度

êO%SiO2,êO%SiO2?%Al2O3,

êO?%MgO%SiO2?%Al2O3,

êO%SiO2?%P2O5 ?

(3)光学碱度 ???Ni?1i?i

mixiNi-氧化物i中阳离子的当量分数。具体计算Ni??mixi ,其中

mi-氧化物i中的氧原子数;xi-氧化物i在熔渣中的摩尔分数。

熔渣的氧化还原能力 定义?tO表示渣的氧化性。认为渣中只有FeO提供的氧才能进入钢液,对钢液中的元素进行氧化。渣中Fe2O3和FeO的量是不断变化的,所以讨论渣的氧化性,有必要将Fe2O3也折算成FeO,就有两种算法:

(1)全氧法 (2)全铁法

?tO?tO?1.35tO23

?tO?tO?0.9tO23

注:决定炉渣向钢液传氧的反应是

?FeO???O???Fe?

K???%O?aFeO或

L0??%O?aFeO

6320T实验测得:lgK????2.734

T=1873K,K?或L0?0.23。

??令L0?%O?aFeO-代表实际熔渣中的值。

??L0时,?G??RTlnL0?RTlnL0??RTln当L0?L0L0?0,反应逆向进行,钢液中的

氧向熔渣传递;

??L0时,?G?RTln当L0?L0L0?0,反应正向进行,熔渣中的氧向钢液传递。

2)重点掌握熔渣的两种结构理论模型,用模型计算熔渣体系中碱性组元的活度

分子理论模型 假设:

(1)熔渣是由各种电中性的简单氧化物分子FeO、CaO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5及它们之间形成的复杂氧化物分子CaO?SiO2、2CaO?SiO2、2FeO?SiO2、4CaO?P2O5等组成的理想溶液;

(2)简单氧化物分子于复杂氧化物分子之间存在着化学平衡,平衡时的简单氧化物的摩尔

分数叫该氧化物的活度。以简单氧化物存在的氧化物叫自由氧化物;以复杂氧化物存在的氧化物叫结合氧化物。如: ?2CaO?SiO2??2?CaO???SiO2?

KD?xCaOxSiO2x2CaO?SiO22

由KD计算的xCaO及xSO叫CaO及SiO2的活度。

i2注意:一般情况下,为了简单计算,通常认为,酸性氧化物SiO2,P2O5,……与CaO,

MgO,……等碱性氧化物的结合是完全的。这样可以简单计算碱性氧化物的活度。

完全离子理论模型

(1)假设:

① 熔渣仅由离子组成,其中不出现电中性质点;

② 离子的最近邻者仅是异类电荷的离子,不可能出现同号电荷离子;

③ ③所有阴离子的作用力是等价的,而所有阳离子同阴离子的作用力也是等价的; (2)统计热力学结论:

①熔渣是由阳离子和阴离子两种理想溶液组成。(混合焓?H?0)。②Gij?Gij?RTlnaij?Gij?RTlnxixj

????其中:xi??ni??n?O xj??nj?i??n

j?(3)熔渣的电离情况:

CaO?Ca2?2? CaS?Ca2??S2?


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