有色冶金原理

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1、一、判断、填充或解释下列各题（每题 2分，共40分） 1. 二元相图分析中，包晶反应的通式为： 。共晶反应的通式 为： 。 2. 气氛的控制对冶金过程非常重要，氧势是表示气氛氧化能力强弱的物理量，它 的定义是： 。在氧化物氧势图（吉 布斯自由能图）中，若反应物发生相变，则其氧势线斜率 。 3. 硅酸盐熔体中硅氧络合阴离子结构随O/Si而改变，由于Si-O之间的氧离子引 力很大，因而炉渣中的SiO z-会吸引碱性氧化物离解出来的O2-，SiO z-愈来 x y x y 愈简单，离子半径愈来愈 （填大或小），因此粘度愈来愈 （填大 或小）。 4 .熔渣结构离子理论的要点：

2、① 9 ② 与晶体相同，熔渣中每个离子的周围都是异号离子； ③ 5. 熔锍又称冰铜是冶金四大熔体之一，铅冰铜的主要成分为 、 和 其他硫化物。 6. 高温下用C直接还原MeO反应的自由度是多少？ ；影响反应平 衡因素有 。 7. 在溶液中还原MeO时兀（MeO）越小所需的％CO越 （填高或低），当还 原产物Me形成溶液时兀（MeO）越小所需的％。。越 （填高或低）。 8. 判断：氧化精炼时，欲使杂质M，氧化除去，其必要条件是：PO2（MO）VPO2 （MO） （填对或错）注：MO为主体金属氧化物，M，O为杂质金属氧化物。 9. 金属A和B的相图为一形成简单共

3、晶的二元系，其共晶组成约在中点，能否 用熔析法分离A和B？ ；金属C和D的相图为一具有局部固溶体的 二元系，能否用区域精炼法分离C和D？ 。 10. 含于粗铜中的贵金属（Au, Ag）能通过氧化精炼除去吗？ 。为什 么？ O 11. 何谓稳定态扩散？ 12. 谢伍德准数（Sherword's Number）是表征 的 准数，其表达式为： 。 13. 反应AgNO3+NaCl = AgCl + NaNO 3的平衡条件能否表示在E-pH图上？为 什么？ 。 14. 在湿法冶金中，影响浸出速率的主要因素有那些：① ； ② ;③ ;④ 。 15. 加压氢

4、还原过程中，用氢从溶液中还原金属的可能性，可根据标准电极电位 的比较加以确定。正电性的金属实际上可以在溶液的任何酸度下用氢还原。 这个提法对吗？ （填对或错）。在湿法冶金中，浸出过程受化学反 应控制时反应的表观活化能要 （填大于、小于或等于）受扩散控制时 反应的表观活化能。 16. 何谓离子熵对应原理？ 17. 什么叫超电势？ ，阴极极化超 电位增大有助于电解析出金属为细小晶粒的说法是否正确？ 。 18. 湿法冶金包括三个主要过程① 、② 、③制取金属或沉积。 19. 两种离子共同放电的基本条件是： 。电解液中杂 质浓度越高则在阴极开始析出杂质的电位越接近主体

5、金属析出电 （填 对或错）。 20・电解液中的三种传质方式：① ; ® :③ 。 二、简答题（第1-4题中任选二题，多选解答正确不计分，错误扣分， 其余为必做题，共 40分） 1. （本题 10 分）区域熔炼是粗金属精炼（尤其是制取高纯金属）中常用的方法 之一，如锗和硅的提纯过程中，只需重复区域熔炼过程五次即可使其杂质降 低到 10-9的水平。试述区域熔炼的基本原理和方法，影响区域熔炼效果的因 素有哪些？ 2. （本题10分）氧化物艾林汉图中2C+O2==2CO反应的氧势线斜率是负值，试 解释其原因；这对高温冶金有什么意义？ 3. （本题10分）简述冰铜吹炼成粗铜的基本原理。

6、4. （本题10分）下图是有一个不稳定二元化合物C3S2生成的三元系CS-C2S-C2AS 相图。请应用相图的基本知识完成下列各题：（1）指出图中对应物质的初晶区； （2） E点和P点分别是什么，其发生的反应是什么？（3）试分析成分为x的 熔体冷却结晶过程。 de C — n k -St 二厂 k+TT+k i n c 其中C［和cn分别为I相和II相内浓度，K为反应的平衡常数，k和kn分别 为I相、II相内传质过程的速率常数，k是界面化学反应的速率常数。试分析 c 上式，说明何种情况下为界面化学反应控制，何种条件下为扩散控制，什么情 况下属混合控制。 6.（本题10分

7、）简述E-pH图结构原理和绘制要点？ 三、计算题（每题 10分，共20分） 1. 工业生产中用硅热法还原氧化镁来制取金属镁。试问: ⑴在标准状态下，下面反应的还原温度是多少？ Si（s）+ 2MgO（s）= 2 Mg（g）+ SiO2（s） AG归522500-211.71 T J/mol. ⑵ 已知 2CaO八 + SiO〃、= Ca’SiO— AG归-126236 - 5.02 T J/mol,当加入 （s） 2（s） 2 4（s） 添加剂CaO后，还原温度下降到多少？ ⑶在加入CaO的基础上，若想使还原温度继续下降到1473K，应釆取什么 措施？ 2.溶液中含有活度均为1

8、的Zn2+和Fe2+离子，已知氢在铁上的超电压为0.40V， 若要使离子的析出次序为Fe、H2、Zn，问25°C时溶液的pH值最大不超过多 少？在此最大pH值的溶液中，H+开始放电时，Fe2+浓度为多大？已知 s0 =—0.44 V, s0 =—0.763 V。 Fe2+ /Fe Zn2+ /Zn 一、判断、填充或解释下列各题（每题 2分，共40分） 1. 对于炉渣的酸碱性， 有时用硅酸度表示， 有时也用碱度表示， 请解释： 硅酸度= ; 碱度= 。 2. 气氛的控制对冶金过程非常重要，氧势是表示气氛氧化能力强弱的物理量，它 的定义是 。在氧化物氧势图（吉 布斯自由能图）中，若

9、反应物发生相变，则其氧势线斜率 。 3. 熔渣的结构对其性质具有较大影响，硅酸盐熔渣中硅氧复合阴离子结构随 O/Si 而改变，O/Si越大，则形成的硅氧复合阴离子结构 （填复杂或简单）， 从而熔渣的粘度越 （填大或小）。根据熔渣的分子理论，熔渣的氧化性大 小主要取决于 。 4. 熔锍是冶金四大熔体之一，镍锍的主要成分为： 、 和其 他硫化物。 5. 在溶液中还原MeO时x（MeO）越小所需的％CO越 （填高或低），当还 原产物Me形成溶液时x（Meo）越小所需的％。0越 （填高或低）。 6. 对于具有多个化合价的金属元素的氧化物在还原时遵从 原则，当 温度高于570£时

10、Fe2O3的还原顺序为 。 7. “电热连续结晶机除铅铋的方法”被称为“二十世纪锡冶金最伟大的发明”之一， 请问在电热连续结晶机的槽头（上端）得到的产品为 ，槽尾（下端） 得到的产品为 。 8. 金属 A 和 B 的相图为一形成简单共晶的二元系，其共晶组成约在中点，能否 用熔析法分离A和B? ；金属C和D的相图为一具有局部固溶体的 二元系，能否用区域精炼法分离C和D？ 。 9. MeS能否用C、H2、CO还原剂直接还原为Me？ 。含于粗铜中 的贵金属（Au, Ag）能通过氧化精炼除去吗？ 。 10. 硫元素的存在会使钢的性能受到极大影响，主要会发生 现象，熔 渣-铁液间

11、的脱硫反应是什么？ . 11. 何为准稳态原理？ ； 12. 施密特准数（Schmidt Number）是表征 的 准数，其表达式为： 。 13. 在电位-pH图上，有电子得失而无H+参与的反应表示为一条水平线；有电子 得失且有H+参与的反应表示为一条 ;无电子得失的反应表示为 一条 。 14. 在湿法冶金中，浸出过程受化学反应控制时反应的表观活化能要 （大 于、小于或等于）受扩散控制时反应的表观活化能。当浸出过程受内扩散控制 时，影响浸出率的因素有 、 和 。 15. 加压氢还原过程中，用氢从溶液中还原金属的可能性，可根据标准电极电位 的比较加以确定。正电性的

12、金属实际上可以在溶液的任何酸度下用氢还原。 这个提法对吗？ （填对或错）。 16. 何谓离子熵对应原理？ 17. 什么叫超电势？ 。阴极极化超 电位增大有助于电解析出金属为细小晶粒的说法是否正确？ 。 18. 何谓平衡交换电流密度？ 。 19•两种离子共同放电的基本条件是： ;电解液中 杂质浓度越高，则在阴极开始析出杂质的电位越 （填接近、高于或者 低于）主体金属析出电位。 20. 何谓槽电压？ ; 何谓理论分解电压？ 。 二、简答题（第1-4题中任选二题，多选解答正确不计分，错误扣分， 其余为必做题，共 40分） 1. （本题 10 分）区域熔炼是粗金

13、属精炼（尤其是制取高纯金属）中常用的方法 之一，如锗和硅的提纯过程中，只需重复区域熔炼过程五次即可使其杂质降 低到 10-9的水平。试述区域熔炼的基本原理和方法，影响区域熔炼效果的因 素有哪些？ 2. （本题10分）氧化物艾林汉图中2C+O2==2CO反应的氧势线斜率是负值，试 解释其原因；这对高温冶金有什么意义？ 3. （本题10分）简述铜锍吹炼与镍锍吹炼的主要异同点。 4. （本题10分）下图是有一个不稳定二元化合物C3S2生成的三元系CS-C2S-C2AS 相图。请应用相图的基本知识完成下列各题：（1）指出图中对应物质的初晶 区; （2）E点和P点分别是什么，其发生的反应是什么

14、？（3）试分析成分为 x的熔体冷却结晶过程。 5、（本题 10 分）按双膜理论导出某体系的总反应速率式为： dc 111 T+k+k 其中C［和Cn分别为I相和II相内浓度，K为反应的平衡常数，k和k［［分别 为I相、II相内传质过程的速率常数，k是界面化学反应的速率常数。试分 C 析上式，说明何种情况下为界面化学反应控制，何种条件下为扩散控制，什 么情况下属混合控制？ 6. （本题10分）在锌的湿法冶金中，用锌粉置换沉积钴时，常添加As2O3, 请简述其原理。 三、计算题（每题 10分，共20分） 1.（本题10分）高炉渣中（SiO2）与生铁中的［Si］可发生

15、下列反应 （ SiO2） +［Si］==2SiO（g） 2 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,生铁中血[C]=4・1%,血[Si]=0・9%, esi = 0.109,ec = 0.18, Si Si Si(l) + SiO (s) = 2SiO(g) AGO = 633000 一 299.8T J/mol 2 Si(l) = [Si] AGO = —131500-17.24T J/mol 2. (本题10分)溶液中含有活度均为1的Zn2+和Fe2+离子，已知氢在铁上的超 电压为0.40V,若要使析出次序为Fe、H2、Zn问25°C时溶液的pH值最大 不超过多少？在此最大pH值的溶液中，H+开始放电时，Fe2+浓度为多大？ 已知 £0 =一0.44 V, s e =—0.763 V. Fe2+ /Fe Zn 2+ /Zn