【正文】 HKHTG100000 )])()298([)(適用于熱力學數(shù)據較完全和在很寬的溫度范圍內討論反應的平衡狀況 將 △ rGm0＝△ H0△ a0TlnT(△ a1X103/2)T2(△ a1X105)T1 … IT 簡化，取 得出三項式： co n stC mp ?? ,CTTBTAG mr ???? ln0 1??m olJBTAG mr ??? 0求解 ： 利用回歸分析常用公式 y＝ a＋ bx xbya ????????2)())((xxyyxxb 與 T的二項式 0mrG??△ rGm0與 T的簡化多項式 例題： P8 解： 參加反應的 Fe和 FeO在 2981650K內發(fā)生兩次相變，需分別計算29 103 118 1650K的 。 oK0?? omr H 放熱反應， 隨溫度上升而減小，平衡向逆反應方向移動 。它研究熔體的相平衡、結構及其物理和化學性質，而熔體的組分是反應的直接參加者，熔體的結構及性質則直接控制著反應的進行 緒言 ?闡述鋼鐵冶金的物理化學原理及主要的有關冶金反應進行熱力學及動力學的分析，為鋼鐵冶金學等課程奠定冶金工藝的基礎理論 《 鋼鐵冶金原理開設 》 的意義 緒言 1 冶金熱力學基礎 化學反應的標準吉布斯自由能變化及平衡常數(shù) 溶液的熱力學性質 — 活度及活度系數(shù) 溶液的熱力學關系式 活度的測定及計算方法 標準溶解吉布斯自由能及溶液中反應 的計算 本章內容 0mrG??冶金熱力學基礎： 熱力學第二定律，它研究冶金反應在一定條件下進行的可能性、方向及限度 ?化學反應自發(fā)進行的判據（恒溫、恒壓）： 吉布斯自由能變化： △ G ＝ G（產） － G（反） △ G0 反應正向 △ G0 反應逆向 △ G＝ 0 平衡 T、 P、濃度（活度）等外部條件能改變 吉布斯自由能變化的特征 ，從而使反應向希求的方向進行。但生產規(guī)模及生產率不如火法冶金 緒言 ?電冶金： 利用電能提取和精煉金屬的方法 ? 電熱冶金： 利用電能轉變成熱能，在高溫下提煉金屬，本質與火法同 ? 電化學冶金： 用電化學反應使金屬從含金屬鹽類的水溶液或熔體中析出。由于絕大部分溶劑為水溶液。進行的化學反應則有熱分解、還原、氧化、硫化、鹵化、蒸餾等 火法冶金一般具有生產率高，流程短，設備簡單及投 資省等優(yōu)點，但卻不利于處理成分結構復雜礦或貧礦 緒言 ?濕法冶金： 一般在常溫或低于 100℃ 下，用溶劑處理礦石或精礦，使所需提取的金屬溶解于溶液中，而其它雜質不溶解。過程可分為原料準備，焙燒、熔煉、精煉、蒸餾和離析等。包括金屬學，粉末冶金，金屬鑄造，金屬壓力加工等。 鋼鐵冶金原理 主講：郭宇峰 教材： 黃希祜 .鋼鐵冶金原理 第 3版 .北京：冶金工業(yè)出版社， 2022 參考書： .火法冶金過程物理化學 (第二版 ).北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1994 .有色冶金原理 .北京 :冶金工業(yè)出版社 , 1990 .冶金過程熱力學 .上海：上海科技出版社，1980 聯(lián)系方式： ：和平樓 247 ： 13975894856， 88830547 ： 1 冶金熱力學基礎 2 冶金動力學基礎 3 金屬熔體 4 冶金爐渣 5 化合物的形成 分解及碳、氫的燃燒反應 6 氧化物還原熔煉反應 7 氧化熔煉反應 8 鋼液的二次精煉反應 課程內容 緒言 金、銀、 銅及隕石鐵 銅及其合金 鐵 具有工業(yè)意義 的元素有 75種 遠古時代 青銅器時代 鐵器時代 20世紀初及中葉 冶金的起源與發(fā)展 ?鐵金屬和非鐵金屬： 前者系指鐵及其合金；后者則指除了鐵及其合金以外的金屬元素 ?黑色金屬和有色金屬： 有色金屬則是指除鐵、鉻、錳 3種金屬以外的所有金屬 ?冶金的概念及分類 ? 冶金的概念： ? 是一門研究如何經濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的學科 金屬的分類 緒言 按內容分類 ?提取冶金學： 研究如何從礦石中提取金屬或金屬化合物的生產過程，由于該過程伴隨有化學反應，又稱化學冶金。 ?物理冶金學： 通過成型加工制備有一定性能的金屬或合金材料，研究其組成，結構的內在聯(lián)系以及各種條件下的變化規(guī)律，為有效地使用和發(fā)展特定性能地金屬材料服務。 冶金學分類 緒言 按提取金屬分類 ?火法冶金： 在高溫下礦石經熔煉與精煉反應及熔化作業(yè)，使其中地金屬和雜質分開，獲得較純的金屬的過程。所需能源，主要靠燃料燃燒，也有靠化學反應熱的。然后再從溶液中提取金屬，包括浸出，分離，富集和提取等工序。故也稱水法冶金 濕法冶金一般具有能耗低，過程易控制，能處理各類 礦石。前者稱為溶液電解，如銅的電解精煉，可歸入濕法冶金，后者稱為熔鹽電解，如電解鋁，可列入火法冶金 緒言 ?煉鐵： 從礦石或精礦中提取粗金屬，主要是用焦炭作燃料及還原劑，在高爐內的還原條件下，礦石被還原得到粗金屬 生鐵，其中溶解來自還原劑中的碳 (4％一 5％ )及礦石、脈石中的雜質，如硅、錳、硫、磷等元素 鋼鐵冶金過程 緒言 ?煉鋼： 將生鐵中過多的元素 (C、 Si、 Mn)及雜質 (S、 P)通過氧化作用及熔渣參與的化學反應去除，達到無害于鋼種性能的限度，同時還要除去由氧化作用引入鋼液中的氧 (脫氧 )，并調整鋼液的成分，最后把成分合格的鋼液澆鑄成鋼錠或鋼坯，便于軋制成材 ?二次精煉： 為了提高一般煉鋼方法的生產率及鋼液的質量 (進一步降低雜質和氣體的含量 )，而將煉鋼過程的某些精煉工序轉移到爐外盛鋼桶或特殊反應爐中繼續(xù)完成或深度完成 緒言 冶金 學的理論基礎 ?冶金過程熱力學： 利用化學熱力學的原理研究冶金反應過程的可能性（方向）及反應達到平衡的條件，以及在該條件下反應物能達到的最大產出率，確定控制反應過程的參數(shù)（溫度、壓力、濃度及添加劑的選擇） ?冶金過程動力學： 利用化學動力學的原理及物質、熱能、動量傳輸?shù)脑韥硌芯恳苯鸱磻^程的速率和機理，確定反應過程速率的限制環(huán)節(jié)，從而得出控制反應的速率的途徑 ?冶金熔體： 是火法冶金反應中參加的具體物質，包括金屬互溶的金屬熔體、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。 利用反應的△ G0可得出反應的平衡常數(shù) K0，由此可計算出反應進行的限度 自由能變化及平衡常數(shù) 化學反應的等溫方程式 ?化學反應： jj BvBvBvBvBv ????? ...44332211對于氣體 ： 對于溶液 ： ? ????? nBvBo BpRTGG ln? ????? nBvBo BaRTGG ln化學反應達到平衡時，壓力商和活度商稱為平衡常數(shù)，僅與溫度有關 mrBB GGvddG ??? ??活度商 壓力商 化學反應的等溫方程：表示化學反應按化學計量方程式從左向右每單位反應進度的吉布斯自由能變化 改變 和 可改變反應的進行方向 ? ?nBvB BaRT ln? ?nBvB BpRT ln 化學反應的等壓方程式 ?對于一定的化學反應， 及 是溫度的函數(shù)： omrG?oK?溫度對平衡移動的影響： 0?? omr H吸熱反應， 隨溫度上升而增大，平衡向吸熱方向移動 。 oK0?? omr H無熱交換， 與溫度無關，即溫度不改變平衡狀態(tài)。 首先計算 ： 2981033K： 10331650K： ????????????njmt r smrmt r smrmr SKSTHKHTG100000 )])298(()298([)(? ?? ?? ???????? 21 121)(injijijjii MbMT ?0mfG?),(, sF eOC mp?253, ),( ?? ?????? TTsF e OC mp253, ),( ?? ??????? TTsF e OC mp然后計算個溫度的 M和 Δ M： 1033K 1183K 1650K 再計 算各溫度的 ，利用回歸分析法處理得到： 0M 2M1M)1 0 3 3()1 1 8 3( MMM ???)1 0 3 3()1 1 8 3( MMM ???),(0 TsF eOG mf?TsF e OG mf 6 4 5 5 5),(0 ???? 冶金反應的 求法 omrG??利用化合物的標準生成吉布斯自由能計算 44332211 BvBvBvBv ???),()( TBGvTG omfBomr ??? ?對于 有 例題： 計算下列反應的 及平衡常數(shù)的溫度關系式。 BTAK o ?? /ln溫度 /K 873 973 1073 1173 1273 1373 （ 1/T ） 10 4 L gK 0 7 8 9 10 11 12lgK0(1 /T) 10 4 作圖法： ?? TK o00 ln KRTG mr ??? ????? molJT)( ??? TT回歸法： ?? TK oTG mr 9 0 1 30 ?????電動勢法 利用 ZrO2固體電解質構成固體電解質電池 A、 AO|固體電解質 |B、 BO 產生的電動勢可測定元素 A還原 BO反應的 或 BO及 AO的 0mrG? )(0 BGmf?正極 負極 FEsBOGsAOGG omfomfomr 2),(),( ???????已知 ，可求得 )(0 BGmf? FEsBOGsAOG omfomr 2),(),( ????例題： P52習題 4 解： FeO(s)+Ni(s)=NiO(s)+Fe(s) ),(),( sF e OGsN iOGG omfomfomr ????