钢铁冶金原理教案1.doc

主要内容： 第一章 冶金过程热力学基础，热力学基础，反应热力学分析 第二章 冶金过程动力学基础，动力学基础，反应动力学分析 第三章 铁的还原，铁氧化物还原的热力学，动力学分析 第四章 碳的氧化反应，风口前碳的燃烧，生铁渗碳，炼钢脱碳 第五章 硅，锰，铬，钒等元素的氧化和还原 第六章 磷的去除，脱磷的热力学及动力学分析 第七章 硫的脱除，脱硫的热力学及动力学分析 第八章 脱氧，脱氧的热力学动力学分析 第九章 钢中的非金属夹杂物，来源，对钢性能的影响，去除 参考书目： ⑴钢铁冶金物理化学，北科大，陈襄武，冶金出版社(硕士教材) ⑵冶金热力学，北科大，李文超，冶金出版社 ⑶★钢铁冶金原理，重庆大学，黄希祜，冶金出版社(第三版)(本科教材) 第一章 冶金过程热力学基础 主要内容： §1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.2 溶液的热力学性质(活度及活度系数) §1.3 冶金炉渣理论和性质 §1.4 氧化还原反应热力学 1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.1.1 热力学函数(体系的状态函数) 一，焓H：(U：内能) 焓H又称为热焓，它是体系的状态函数。一个体系在等压下发生状态变化时，其焓变即为该过程的热效应。 备注：U：体系内质点所具有的总能量。 二，熵S：熵也是体系的状态函数，体系中质点排列的状态数越多，越混乱，S值越大，自发过程总是向着熵增大的方向进行。 备注：S：体系中排列混乱的度量。 对于可逆过程， (状态变化时) 绝热过程：(自发) 三，吉布斯自由能G：， 对于等温等压过程， §1.1.2 热力学函数之间的关系 根据U、H、S、G等热力学状态函数的定义及其性质可得出共同的关系式： 热力学函数之间的基本关系式 状态函数 全微分 一阶导数，麦克斯威尔关系式， 热力学平衡判据 U ，，， ，，， ，，， ，，， 另：。 在不同的条件下，可根据不同的热力学平衡判据，判断过程进行的可能性、方向性及最大限度。 §1.1.3 热效应的计算 一，物理变化过程中热效应的计算： 纯物质的加热和冷却是一个物理变化过程，其过程焓变可用kirchhof公式计算，对于等压加热过程： ， 当有相变发生时，若相变温度为(℃)，相变热为 备注：， 则： 将纯物质由室温的固体加热到气体，全过程的热效应： 式中：，，：固体相变，熔化，蒸发热 ，，：固体相变温度，熔点，沸点 ，，，：固体1，固体2，液体，气体等压热容 二，化学反应热效应计算： 定义： ⑴热效应、化学反应过程伴随着热量的吸收和放出，在等容等压下进行的化学反应，当反应物与生成物温度相同时，放出或吸收的热量称为化学反应的热效应。 ⑵盖斯定律：化学反应的热效应只与反应的始末状态有关，而与反应过程无关。因此化学反应式及热效应可以加减乘除计算。 若已知某一温度下化学反应的热效应，可根据kirchhof定律(基尔霍夫等压定律)求出另一温度T下的热效应： 通常： 其中：可根据热力学数据表求出，而是温度的函数。 ， §1.1.4 化学反应自由能的变化 一，化学反应的等温方程式： 化学反应的自由能变化 在标准状态下： ：标准生成自由能 对于理想气体：(等温下) 对于气体物质间的化学反应： 等温下： 分压商 平衡态：， 等温方程式 对于有溶液参加的化学反应： (即：) ：活度商 等温方程式： 等温等压下，化学反应自由能的变化是反应进行方向、限度的判据： ，即，正向进行； ，即，逆向进行； ，即，达平衡。 备注：作业：P52 2，3 二，平衡常数与温度的关系： 化学反应的与K只是温度的函数： 等压下等式两边对T微分： 两边同乘以T： ↘ 由Gibbs-Helmhotltz方程可得： 即： 称为化学反应的等压方程式 §1.1.5 化学反应的标准自由能变化 一，化学反应标准自由能变化的计算： 判断化学反应进行方向的热力学判据为，需计算： 可由参加反应的各种物质的标准生成自由能来计算，也可由反应的平衡常数K来计算，也可由电化学反应的电动势来计算，还可由自由能函数来计算。 备注：计算有4种方法。 1，由参加反应的各种物质的标准生成自由能计算： 例：试求下列反应的标准自由能变化及平衡常数K的温度关系式。 TiO2+3C(石)=TiC(s)+2CO(g) 由热力学数据表可查出各化合物的标准生成自由能： = = 2，由实验测定的化学反应平衡常数K求反应的： (实验可测出此关系式中的A，B) 例：在不同温度下测得碳酸铝分解反应的平衡常数K如表所示，试用图解法及回归分析法计算反应的及K的温度关系式。 K与T的实测值。(CaCO3=CaO