2021北京科技大學冶金物理化學研究生考試大綱 正文

冶金物理化學考試大綱
 
科目代碼：809
科目名稱：冶金物理化學
 
一、考試性質(zhì)與范圍
1．本課程是冶金工程專業(yè)本課生必修課程，是一門重點介紹冶金物理化學基本概念、基本原理以及在冶金過程中應用的專業(yè)基礎課。
2．通過本課程的學習使學生掌握冶金熱力學、冶金動力學的基本原理。學會運用這些原理分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問題；不斷地改造舊工藝，創(chuàng)造新工藝，降低生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)率；不斷地向相關學科滲透，擴大冶金物理化學的研究領域。
3. 通過本課程的學習，使學生掌握冶金物理化學基本的實驗技能，對冶金中的問題，利用冶金物理化學基礎和其他專業(yè)知識綜合的研究方法。
二、考試基本要求
要求學生牢固地掌握冶金物理化學的基本概念和基本原理，獨立完成大量習題，能夠正確熟練地計算冶金體系中化學反應的吉布斯白由能變化，判斷化學反應的方向和限度，分析化學反應的反應機理。獨立完成要求的大綱內(nèi)容與基本習題。
三、考試形式與分值
考試采用閉卷形式，分值：150分。題目分基本概念、計算、論證及利用冶金物理化學的原理和方法解決冶金過程中的實際應用問題。
四、考試內(nèi)容
1． 熱力學基本定理及在冶金中的應用
1.1 幾個基本公式
1）體系中組元i的自由能的描述；理想氣體體系中組元i的自由能；液相體系中組元i的自由能；固相體系中組元i的自由能。
2）等溫方程式的導出：由單個組元I的自由能推導化學反應的自由能變化；討論的三種形式；重點討論的形式，得出；與的關系與聯(lián)系； 與在熱力學中分別承擔的角色。
3）等壓方程式與二項式：微分式；由微分式導出積分式；討論其意義。
1.2 冶金熱力學中標準自由能的計算
1）用積分法計算化學反應的標準自由能變化；（注：講不定積分法，學生閱讀定積分法）；
2）由積分法得到的化學反應的標準自由能求化學反應標準自由能與溫度的二項式；
3）由標準生成自由能和標準溶解自由能求化學反應的標準自由能（二項式）；
4）由電化學反應的電動勢求化學反應的標準自由能變化；
5）由自由能函數(shù)求化學反應的標準自由能變化。
2．熱力學參數(shù)狀態(tài)圖
2.1 Ellingham圖
氧勢圖的形成原理；氧勢圖的熱力學特征；（特殊的線；直線斜率；直線位置）氧勢圖的應用
2.2相圖分析方法及基本規(guī)則
1） 相圖基本定律:相律；連續(xù)原理；相應原理。
2）三元系相圖的構(gòu)成；構(gòu)成原理；濃度三角形。
3）三元系濃度三角形性質(zhì):杠桿規(guī)則與重心規(guī)則；垂線；平行線；等含線；定比例；直線規(guī)則。
4）三元系相圖分析:  圖的構(gòu)成；平面投影圖；結(jié)晶過程（冷卻組織及量-杠桿原理應用）；等溫線與截面；具有一個穩(wěn)定二元化合物的三元系；具有一個不穩(wěn)定二元系的三元系相圖的特點；分析相圖中三個特殊點M₁、M₂及M₃的冷卻過程。
2.3三元系相圖的應用：分析,及CaO-SiO₂-FeO₂ 相圖。
3．冶金溶液
3.1 鐵溶液
1）兩個基本定律：拉烏爾定律；亨利定律；兩個定律的聯(lián)系及區(qū)別分析。
2）不同標準態(tài)活度及活度系數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換：三個不同標準態(tài)的活度的定義；三個不同標準態(tài)的活度之間的關系；三個不同標準態(tài)的活度系數(shù)之間的關系。
3） 標準溶解自由能：溶解前為純物質(zhì)，溶解在溶液中分別為三個不同標準態(tài)時標準溶解自由能。
4） 多元系鐵溶液：瓦格納模型（一價、二階作用系數(shù)）;相互作用系數(shù)的關系（與，與）。
3.2  二元正規(guī)溶液:混合自由能與過剩自由能；正規(guī)溶液的定義；正規(guī)溶液的混合函數(shù)與過剩函數(shù)；正規(guī)溶液的性質(zhì)。
3.3 冶金爐渣
1）爐渣的性質(zhì):堿度（堿度，光學堿度，過剩堿）；氧化還原性。
2） 爐渣結(jié)構(gòu)理論：分子理論；捷姆金完全離子理論。
3） 爐渣的硫容量：硫化物容量;硫酸鹽容量;硫容量與堿度。
4．冶金反應動力學基礎
1）化學反應速率及反應級數(shù)：化學反應進度；化學反應速率；化學反應速率方程（n級不可逆反應）；1級可逆反應方程。
2） 反應速率與溫度的關系：阿累尼烏斯公式與活化能；活化能與熱力學函數(shù)關系式。
3） 擴散與傳質(zhì)：費克第一定律；費克第二定律；費克二定律的特解（擴散偶；幾何面源）
4）相際傳質(zhì)：邊界層的概念；邊界層理論；傳質(zhì)系數(shù)。
5）多相反應動力學基本模型：雙膜理論；溶質(zhì)滲透理論；表面更新理論。
5．多相反應動力學
5.1 氣-固反應
1）氣-固反應特點與反應機理：氣固反應特點及處理方法；
2）未反應核模型：外擴散為限制環(huán)節(jié)時反應模型；內(nèi)擴散為限制環(huán)節(jié)時反應模型；界面化學反應為限制環(huán)節(jié)時反應模型；內(nèi)擴散和界面化學反應混合控速時反應模型；一般情況
3） 未反應核模型應用：未反應核模型特殊條件下：外擴散、內(nèi)擴散或界面化學反應控速應用及動力學參數(shù)獲取。
5.2 氣-液反應
1）氣泡形成機理與動力學過程：均相中氣泡的生成機理;均相中氣泡的生成機理；例：碳-氧反應；非均相氣泡生成機理；活性氣隙的最大半徑；氣泡長大與上升動力學機理；氣泡在液相中的行為；氣泡在液相中的運動；氣泡在上浮過程中長大。
2）鋼液中碳-氧反應動力學：碳氧反應機理；碳氧反應動力學模型；氣泡冶金過程動力學；吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應機理與反應模型。
3）吹氬脫氫過程動力學。
5. 3 液一液反應
液-液相反應特點與動力學方程：液-液反應特點；液-液反應動力學機理；液-液反應動力學模型及實例分析。
 
教材及參考書
1）張家蕓主編 冶金物理化學，冶金工業(yè)出版社，2004年6月
2）郭漢杰編著，冶金物理化學教程（第二版），冶金工業(yè)出版社，2006年8月

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