北科冶金物理化学概要

北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义

一 冲刺阶段知识点概要

1.1 课程重点

热力学基本定理在冶金中应用及标准吉布斯自由能的计算方法；Elingham

图的应用；溶液（包括铁液与渣液的活度与活度系数、Wagner 模型、分子理论与离子理论模型、标准溶解自由能等）；扩散与传质的基本理论；三个典型的冶金动力学模型（气固相反应动力学、气液相反应动力学、液液相反应动力学）。

1.2 课程难点

活度的概念及活度标准态的选择；不同标准态活度及活度系数之间关系；相图的基本规则（邻接、相界限构筑、二次体系副分、切线、阿尔克马德、零变点）。含有一个不稳定二元化合物的三元系相图的冷却过程分析；气泡在均相与非均相形核、气泡长大与上升过程动力学机理；液液反应动力学的双膜理论的应用；不同控速条件的气固反应动力学的未反应核模型。

二 冲刺阶段知识点梳理

热力学部分

（注:未指明书系为《冶金物理化学教程》）

1 热力学基本定理及在冶金中的应用

1.1 几个基本公式

第 1 页 共 15 页

北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义

1）体系中组元i 的自由能的描述；理想气体体系中组元i 的自由能；液相体系中组元i 的自由能；固相体系中组元i 的自由能。（书第5 页）

2）等温方程式的导出由单个组元I 的自由能推导化学反应的自由能变化；讨论自由能变化的三种形式；重点讨论

的形式，得出

；自由能变化与标准自由能的关系与联系，二者在热

力学中分别承担的角色。（书6-7 页）标准吉布斯自由能为反应产物与反应物处于标准态时的自由能差，表示反应的限度，是反应平衡态的度量反应的自由能表示反应产物与反应物自由能的差，表征反应的方向。

3）等压方程式与二项式 （仅限于了解）微分式；由微分式导出积分式；（书7 页）等压方程式表征了温度对平衡移动的影响。

1.2 冶金热力学中标准自由能的计算 （书11-15 页）

1）用积分法计算化学反应的标准自由能变化； 物质的标准生成吉布斯自由及标准溶解吉布斯自由能定义，要求会举例。（书11 页） 2）由积分法得到的化学反应的标准自由能求化学反应标准自由能与温度的二项式；

3）由标准生成自由能和标准溶解自由能求化学反应的标准自由能（二项式）；

4）由电化学反应的电动势求化学反应的标准自由能变化；（要求会写正极、负极及总反应式）

5）由自由能函数求化学反应的标准自由能变化 。（自由能函数的定

第 2 页 共 15 页

北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义

义，书13 页）

2 热力学参数状态图

2.1 Ellingham 图

氧势图的形成原理：为了直观的分析和考虑各种不同元素与氧的亲和能力，了解不同元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素与1 摩尔氧气反应的标准吉布斯自由能变化，得到的标准吉布斯自由能和温度之间的二项式关系称为氧势图。

---氧势图的热力学特征

1、位置越低，表明标准生成吉布斯自由能越大，在标准状态下所生成的氧化物越稳定，越难被其他元素还原。

2.在同一温度下，若几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先氧化

3、位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。 4，由于生成一氧化碳的直线斜率与其他直线斜率不同，将一氧化碳线图分成三个区域。

5．直接还原和间接还原。

---氧势图的应用（参见《钢铁冶金原理》244-248 页） 具体内容

1）氧势图的形成原理；（书本15 页）

2）氧势图的热力学特征；（特殊的线；直线斜率；直线位置）（书本17页）

第 3 页 共 15 页

北京科技大学冶金物理化学专业课冲刺讲义

3）氧势图的应用(书本24-27 页)

了解：氧气标尺；Jeffes 图；溶解在铁溶液中的元素与氧气反应的氧势图

2.2 相图分析方法及基本规则

具体内容

1）相图基本定律：相律、连续原理、相应原理（书本61 页） 2）三元系相图的构成：构成原理、浓度三角形（书本65 页） 3）三元系浓度三角形性质：杠杆规则与重心规则，重点要求会推导这两个规则（书本67-68，直线规则即是杠杆规则）

4）三元系浓度三角形性质：垂线、平行线、等含线、定比例、直线（65 页）

5）简单共晶型三元系：图的构成、平面投影图、结晶过程（冷却组织及量-杠杆原理应用）、等温线与截面。（70-71 页）

了解：相图的基本规则（77 页，相关规则最好会叙述） 6）具有一个稳定二元化合物的三元系（70 页，要求掌握P 点冷却过程及冷却曲线，并会计算相关组织含量）

7）具有一个不稳定二元系的三元系：图的特点、分析相图中一个特殊的点M1 的冷却过程（异常重要，书本72-76 页）

要求：会分析M1、M2、M3 点的冷却过程，并能画出冷却曲线 也可参考《钢铁冶金原理》141-154 页，里面详细讲述了三元系相图的基本知识及基本类型。

2.3 相图的应用（了解）

第 4 页 共 15 页