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冶金物理化学简明教程 - 田彦文、翟秀静、刘奎仁编

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出版日期:2007年3月
冶金物理化学是冶金工程专业重要的基础理论平台课之一，是冶金工程专业学生的必修课程。目前，冶金物理化学的内容涵盖冶金热力学、冶金动力学、有色冶金原理、钢铁冶金原理和湿法冶金及电化学等课程，但不是原有各门课程的简单合并，而是本着宽口径、厚基础、少而精、理论联系实际的原则，将原来的几门课程进行有机整合，构造全新的课程内容体系。并进一步结合冶金生产实际，加重了应用冶金物理化学理论分析、解决实际冶金问题的方法和实例的比重。为适应这样一种教学改革的需要，东北大学于2001年编写了《冶金物理化学》教材。教材以东北大学车蔭昌教授的《冶金热力学》为基础，参考了梁连科教授的《冶金热力学及动力学》、魏寿昆教授的《冶金过程热力学》、黄希祜教授的《钢铁冶金原理（第三版）》、傅崇说教授的《有色冶金原理（修订版）》和陈新民教授的《火法冶金过程物理化学》（修订版）。《冶金物理化学》教材经过在校内六年的试用，内容逐步得到完善，2005年开始筹备编写《冶金物理化学简明教程》。编写过程中参考了北京科技大学的李文超教授、张家芸教授和郭汉杰教授的相关著作，以及冶金物理化学领域国内外的重要著作和相关文献，同时结合了作者多年的教学和科研实践经验。依据《冶金工程专业冶金物理化学教学大纲》的要求，本书以适应人才培养的新形势，服务于冶金工程专业的基础理论平台课为目标。本教材力求在结构上更符合当前教学的需要，在内容上更加丰富，增加了熔盐、熔锍和水溶液热力学及电化学部分。《冶金物理化学简明教程》为冶金工程专业本科生教材。教材针对学生对冶金物理化学课程学习的需求和理解，根据冶金工程学科的发展和需要，力求简明实用、注重基础、重点突出和通俗易懂。教材同样适用于冶金工程专业的研究生、工矿企业的工程技术人员作为参考资料。全书共分九章，其中绪论、第5章～第7章由翟秀静教授编写，第1章～第4章由田彦文教授编写，第4章第47～49节由车蔭昌教授编写，第8章为刘奎仁教授编写。本书在编写过程中得到车蔭昌教授、沈锋满教授和魏国、李建中博士的指导和帮助，车蔭昌教授、翟玉春教授对部分章节进行了审阅和修改，在此表示感谢。由于水平所限，书中难免会有缺点和不足，望批评指正。

编者
2007年1月绪论1
第1章溶液热力学2
11引言2
111物质的量浓度2
112质量摩尔浓度2
113摩尔分数2
114质量分数2
115质量浓度3
12偏摩尔性质3
121定义3
122集合公式和GD方程3
123偏摩尔量间的关系4
13真实溶液的处理方法4
131理想溶液及其热力学特征4
132稀溶液的化学势5
133真实溶液6
14活度相互作用系数13
141多元金属熔体中组分的活度相互作用系数13
142活度相互作用系数间的关系15
143组分活度相互作用系数的测定16
144应用18
145二阶活度交互作用系数 19
15相对偏摩尔性质（偏摩尔混合性质）20
151定义20
152物理意义20
153适用公式20
154二元系中ΔGi计算20
155标准溶解Gibbs自由能21
16超额热力学性质23
17 GibbsDuhem方程在二元系中的应用24
171由一个组分的活度求另一组分的活度24
172α函数法25
173GibbsDuhem方程式的变通形式26
18活度的测定27
181蒸气压法27
182化学平衡法28
183分配平衡法30
184电动势法31
19正规溶液模型及性质31
191正规溶液的定义及正规溶液模型特点32
192正规溶液的性质32
193S正规溶液的似晶格模型33
194正规溶液性质的应用38
195三元系、多元系正规溶液39
110似正规溶液和亚正规溶液41
1101似正规溶液模型41
1102亚正规溶液模型42
思考题44
习题44
第2章吉布斯自由能变化46
21标准Gibbs自由能变化的计算及实验测定46
211范特霍夫等温方程46
212化学反应的ΔG和ΔG47
213ΔG的计算48
214标准Gibbs自由能变化的实验测定52
22化学反应等温方程式应用55
221有溶液组分参加化学反应的ΔG计算55
222化学反应等温方程式的应用57
23冶金平衡体系的热力学分析62
231化合物的稳定性62
232多相化学反应的平衡65
233有不同价态的化合物参加反应的平衡67
234同时平衡体系的热力学分析71
235氧化物的炭热还原热力学分析75
24平衡移动原理在冶金与材料制备过程中的应用78
241改变温度78
242改变压力80
243改变活度80
思考题82
习题82
第3章相图85
31二元相图的基本类型85
311概述85
312二元相图的类型85
313二元相图的几何元素85
314相变反应的类型88
32几个典型的二元相图89
321FeO二元相图89
322FeC二元相图90
323CaOSiO2二元系91
33三元相图的一般原理93
331概述93
332组成三角形93
333组成三角形中各组分组成关系94
34 三元相图的基本类型95
341概述95
342三元共晶型相图96
343生成异分熔点化合物的三元系相图99
344生成三元化合物的体系104
345有包晶及固溶体的体系105
346有液相分层的三元系106
35实际相图及其应用107
351复杂相图的分析方法107
352CaOSiO2Al2O3三元相图分析及应用107
353CaOFeOnSiO2相图112
354由相图计算活度114
习题117
第4章熔渣及冶金熔体反应热力学119
41熔渣结构及相关的理论模型119
411熔渣中质点间作用力与离子存在形态119
412熔渣中氧化物的分类和熔渣碱度121
413分子理论简介及碱度表示法122
414完全离子溶液模型123
415正规溶液模型125
416Flood模型128
417麻森（Masson）模型130
42熔渣的氧化能力131
421熔渣的氧化能力表征131
422其他氧化物对熔渣氧化能力的贡献132
423渣中a(FeO)的实验测定132
43熔渣的去硫能力135
44熔渣的去磷能力138
441碱性渣氧化去磷138
442还原去磷139
443磷酸盐容量和磷化合物容量139
444去磷平衡和光学碱度141
45熔渣中组元活度的实验测定141
451SiO2活度142
452CaO活度143
453MnO活度144
454P2O5活度146
46气体在渣中的溶解146
461水蒸气在渣中的溶解146
462氮在渣中的溶解147
47熔渣的物理化学性质148
471熔渣的熔化温度148
472熔渣的黏度149
473熔渣的表面性质151
48铁液中碳氧反应的热力学154
481COCO2混合气体与铁液中［O］的平衡154
482COCO2混合气体与铁液中［C］的平衡154
483铁液中［C］、［O］平衡155
49钢液脱氧反应热力学156
491沉淀脱氧原理156
492脱氧产物组成158
493脱氧反应平衡的相关系图159
494锰、硅、铝的脱氧反应160
495复合脱氧163
410选择性氧化——奥氏体不锈钢去碳保铬问题165
思考题168
习题168
第5章熔锍170
51造锍熔炼的主要化学反应170
52造锍熔炼的热力学分析171
521lgpO21/T图171
522lgpO2lgpS2图173
53铜锍的组成和物理化学性质178
531铜锍的化学组成178
532铜锍的物相组成179
54铜锍系相平衡图180
541三元系相平衡图180
542四元系相平衡图184
55铜锍的吹炼186
551铜锍吹炼过程的热力学186
552间断吹炼过程188
553连续吹炼192
554富氧吹炼193
555闪速吹炼193
思考题194
习题194
第6章熔盐195
61熔盐的物理化学性质196
62熔盐结构201
621熔盐结构模型简介201
622熔盐结构模型分析203
63熔盐相图206
64熔盐电解208
641熔盐电解质209
642电解的原料211
643电极过程211
644电解槽结构212
思考题213
习题213
第7章电解质水溶液214
71浸出过程热力学214
711电位pH图（φpH）214
712非金属水系电位pH图218
713络合物水系的电位pH图221
714高温水溶液热力学和电位pH图225
715电位pH图在湿法冶金中的应用231
72湿法分离提纯过程234
721沉淀法与结晶法234
722离子交换法237
723有机溶剂萃取法240
73金属的电沉积过程244
731法拉第定律和电流效率244
732金属的还原过程245
733金属电沉积过程中的阴极极化和超电势247
734金属阳极与阳极过程251
735金的电解精炼254
思考题255
习题256
第8章冶金动力学257
81引言257
82化学反应动力学基础258
821化学反应的反应速率及速率方程258
822速率方程的确定259
823温度对反应速率的影响及活化能261
824稳态近似264
83冶金反应动力学基础266
831确定限制环节的方法267
832界面反应与吸附268
833扩散理论270
84多相反应动力学特征271
85气固反应动力学——未反应核模型272
86液液相反应动力学 277
861液液相反应的基本规律——双膜理论277
862熔渣与金属液间的界面反应动力学279
863脱硫反应动力学281
87气液相反应动力学282
871气液反应动力学的基本规律282
872脱碳反应动力学285
873气泡冶金动力学287
874真空冶金动力学289
思考题291
习题291
参考文献292 适用于冶金工程专业以及材料学等相关学科的本科生教材，同时也可以作为钢铁冶金、有色金属冶金及材料科学等相关专业的研究生及工程技术人员的参考书。本书介绍了溶液热力学（包括偏摩尔性质、活度、活度系数、标准态、GD方程及正规溶液等），Gibbs自由能变（包括化学反应等温方程、标准Gibbs自由能计算与实验测定、化学反应等温方程式及平衡移动原理应用等），相图（二元、三元相图基本类型及应用），熔渣及渣金反应热力学（熔渣结构、碱度、熔渣的脱硫脱磷、熔渣的氧化能力及典型冶金熔体反应等），熔锍（造锍过程、熔锍吹炼等），电解质水溶液（电解质水溶液热力学、电位pH图等），熔盐（熔盐化学、熔盐电解）、多相反应动力学（气固反应、液液反应和液固反应动力学等）。本教材整体覆盖面宽，内容简洁，强调基础，结合实际，深入浅出，适用于冶金工程专业以及材料学等相关学科的本科生教材，同时也可以作为钢铁冶金、有色金属冶金及材料科学等相关专业的研究生及工程技术人员的参考书。
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