第一章 热力学基础 一、名词解释:(溶液的)活度,溶液的标准态,j i e (活度的相互作用系数),(元素的)标准溶解吉布斯自由能,理想溶液,化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。
二、其它1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。
当以纯物质为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;当以质量1%溶液为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;前两种标准态组分的活度之比为____。
2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),G θ∆=268650-158.4T 1J mol -⋅,在标准状态下能进行的最低温度为______K 。
该反应为(填“吸或放”)______热反应。
当T=991K ,总压为101325Pa 时,该反应______(填“能或否”)向正方向进行;在991K 时,若要该反应达到化学平衡的状态,其气相总压应为______Pa ;若气相的CO 分压为Pa 5102⨯,则开始还原温度为______。
反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),14.158268650-⋅-=∆mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为______。
3、理想溶液是具有______________________________性质的溶液;理想溶液形成时,体积变化为____,焓变化为__________。
实际溶液与理想溶液的偏差可用______________参数来衡量。
4.判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行,在等温、等压下用____热力学函数的变化值;若该反应在绝热过程中进行,则应该用____函数的变化值来判断反应进行的方向。
5.冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是________________________。
对高炉铁液中[C],当选纯物质为标准态时,其活度为____,这是因为_______________。
6.物质溶解的标准吉布斯自由能是指______________________________;纯物质为标准态时,标准溶解吉布斯自由能为__。
7.热力学中,利用关系式2)ln (RTH dTK d P ∆=来讨论化学反应的热效应对反应的影响。
当化学反应为吸热时,随着反应温度的升高,平衡常数K 的变化趋势为_____,对化学反应的正反应方向_____(填“有利”或“不利”)。
8、在1873K 时,Fe-C 系内碳的溶解反应为C(石)=[C],其[C]的活度为][C a ,则平衡常数表示为_____,当碳的溶解达饱和时,其平衡常数为_____,此时溶解过程的吉布斯自由能变化值为_____(J )9.在1813K 时铁液中有反应[C]+2CO =2CO ,其平衡常数表示为_____,当铁液中的碳含量为1.5%时,其平衡常数的值为420。
若铁液中的碳含量达到饱和时,其平衡常数的值为_____,该反应在1813K 的ΔθG 等于_____(J)。
10、反应FeO (S)+CO=Fe (S)+CO 2 为可逆反应,其T G 26.2422880+-=∆θ J.mol -1 ,则1173K 时反应的平衡常数K 等于______。
该反应的热效应近似为________(J )。
11.恒温、恒压下,判断冶金过程能否进行用______热力学函数,在________条件下,可用该参数的标准状态变化量来判断化学过程能否进行。
12、某反应中的一反应物473K 时有45%分解,在573K 时有95%分解,则此反应为__________ 。
(填“放热”或 “吸热”)13.已知某一气相反应 A (g) 12k kB (g)+C (g) 在298K 时,k 1=0.21s -1,k 2=5×10-9s -1,则该反应在298K 时的平衡常数为_____,该反应的标准吉布斯自由能的变化为 _____J 。
14.钢液中的氧与纯氧化铁渣间的反应可表示为FeO(l)=[O]+Fe(l),在1873K 时的平衡常数为0.23,则此时钢液中的氧含量为________;保持温度不变,将上述的纯氧化铁渣换为非纯氧化铁渣,此时反应的平衡常数为________。
15.反应1)1(22)58.4055850(),(2)()(2-⋅-=∆⋅=+mol J T G l SiO FeO s SiO s FeO m r θ;1)2(22)09.2136200(),(2)()(2-⋅+-=∆⋅=+molJ T G s SiO FeO s SiO s FeO m r θ,则熔化过程)()(22l SiO FeO s SiO FeO ⋅=⋅的θ)3(m r G ∆与温度的关系式为_________________,计算的理论依据是______________________,标态下的熔化温度为______(K )。
16. 4[C]+(Cr 3O 4)=3[Cr]+4CO T G 22.617934706-=∆θ J.mol -1 , 在1500℃,标态下反应的方向是_________,该反应是_____(填“吸热”或“放热”),采用真空操作时,对反应的影响是_________。
17、反应2)()(CO s Fe CO s FeO +=+,在1100℃时的平衡常数为0.333,则该温度时反应的标准吉布斯自由能为▁▁▁▁▁▁(J )。
保持温度不变,若将产物2CO 减少,其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁▁,若增加2CO 的量,其反应的平衡常数为▁▁▁▁▁▁。
降温到1000℃时测得平衡常数为0.351,则该反应为(填“吸”或“放”) ▁▁▁▁▁▁热。
18、活度的标准态是指_________________________;冶金中通常采用活度标准态的三种形式是____________、____________和____________。
19、在研究钢铁冶金熔体的物化性质时,选择熔体中组元活度的方法通常是:铁液中溶解的合金和杂质以________为标态,溶剂铁以________为标态,碳溶解在铁液中达到饱和时,选纯物质为标准态其活度等于_______。
20、反应)(2)(22g HCl s Cr H CrCl+=+,在1073K 时mol KJ G /58835=∆θ,在此温度和一定的气相成分下ΔG=-125.92KJ/mol ,若要判断该反应在该条件下能否进行,用函数_____,该反应在该条件下_____(填“能”或“否”)进行。
21、铁基合金液中元素的相互作用系数)(j i e 反应了元素j 的加入对i 组元活度系数的作用,若0>j i e ,说明______________________;若0<j i e ,说明______________________。
22、冶金中计算一个化学反应过程的焓变、吉布斯自由能变化、熵变的数值时均可用代数组合法得到,其理论依据是______________________________。
冶金中,计算一个复杂化学反应过程的θG ∆与温度的二项式,通常采用______________________方法,其理论依据是______________________。
23、1000K,反应)(g CO +)(212g O =)(2g CO 的平衡常数为1010659.1⨯,反应)(2)(2g CO CO s C =+的平衡常数为1.719, 则反应)(2g CO=)(g CO +)(212g O 的平衡常数为______,反应)()(21)(2g CO g O s C =+的平衡常数为____。
24、铁液中硅的浓度为2.0][=Si x ,Si γ=0.03,1873K 时被氧气(Pa p O 5102=)氧化的反应为:[Si]+O 2=SiO 2(S),该铁液中硅的活度等于_____,氧化反应的ΔG 等于_____(J), 反应_____(填“能”或“否”)自发进行。
25、在1873K 时,Fe-C 系内碳的溶解度W [C]=5.5%,其溶解反应为C (石)=[C]。
若[C]选择纯液态物质为标准态,其溶解过程的平衡常数为_____,加入硅W [Si]=0.5%后,仍保持1873K ,纯液态物质为标准态,体系内碳的溶解平衡常数为_____,溶解过程的标准吉布斯自由能变化值为_____(J )。
26、用等温方程讨论冶金中化学反应在等温、等压下能否进行。
问:(1)写出等温方程式。
(2)说明方程中的参数联系了哪些状态27、什么是物质的标准溶解吉布斯自由能?纯物质标准态的标准溶解吉布斯自由能的表示及数值为何?28、某组元B 溶解在溶液中形成饱和溶液,当以纯物质为标态时,组元B的活度为1,为什么?29、若要计算某温度时反应[C]+2CO =2CO 的标准吉布斯自由能变化([C]以1%为标准态),至少需要查找哪些基础数据?30、若反应为)(2][2)()(2g CO Si C s SiO +=+石铁液中硅的活度为0.1(质量1%溶液标准态),体系总压为Pa 510,试计算开始反应的温度。
已知:CO O C 222)(=+石 mol TJ G /54.171228800--=∆θ)(][22s SiO O Si =+ molTJ G/25.215814850+-=∆θ31、已知氧在熔渣和铁液间的反应为:(FeO )=[O]+[Fe]。
在1873K 时与纯氧化铁渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.211%,与组分为258.0)(,064.0)(,663.0)(700.0)(2====FeO n MgO n SiO n CaO n ,的熔渣平衡的铁液的氧的质量分数为0.048%。
试计算熔渣中FeO 的活度及活度系数。
32、)(22)(S L MO O M =+ θ1G ∆;)(22][S MO O M =+ θ2G ∆。
问:θ1G ∆和θ2G ∆是否相等?为什么?若使θθ21G G ∆=∆,应满足的条件是什么?33、冶金实验过程中,1600℃有还原剂2H 时,气相中52210-=H O H P P ,问1873K时,用刚玉坩埚会产生多少2()Al O g P ?已知刚玉坩埚与2H 的反应方程式:)(2)(2)(2)(3222g g g S O H O Al H O Al +=+ TG 65.266990770-=∆θ J.mol -134、冶金实验过程中,1600℃有还原剂H 2存在时,气相中52210-=H O H P P ,问1873K时,用石英坩埚做实验,气相中会产生多大的)(g SiO p ? 已知石英坩埚与H 2反应式:T>1473K )(2)()(2)(2g g g S O H SiO H SiO +=+ T G 78.181529280-=∆θ J.mol -135.在冶炼铜、铅、锌的废气中含有大量的2SO ,为防止大气污染和进行综合利用,可将2SO 作为硫酸的原料。