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第1章 绪言1

1.1 冶金物理化学的作用及主要内容1

1.1.1 冶金物理化学的作用1

1.1.2 冶金物理化学的主要内容3

1.2 冶金物理化学的发展简史5

1.2.1 萌芽阶段5

1.2.2 体系创建阶段6

1.2.3 发展完善阶段8

第2章 溶液热力学9

2.1 偏摩尔物理量及其性质9

2.1.1 偏摩尔物理量9

2.1.2 偏摩尔物理量的性质10

2.2 理想溶液与稀溶液10

2.2.1 理想溶液及其热力学特征10

2.2.1.1 理想溶液的定义10

2.2.1.2 理想溶液的热力学特征11

2.2.2 稀溶液及其热力学特征13

2.2.2.1 稀溶液的定义13

2.2.2.2 稀溶液的热力学特征13

2.3 真实溶液18

2.3.1 真实溶液的特点18

2.3.2 活度的概念19

2.3.3 活度标准态21

2.3.3.1 活度标准态的选择21

2.3.3.2 不同标准态下活度的换算22

2.3.4 活度与温度、压力的关系25

2.3.5 标准溶解Gibbs自由能变化△G？26

2.3.6 活度标准态和活度换算知识的扩展28

2.4 活度系数与活度相互作用系数30

2.4.1 活度系数30

2.4.2 活度相互作用系数31

2.4.2.1 活度相互作用系数的定义及计算31

2.4.2.2 活度相互作用系数的数学描述35

2.4.2.3 活度相互作用母系数36

2.4.2.4 活度相互作用系数与活度相互作用母系数之间的换算37

2.4.2.5 活度相互作用系数与温度之间的关系39

2.5 偏摩尔混合性质及超额热力学性质44

2.5.1 偏摩尔混合性质44

2.5.1.1 相对偏摩尔性质物理意义44

2.5.1.2 几个重要的公式45

2.5.1.3 集合公式与G-D公式的应用46

2.5.2 超额热力学性质48

2.5.2.1 超额热力学性质的定义48

2.5.2.2 偏摩尔过剩Gibbs自由能G？与活度系数之间的关系49

2.5.2.3 超额热力学性质的相关公式49

2.6 活度的获得49

2.6.1 活度ai的实验测定49

2.6.2 应用G-D公式计算组元活度56

2.6.3 α函数法求活度57

2.6.4 由活度比求活度58

2.6.5 利用相图数据求活度60

2.7 正规溶液及相关模型60

2.7.1 正规溶液的定义60

2.7.2 正规溶液的性质60

2.7.2.1 混合熵与混合焓60

2.7.2.2 α与温度的关系61

2.7.2.3 正规溶液混合焓△Hm与浓度之间的关系62

2.7.3 正规溶液性质的应用62

习题65

第3章 指定过程的Gibbs自由能变化66

3.1 化学反应等温方程式66

3.1.1 关于化学反应等温方程式66

3.1.1.1 等温方程式的作用66

3.1.1.2 使用等温方程式应注意事项67

3.1.2 化学反应等温方程式的应用67

3.2 △GΘ的计算68

3.2.1 积分法68

3.2.1.1 直接测定法68

3.2.1.2 查表法69

3.2.1.3 估算法69

3.2.2 △GΘ～T二项式71

3.2.3 自由能函数法72

3.2.4 Barin法73

3.2.5 化学反应平衡法求△GΘ73

3.2.5.1 直接法74

3.2.5.2 间接法74

3.2.6 电化学法测定标准生成自由能△fGΘ75

3.3 化学反应等温方程式的应用76

3.3.1 判定反应进行方向77

3.3.2 确定适宜的反应条件77

3.4 平衡移动原理的应用80

3.4.1 温度的影响80

3.4.2 压力的影响81

3.4.3 组元浓度的影响81

3.5 固体电解质及其应用81

3.5.1 固体电解质82

3.5.2 固体电解质电池工作原理82

3.5.3 应用实例83

习题84

第4章 相图86

4.1 相律86

4.1.1 相律表达式87

4.1.2 相律的应用实例89

4.2 相图基础知识90

4.2.1 二元相图90

4.2.2 三元相图92

4.2.2.1 三元相图应掌握的关键点92

4.2.2.2 三元相图的多种表现形式93

4.2.3 溶液冷却过程分析94

4.2.3.1 二元系相图冷却曲线94

4.2.3.2 三元系相图冷却曲线95

4.3 三元相图的绘制与读解100

4.3.1 三元相图的绘制100

4.3.2 三元相图的读解101

4.4 等温截面图的制作及应用102

4.4.1 等温截面图的制作102

4.4.1.1 不含液相分层的相图102

4.4.1.2 含有液相分层的等温截面图105

4.4.2 等温截面图的应用108

4.5 相图在冶金中的应用111

4.5.1 化学反应平衡相的确定111

4.5.2 高炉炼铁适宜炉渣成分的确定113

4.5.3 高炉渣改性再利用114

4.5.4 炼钢过程中炉渣的返干与喷溅114

4.5.5 烧结黏结相的确定116

4.5.6 少渣冶炼渣系的选择120

4.5.7 烧结矿低温还原粉化122

习题123

第5章 冶金熔渣127

5.1 概述127

5.1.1 熔渣的化学组成及来源127

5.1.2 熔渣的作用127

5.2 熔渣性质、结构128

5.2.1 熔渣碱度128

5.2.2 熔渣结构的分子理论129

5.2.3 熔渣结构的离子理论130

5.3 熔渣理论模型131

5.3.1 完全离子模型（Temkin model）131

5.3.2 电当量模型（Flood model）133

5.3.3 熔渣计算实例133

5.3.4 马松模型（Masson model）138

5.4 熔渣的氧化能力141

5.4.1 熔渣氧化能力的表示方法141

5.4.2 渣中aFeO的确定方法143

5.4.2.1 直接测定143

5.4.2.2 查活度图144

5.4.2.3 模型计算144

5.5 熔渣中几种氧化物活度的测定145

5.5.1 SiO2活度的测定145

5.5.1.1 Chipman法145

5.5.1.2 邹元燨法145

5.5.2 CaO活度的测定147

5.5.3 MnO活度的测定147

5.5.3.1 FeO-MnO二元系147

5.5.3.2 FeO-MnO-SiO2三元系148

5.6 熔渣的硫容与磷容148

5.6.1 脱硫148

5.6.1.1 脱硫热力学148

5.6.1.2 硫容及应用152

5.6.1.3 有关脱硫的其他事项156

5.6.2 脱磷157

5.6.2.1 脱磷热力学158

5.6.2.2 磷容及应用161

5.7 气体在渣中的溶解163

5.7.1 氢的溶解163

5.7.2 氮的溶解163

5.7.3 氢、氮元素的溶解规律164

习题164

第6章 热力学在冶金过程中的应用（Ⅰ）166

6.1 氧势图166

6.1.1 氧势图的提出166

6.1.2 氧势图的构成167

6.1.2.1 坐标的选择167

6.1.2.2 图形特点167

6.1.3 氧势图的应用169

6.1.3.1 确定氧化物稳定顺序169

6.1.3.2 确定某氧化物被碳元素还原的开始温度170

6.1.4 氧势图的扩展功能170

6.1.4.1 氧标尺及其应用170

6.1.4.2 PH2/PH2O标尺及其应用171

6.1.4.3 PCO/PCO2标尺及其应用173

6.1.5 其他势图173

6.1.5.1 硫势图173

6.1.5.2 氮势图175

6.1.5.3 碳势图176

6.2 Fe-O体系热力学177

6.2.1 Fe-O体系相图177

6.2.2 Fe氧化热力学178

6.2.3 逐级转变规则179

6.2.4 Fe氧化物还原热力学179

6.2.5 过剩碳存在条件下铁氧化物还原热力学182

6.3 依据物料平衡的相关计算184

6.4 铁液中碳氧反应188

6.4.1 铁液脱碳的意义及条件188

6.4.2 脱碳热力学189

6.4.3 脱碳反应的基本规律189

6.5 钢液脱氧反应热力学190

6.5.1 钢液脱氧的意义190

6.5.2 钢水脱氧191

6.5.2.1 脱氧方式191

6.5.2.2 脱氧剂的用量193

6.5.3 气泡冶金193

6.5.3.1 气泡冶金原理194

6.5.3.2 吹气量的计算194

6.6 选择性氧化195

6.6.1 概述195

6.6.2 “去C保Cr”热力学分析195

6.6.2.1 钢液中［C］氧化热力学195

6.6.2.2 钢液中［Cr］氧化热力学197

6.6.2.3 ［C］、［Cr］共存时氧化热力学197

习题199

第7章 热力学在冶金过程中的应用（Ⅱ）201

7.1 优势区域图201

7.1.1 优势区域图的制作201

7.1.2 优势区域图的特点及形式204

7.1.3 平衡相的确定205

7.1.4 选择性焙烧207

7.1.5 三维优势区域图208

7.2 锍及造锍熔炼209

7.2.1 锍209

7.2.2 造锍的目的209

7.2.3 造锍主要过程209

7.2.4 Cu-Fe-S三元相图210

7.2.4.1 相图读解210

7.2.4.2 等温截面图分析212

7.2.5 冰铜的理化性质213

7.2.6 锍吹炼过程热力学213

7.3 火法氯化冶金及火法精炼215

7.3.1 氯化冶金215

7.3.1.1 金属氯化215

7.3.1.2 金属氧化物的氯化215

7.3.1.3 加碳氯化217

7.3.1.4 其他217

7.3.2 火法精炼217

7.3.2.1 熔析精炼217

7.3.2.2 萃取精炼218

7.3.2.3 区域精炼219

7.3.2.4 蒸馏精炼220

7.3.2.5 氧化、硫化精炼220

7.4 水溶液热力学——电位-pH图221

7.4.1 平衡电位（电极电位）221

7.4.2 电位-pH图的绘制223

7.4.2.1 M-H2O系电位-pH图223

7.4.2.2 其他体系电位-pH图227

7.4.3 电位-pH图应用235

7.4.3.1 电解精制铜235

7.4.3.2 净化237

7.4.3.3 金属腐蚀与防护（电化学腐蚀）238

习题240

第8章 冶金反应动力学基础及应用243

8.1 概述243

8.1.1 动力学的功能243

8.1.2 热力学与动力学之间的相互关系244

8.2 动力学基础理论244

8.2.1 化学反应速率244

8.2.1.1 简单反应244

8.2.1.2 复杂反应245

8.2.2 扩散或对流传质速率247

8.2.2.1 扩散传质速率247

8.2.2.2 对流传质速率249

8.3 气-固相反应255

8.3.1 未反应核模型的建立255

8.3.2 未反应核模型的应用258

8.3.2.1 简化反应速率表达式258

8.3.2.2 确定限制性环节259

8.3.2.3 确定相关参数260

8.3.3 半无限大板状物体的反应速率模型263

8.4 液-液相反应264

8.4.1 双膜理论265

8.4.2 双膜理论的应用266

8.5 气-液相反应269

8.6 液-固相反应272

8.6.1 废钢溶解动力学272

8.6.2 钢液凝固动力学275

8.6.2.1 显微偏析275

8.6.2.2 宏观偏析280

8.6.2.3 凝固速率对偏析的影响284

8.7 电化学动力学287

8.7.1 平衡态的电极过程287

8.7.2 非平衡态的电极过程287

8.7.3 电极电位特征288

8.7.4 电极极化及动力学特征288

8.7.5 过电位的利与弊292

8.7.6 电极电位与生产效率之间的关系292

习题295

附表297

附表一 纯物质的恒压热容Cp、焓△H？、熵△S？297

附表二 反应标准Gibbs自由能变化308

附表三 1600℃铁液中元素的活度相互作用母系数ε？311

附表四 1600℃铁液中元素的活度相互作用系数e？315

附表五 铁液中元素的活度相互作用系数与温度的关系319

附表六 1600℃铁液组分（以假想质量1％为标准态）的溶解标准Gibbs自由能变化△G？321