2021北京科技大學(xué)冶金物理化學(xué)研究生考試大綱 正文

冶金物理化學(xué)考試大綱
 
科目代碼：809
科目名稱(chēng)：冶金物理化學(xué)
 
一、考試性質(zhì)與范圍
1．本課程是冶金工程專(zhuān)業(yè)本課生必修課程，是一門(mén)重點(diǎn)介紹冶金物理化學(xué)基本概念、基本原理以及在冶金過(guò)程中應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。
2．通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握冶金熱力學(xué)、冶金動(dòng)力學(xué)的基本原理。學(xué)會(huì)運(yùn)用這些原理分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問(wèn)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(guān)學(xué)科滲透，擴(kuò)大冶金物理化學(xué)的研究領(lǐng)域。
3. 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握冶金物理化學(xué)基本的實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)冶金中的問(wèn)題，利用冶金物理化學(xué)基礎(chǔ)和其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合的研究方法。
二、考試基本要求
要求學(xué)生牢固地掌握冶金物理化學(xué)的基本概念和基本原理，獨(dú)立完成大量習(xí)題，能夠正確熟練地計(jì)算冶金體系中化學(xué)反應(yīng)的吉布斯白由能變化，判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，分析化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。獨(dú)立完成要求的大綱內(nèi)容與基本習(xí)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(jì)算、論證及利用冶金物理化學(xué)的原理和方法解決冶金過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。
四、考試內(nèi)容
1． 熱力學(xué)基本定理及在冶金中的應(yīng)用
1.1 幾個(gè)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(dǎo)出：由單個(gè)組元I的自由能推導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的自由能變化；討論的三種形式；重點(diǎn)討論的形式，得出；與的關(guān)系與聯(lián)系； 與在熱力學(xué)中分別承擔(dān)的角色。
3）等壓方程式與二項(xiàng)式：微分式；由微分式導(dǎo)出積分式；討論其意義。
1.2 冶金熱力學(xué)中標(biāo)準(zhǔn)自由能的計(jì)算
1）用積分法計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化；（注：講不定積分法，學(xué)生閱讀定積分法）；
2）由積分法得到的化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能求化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能與溫度的二項(xiàng)式；
3）由標(biāo)準(zhǔn)生成自由能和標(biāo)準(zhǔn)溶解自由能求化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能（二項(xiàng)式）；
4）由電化學(xué)反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)求化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化；
5）由自由能函數(shù)求化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。
2．熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖
2.1 Ellingham圖
氧勢(shì)圖的形成原理；氧勢(shì)圖的熱力學(xué)特征；（特殊的線；直線斜率；直線位置）氧勢(shì)圖的應(yīng)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(yīng)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(guò)程（冷卻組織及量-杠桿原理應(yīng)用）；等溫線與截面；具有一個(gè)穩(wěn)定二元化合物的三元系；具有一個(gè)不穩(wěn)定二元系的三元系相圖的特點(diǎn)；分析相圖中三個(gè)特殊點(diǎn)M₁、M₂及M₃的冷卻過(guò)程。
2.3三元系相圖的應(yīng)用：分析,及CaO-SiO₂-FeO₂ 相圖。
3．冶金溶液
3.1 鐵溶液
1）兩個(gè)基本定律：拉烏爾定律；亨利定律；兩個(gè)定律的聯(lián)系及區(qū)別分析。
2）不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)活度及活度系數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換：三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度的定義；三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度之間的關(guān)系；三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)之間的關(guān)系。
3） 標(biāo)準(zhǔn)溶解自由能：溶解前為純物質(zhì)，溶解在溶液中分別為三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溶解自由能。
4） 多元系鐵溶液：瓦格納模型（一價(jià)、二階作用系數(shù)）;相互作用系數(shù)的關(guān)系（與，與）。
3.2  二元正規(guī)溶液:混合自由能與過(guò)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(guò)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(xué)堿度，過(guò)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(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
1）化學(xué)反應(yīng)速率及反應(yīng)級(jí)數(shù)：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度；化學(xué)反應(yīng)速率；化學(xué)反應(yīng)速率方程（n級(jí)不可逆反應(yīng)）；1級(jí)可逆反應(yīng)方程。
2） 反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系：阿累尼烏斯公式與活化能；活化能與熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式。
3） 擴(kuò)散與傳質(zhì)：費(fèi)克第一定律；費(fèi)克第二定律；費(fèi)克二定律的特解（擴(kuò)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(yīng)動(dòng)力學(xué)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(yīng)動(dòng)力學(xué)
5.1 氣-固反應(yīng)
1）氣-固反應(yīng)特點(diǎn)與反應(yīng)機(jī)理：氣固反應(yīng)特點(diǎn)及處理方法；
2）未反應(yīng)核模型：外擴(kuò)散為限制環(huán)節(jié)時(shí)反應(yīng)模型；內(nèi)擴(kuò)散為限制環(huán)節(jié)時(shí)反應(yīng)模型；界面化學(xué)反應(yīng)為限制環(huán)節(jié)時(shí)反應(yīng)模型；內(nèi)擴(kuò)散和界面化學(xué)反應(yīng)混合控速時(shí)反應(yīng)模型；一般情況
3） 未反應(yīng)核模型應(yīng)用：未反應(yīng)核模型特殊條件下：外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散或界面化學(xué)反應(yīng)控速應(yīng)用及動(dòng)力學(xué)參數(shù)獲取。
5.2 氣-液反應(yīng)
1）氣泡形成機(jī)理與動(dòng)力學(xué)過(guò)程：均相中氣泡的生成機(jī)理;均相中氣泡的生成機(jī)理；例：碳-氧反應(yīng)；非均相氣泡生成機(jī)理；活性氣隙的最大半徑；氣泡長(zhǎng)大與上升動(dòng)力學(xué)機(jī)理；氣泡在液相中的行為；氣泡在液相中的運(yùn)動(dòng)；氣泡在上浮過(guò)程中長(zhǎng)大。
2）鋼液中碳-氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：碳氧反應(yīng)機(jī)理；碳氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型；氣泡冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué)；吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)模型。
3）吹氬脫氫過(guò)程動(dòng)力學(xué)。
5. 3 液一液反應(yīng)
液-液相反應(yīng)特點(diǎn)與動(dòng)力學(xué)方程：液-液反應(yīng)特點(diǎn)；液-液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理；液-液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及實(shí)例分析。
 
教材及參考書(shū)
1）張家蕓主編 冶金物理化學(xué)，冶金工業(yè)出版社，2004年6月
2）郭漢杰編著，冶金物理化學(xué)教程（第二版），冶金工業(yè)出版社，2006年8月

北京科技大學(xué)

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