硕士研究生入学考试北科大冶物化试题.doc

北京科技大学
2001年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题5分，共50分）
1.

北京科技大学
2002年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题
考试科目： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、有色金属冶金
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题5分，共50分）
1.

北京科技大学
2003年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 409 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、有色金属冶金、冶金物理化学
说明：①自带计算器。
②总分150分，四道题，单考生与统考生三、四题不同。
一、简要回答下列问题（70分，每题7分）
1.

北京科技大学
2004年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 409 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、工业生态、有色金属冶金、冶金物理化学
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1.

北京科技大学
2005年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 409 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、有色金属冶金、冶金物理化学、工业生态
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1.对稀溶液的溶质i，试推导以纯物质为标准态的活度系数与1%标准态的活度系数之间的关系。
2.简述规则溶液的定义？
3. 对铁溶液中的组元i，溶解反应i=[i]%，试证明标准溶解自由能。
4.简述扩散脱氧的热力学原理？
5.在氧势图（Ellingham图）上，为什么的与T的关系曲线的斜率为负值？其意义如何？
6.写出边界层理论的传质通量的表达式，并解释每项的物理意义？
7.简述未反应核模型？
8.对串联反应A→B→C，写出反应达到准稳态的条件？
9.对基元反应A→P，写出其动力学微分式、积分式及半衰期的表达式？
10.试用双膜理论简要描述钢液中元素氧化反应的动力学机理？
二、（25分）炼钢炉渣组成如下（质量分数）
组元
CaO
MgO
SiO2
MnO
FeO
Al2O3
P2O3
浓度
46.89
6.88
10.22
3.34
29.00
2.47
1.20
Mr
56
40
60.0
70.9
71.9
102
142
试用完全离子理论计算1600℃时，炉渣中的CaO的活度。

以下三、四题适合于统考生（注：单考生不做）
三、（30分）已知Au-Cu固体合金为正规溶液，在500℃，

北京科技大学
2006年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 409 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、有色金属冶金、冶金物理化学、工业生态
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1.何为化合物的标准生产吉布斯自由能、举例说明其应用？
2.对于纯金属M在铁液中的溶解反应M=[M]，当[M]以1%溶液为标准态时，推导其标准溶解吉布斯自由能的表达式？
3.对于有溶液参加的化学反应，当组元[i]的活度以不同标准态计算时，对下列各热力学参数的数值是否有影响？
（1）化学反应的标准吉布斯自由能变化
（2）化学反应的标准平衡常数
（3）化学反应的吉布斯自由能变化
（4）[i]组元的化学势
4.简述溶液组份活度以1%溶液的浓度为标准态的定义，并说明其在冶金物理化学中的作用。
5.在氧势图（Ellingham图）上，为什么的与T的关系曲线的斜率为负值？其意义如何？
6.简述相律，并说明其在冶金中的应用。
7.试写出未反应核模型的一种形式。
8.写出多相反应传质通量的一般表达式，并解释每项的物理意义？
9.对串联反应A→B→C，分布描述反应达到稳态和准稳态的条件？
10.试举例说明气液相反应动力学在冶金中应用的一个实例。
二、（25分）炉渣组成如下（质量百分数）：
组元
CaO
MgO
SiO2
MnO
FeO
Fe2O3
Cr2O3
浓度
31.52
4.36
8.14
1.71
40.25
8.78
5.24
Mr
56.1
40.3
60.0
70.9
71.9
159.8
151.0
试计算1600℃时，炉渣中FeO的活度。
假定炉渣中存在的复合氧化物为：2CaO·SiO2、CaO·Fe2O3、FeO·Cr2O3
以下第三、四题适合统考生，单考生不作
三、（25分）27t电炉炼钢过程中，求正常沸腾的条件下Mn的氧化速率。设炉温为1600℃，渣的成分为：w(FeO)=20%；w(MnO)=5%)，而钢中Mn含量为0.2%，钢液的密度为=7.0×103㎏m-3。渣的密度=3.5×103㎏m-3。渣钢界面积为15m3，Mn、Mn2+、Fe2+、Fe的扩散系数D以及它们在钢渣界面扩散时边界层厚度δ已由实验求得，如下表所示（注：表中的顺序1、2、4、5分别为Mn、Mn2+、Fe2+、Fe传质的有关参数）。若Mn在钢液中的扩散是限制环节，试求Mn被氧化90%所需的时间。
各环节扩散系数D及边界层厚度δ
步骤
渣钢界面积
A/㎡
扩散系数
D/(㎡s-1)
边界层厚度
δ/m
1
15
10-8
3×10-5
2
15
10-10
1.2×10-4
4
15
10-10
1.2×10-4
5
15
10-8
3×10-5
四、论述题（30）
对如下相图，试回答以下问题：

1)标明各相区的组织。
2）划出M、N点的冷却曲线，并用有关相图的理论解释。
以下第五、第六题适合单考生，统考生不作
五、（25分）高炉渣中（SiO2）与生铁中的[Si]可发生下述反应

问：1800K上述反应达到平衡时，SiO的分压可达到多少Pa？
已知渣中（SiO2）活度为0.09。生铁中w[C]=4.1%，w[Si]=0.9%，
=0.109，=0.18
J·mol-1
J·mol-1
六、论述题（30分）对渣钢反应
（1）分析该反应机理。
（2）如改变上述反应体系的搅拌条件能引起反应速率的变化，试问界面反应和传质步骤哪个是控速环节。

北京科技大学
2007年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 409 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、工业生态、有色金属冶金、冶金物理化学
说明：①所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。
②考试用具：考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（70分，每题7分）
1.对于有溶液参加的化学反应，当组元[i]的活度以不同标准态计算时，对化学反应的标准吉布斯自由能变化数值是否有影响？
2.简述的定义式。
3.简述溶液中的摩尔混合吉布斯自由能变化及过剩摩尔混合吉布斯自由能变化的定义，并说明它们的区别与联系。
4.已知金属氧化反应方程式（1）、（2）、（3），判断三个方程式中，哪个M是固相，液相，气相？确定之后，计算M的熔点和沸点。已知
（1）
（2）
（3）
5.举例说明“相界线构筑规则”。
6.用热力学原理简要描述熔渣的氧化还原能力。
7.试从边界层的概念出发简要讨论多相反应过程的传质理论。
8.简述传质系数kd与雷诺数Re及施密特数Sc的关系。
9.试推导气固相反应的未反应核模型在界面化学反应为限制环节时的速率方程。
10.简述双膜传质理论。
二、（30分）若组成为w(Al2O3)=30%、w(SiO2)=55%、w(MnO)=15%的炉渣与成分为w[C]=0.30%、w[Si]=0.35%、w[Mn]=1.5%、w[P]=0.05%、w[S]=0.045%的钢液接触，问钢液中的[Mn]能否将炉渣中（SiO2）还原？
已知下列数据：
1）以下四个反应的热力学数据：
（1） J·mol-1
（2） J·mol-1
（3） J·mol-1
（4） J·mol-1
2) =0.11，=0.18，=0.002，=0.11，=0.056，=0，=-0.07，=-0.0002=-0.0035，=-0.048
3）=1.2，=1.4
4）=102㎏·mol-1, =60㎏·mol-1, =71㎏·mol-1
注：以下三、四题适合于统考生，单考生不作：
三（30分）设Fe-Al液态合金为正规溶液，合金中铝的过剩偏摩尔混合吉布斯自由能在1600℃时可用下式表示：
J·mol-1
纯液态铁的蒸气压与温度的关系如下式表示：

试求1600℃时铁的摩尔分数xFe=0.6的合金中铁的蒸气压。
四（20分）已知炼钢炉渣组成如下：

组元
CaO
SiO2
MnO
MgO
FeO
P2O5
W[i]
42.68%
19.34%
8.84%
14.97%
12.03%
2.15%
在1600℃时将此渣与含氧w[O]=0.058%的钢渣接触，判断此渣的氧化还原性。

注：以下三、四题适合于单考生，统考生不作：
三、（30分）高炉渣中（SiO2）与生铁中的[Si]可发生下述反应

问：1800K上述反应达到平衡时，SiO的分压可达到多少Pa？
已知渣中（SiO2）活度为0.09。生铁中w[C]=4.1%，w[Si]=0.9%，
=0.109，=0.18
J·mol-1
J·mol-1
四、（20分）对渣-钢反应
（1）分析该反应有几个步骤组成。
（2）画出组元A在熔渣和金属中的浓度分布示意图。
北京科技大学
2008年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 809 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 钢铁冶金、有色金属冶金、冶金物理化学、工业生态
说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
一、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1.简述标准生产自由能的定义，并举例说明？
2.在氧势图中，为什么CO的曲线的斜率小于零，其意义如何？
3.简述规则溶液的定义。
4.指出1000K时，在标准状态下，下述几种氧化物哪一个最容易生产。
已知各氧化物的标准生产吉布斯自由能如下
MnO
Mn2O3
MnO2
Mn3O 4
5.简述三元系相图的重心规则。
6.简述熔渣CaO-SiO2的光学碱度的表达式。
7.简述边界层理论，说明它对建立多相反应动力学方程的意义。
8.简述炼钢过程碳-氧反应动力学的机理。
9.试推导未反应核模型在“内扩散为限制环节”时的速率方程（假设界面化学反应为不可逆的）。
10.简述溶质渗透理论的要点。
二、（30分）高炉冶炼含钒矿石时，渣中（VO）被碳还原的反应为

设pCO=100kPa，生铁中含有w[V]=0.45%，w[C]=4.0%，w[S]=0.8%，渣中（VO）的摩尔分数xVO=0.001528。计算1500℃时，与此生铁平衡的渣中（VO）的活度及活度系数。
已知： J·mol-1
J·mol-1
J·mol-1
,,
以下三、四题适合于统考生，单考生不作：
三（30分）实验测的Fe-C熔体中碳的活度（以纯石墨为标准态）与温度T及浓度的关系如下
（1）求与温度T及浓度xC的关系式；
（2）求与温度T的关系式及1600℃时的；
（3）求反应的与温度T的二项式关系表达式；
（4）当1600℃铁液含碳量为w[C]=0.24%时，碳的活度（以w[C]=1%溶液为标准态）是多少？
四（20分）对渣-钢反应
（1）分析该反应的动力学机理；
（2）若反应达稳态，推导反应的动力学方程。
以下三、四题适合于单考生，统考生不作：
三、（30分）将含w[C]=3.8%、w[Si]=1.0%的铁水兑入转炉中，在1250℃下吹氧炼钢，假定气体压力为100kPa，生成的SiO2为纯物质，试问铁水中哪个元素氧化？
已知：=0.14，=0.08，=0.11=0.18
（1） J·mol-1
（2） J·mol-1
（3） J·mol-1
（4） J·mol-1
四、（20分）对渣-钢反应
（1）分析该反应过程的机理；
（2）写出各基元过程的动力学方程，并画出组元A在熔渣和金属中的浓度分布示意图。

北京科技大学
2009年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 809 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 冶金工程
说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
1、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1）举例说明化合物的标准生产和标准溶解吉布斯自由能。
2）试推导1%标准态的活度和纯物质标准态活度的关系。
3）试写出硫容量的一种表达式。
4）写出规则溶液的过剩热力学函数的表达式。
5）简述熔渣的分子理论模型。
6）简述有效边界层的定义。
7）试用双膜理论描述反应的动力学机理。
8）试写出多相反应动力学的基本表达式，并解释每项的物理意义？
9）为什么在单一的铁溶液相中碳-氧反应很难形成CO气泡？
10）对于有溶液参加的化学反应，当组元[i]的活度以不同标准态计算时，对化学反应的吉布斯自由能变化是否有影响？为什么？
2、（25分）对如下相图

1）标明各相区的组织。
2）分析x点的冷却过程，画出冷却曲线，并用有关相图的理论解释。
3、（25分）用Si热法还原MgO，反应的标准吉布斯自由能与温度的关系为；，试计算：
1）在标准状态下的还原温度；
2）欲使还原温度降到1473K，需创造什么条件？
4、（30分）对于气固反应
1）写出未反应核模型的反应机理；
2）并推导“外扩散为限制环节”时的速率方程（假设界面化学反应为不可逆的）。

北京科技大学
2010年硕士学位研究生入学考试试题
试题编号： 809 试题名称： 冶金物化化学 （共2页）
适用专业： 冶金工程
说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。考生自带计算器。
1、简要回答下列问题（每题7分，共70分）
1）对铁溶液中的组元i，溶解反应i=[i]%，试证明标准溶解自由能
2）试写出组元i以纯物质为标准态的活度的定义，推导并讨论为什么其活度系数在组元i的浓度趋于零时为常数。
3）在氧势图（Ellingham图）上，解释形成与T的关系曲线的斜率为什么多数为正，而少数为负？其意义如何？
4）写出规则溶液的定义式。
5）用分子理论模型简要描述CaO-SiO2二元系溶液。
6）写出并画图描述有效边界层的定义。
7）简述溶质渗透理论的假设条件。
8）试解释为什么在气液反应时，在均相溶液中很难形成气泡？
9）推导在铁液深度为H的耐火材料的器壁上活性气隙的最大半径的表达式？
10）对于有溶液参加的化学反应，当组元[i]的活度以不同标准态计算时，对化学反应的吉布斯自由能变化是否有影响？为什么？
2、（25分）对如下相图
1）分析成分为P的液相冷却时所经历的路径，到每一个相区的组织如何？
2）冷却完成后的最终产物有几个相，分析其成分如何？

3、（25分）在转炉吹氧炼钢的某个时刻，铁液温度达到1400℃，假定此时气体压力为1000kPa，生成的SiO2与加入的石灰形成初期渣中的活度为0.5，此时铁液中含w[C]=3.8%、w[Si]=0.6%，试问再继续冶炼，铁水中[C]与[Si]哪个元素氧化？
已知：=0.14，=0.08，=0.11=0.18
（1） J·mol-1
（2） J·mol-1
4、（30分）对于气固反应
1）画出未反应核模型的示意图，并描述反应步骤：
2）推导“气体反应物在固体产物层中的内扩散为限制环节”时的速率方程（假设界面化学反应为不可逆反应）