冶金与材料热力学 第2版PDF电子书下载

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绪论 1

1反应焓的计算方法及应用 3

1.1 焓变计算方法 3

1.1.1 物理热的计算 4

1.1.2 化学反应焓的计算 5

1.2 其他方法计算化合物的标准生成焓 11

1.2.1 利用溶解焓计算化合物的标准生成焓 11

1.2.2 利用电池电动势计算化合物的标准生成焓 12

1.2.3 利用离子标准生成焓计算化合物的标准生成焓 12

1.2.4 利用平衡常数与温度的关系计算反应生成物的标准生成焓 13

1.3 热容和标准生成焓的近似计算 14

1.3.1 热容Cp和Cv的近似计算 14

1.3.2 无机化合物标准生成焓的近似计算 17

1.4 热化学在冶金和材料制备过程中的应用实例 20

1.4.1 理论热平衡计算最高反应温度（理论温度） 20

1.4.2 炼钢过程中元素氧化发热能力计算 23

1.4.3 热化学计算用于提取冶金工艺的建立与选择 24

1.4.4 Al-TiO2-C-ZrO2 （nm）体系燃烧合成刀具材料的绝热温度计算 30

本章例题 32

习题 36

2标准吉布斯自由能计算及其在冶金和材料制备过程中的应用 37

2.1 标准吉布斯自由能变化的计算 37

2.1.1 定积分法计算标准吉布斯自由能△G？——焦姆金-施瓦尔兹曼方程 38

2.1.2 不定积分法计算标准吉布斯自由能△G？——吉布斯-亥姆霍兹方程 42

2.2 标准吉布斯自由能变化与温度的关系式 44

2.2.1 ΔG？与温度T关系的多项式 44

2.2.2 ΔG？与温度T关系的近似式 47

2.3 标准吉布斯自由能的估算方法 55

2.3.1 固态物质标准熵的估算方法 55

2.3.2 液态物质标准熵的估算方法 58

2.3.3 气态物质标准熵的近似计算方法 58

2.4 运用ΔrG？r时应注意的几个问题 60

2.4.1 用ΔrG？判断化学反应方向的数值界限 60

2.4.2 ΔrG？与平衡问题 60

2.4.3 ΔrG？与逐级还原（或逐级氧化）规则 61

2.4.4 ΔrG？判断化学反应方向的局限性 61

2.5 ΔrG？和△rG在冶金和材料制备过程中的应用 62

2.5.1 高炉冶炼中元素还原的热力学分析 62

2.5.2 共生矿综合利用的热力学分析 64

2.5.3 坩埚反应与坩埚选择的热力学分析 73

2.5.4 氮化硅陶瓷材料的热力学稳定性分析 76

2.5.5 锆刚玉莫来石/氮化硼复合材料制备的热力学分析 80

本章例题 80

习题 82

3热力学参数状态图及其应用 84

3.1 热力学参数状态图的种类 84

3.1.1 化合物（或化学反应）标准吉布斯自由能与温度的关系图 85

3.1.2 化学反应吉布斯自由能对温度图（又称波贝克斯-埃林汉图） 98

3.1.3 化学反应吉布斯自由能△rG-RTlnJ图（又称极图） 100

3.1.4 化学反应的平衡常数-温度图（lgk？-1/T图） 102

3.1.5 化学反应的lgk？-lg Po2/P？图 104

3.1.6 硫化物焙烧反应的优势区图（lg Pso2/P？-lg Po2/P？图） 106

3.1.7 氧势-硫势图（lg Po2/P？-lg Ps2/P？图） 110

3.1.8 电化学反应的电势E-pH图 114

3.2 热力学参数状态图的绘制 117

3.2.1 绘制热力学参数状态图的原理 117

3.2.2 热力学参数状态图绘制的方法 119

3.3 热力学参数状态图应用实例 121

3.3.1 直接利用热力学参数状态图分析汝窑天青釉呈色机理 122

3.3.2 利用热力学参数状态图结合相图选择SO2传感器的固体电解质和参比电极材料 123

3.3.3 利用热力学参数状态图的叠加分析复杂铜矿选择性氧化焙烧使铜、铁分离的热力学条件 125

3.3.4 利用热力学参数状态图对制备Si3 N4超细粉的热力学进行分析 127

3.3.5 利用多元热力学参数状态图对合成新型复合材料刚玉莫来石/ZrB2的可行性分析 128

本章例题 129

习题 132

4溶液（固溶体）热力学 133

4.1 理想溶液 133

4.1.1 冶金和材料制备过程中遇到的理想溶液 134

4.1.2 理想溶液的依数性及其在冶金和材料中的应用 135

4.2 冶金和材料制备过程中常见的真实溶液 141

4.2.1 活度的热力学定义和标准态 141

4.2.2 活度的测量方法 152

4.2.3 活度的相互作用系数 157

4.3 金属溶液（含固溶体）模型及其应用 165

4.3.1 理想溶液模型 165

4.3.2 正规溶液模型 166

4.3.3 溶液的准化学模型 172

4.4 熔渣（适用于熔融玻璃）模型及活度计算 175

4.4.1 焦姆金完全离子溶液理论 175

4.4.2 熔渣的马森模型 179

4.5 活度计算与应用实例——稀土处理钢液的热力学计算与分析 182

本章例题 187

习题 191

5相图分析与计算 193

5.1 二元相图概述 193

5.1.1 简单低共熔（共晶）型二元系 194

5.1.2 含有中间化合物型二元系 196

5.1.3 含固溶体型二元系 198

5.1.4 液态部分互溶——形成偏晶（又称偏熔）型二元系 202

5.2 三元相图的基本类型 204

5.2.1 共熔（共晶）型三元系 205

5.2.2 生成化合物的三元系 206

5.2.3 完全互溶型三元系 208

5.2.4 有液相分层的三元系 209

5.3 三元相图分析方法及基本规则的运用 210

5.3.1 三元系内任意一点成分的确定方法 210

5.3.2 确定三元系混合物的组成方法 211

5.3.3 确定相界线上温度变化的方向 212

5.3.4 判断相界线的性质 213

5.3.5 划分二次体系规则 214

5.3.6 零变点的判定 214

5.4 相图的构筑与判定 215

5.4.1 相图构筑的基本原则 215

5.4.2 相图正误判定 218

5.5 相图计算原理与方法 237

5.5.1 二元相图计算 237

5.5.2 三元相图计算简介 247

5.6 相图应用实例 257

5.6.1 利用二元相图分析钇铁石榴石（Y3Fe5O12）单晶制备 257

5.6.2 依据相图选择高炉渣利用的科研技术路线 258

5.6.3 利用相图分析高温陶瓷赛隆的合成条件 260

5.6.4 利用相图选择氧气顶吹转炉造渣路线 262

5.7 活度计算及由相图提取热力学参数 264

5.7.1 由二元相图提取活度 264

5.7.2 三元系各组元活度的计算 280

本章例题 292

习题 297

6相变热力学 309

6.1 一级和二级相变 309

6.1.1 一级相变 309

6.1.2 二级相变 310

6.2 稳定相与亚稳相 313

6.2.1 新相生成热力学 313

6.2.2 亚稳相生成热力学 316

6.2.3 亚稳相的溶解度定律 317

6.3 凝固热力学 318

6.3.1 固相表面曲率对熔点的影响 318

6.3.2 压力对凝固过程的影响 319

6.4 失稳（Spinodal）分解（调幅分解）热力学 320

6.4.1 二元系失稳分解（调幅分解）热力学条件 320

6.4.2 三元系失稳分解（调幅分解）热力学条件 324

6.5 马氏体相变热力学 326

6.5.1 马氏体相变热力学概述 326

6.5.2 金属和陶瓷材料的马氏体相变 327

6.6 有序-无序转变热力学 330

6.6.1 有序-无序相变概述 330

6.6.2 有序-无序相变驱动力计算 332

本章例题 334

习题 336

7电化学热力学基础 337

7.1 电化学体系 337

7.1.1 电化学体系及基本概念 337

7.1.2 电化学热力学 338

7.1.3 电化学热力学定律 342

7.1.4 电解质活度和活度系数 343

7.1.5 电动势和电池热力学 355

7.2 电化学热力学在热力学性质测定中的应用 374

7.2.1 气相平衡分压的测定 375

7.2.2 化合物标准生成吉布斯自由能的测定 376

7.2.3 合金与金属间化合物的活度测定 377

7.2.4 金属熔体中氧活度及第三组元对氧活度相互作用系数的测定 377

7.3 几种化学电池电极反应及相关热力学分析 378

7.3.1 镍-镉电池的电极反应与充放电过程 379

7.3.2 镍-金属氢化物电池的电极反应与充放电过程 380

7.3.3 锂离子电池的热力学原理 381

7.4 电化学热力学应用实例 388

7.4.1 测定二元氧化物的标准生成吉布斯自由能与温度关系 388

7.4.2 测定三元复合氧化物的标准生成吉布斯自由能 391

本章例题 394

习题 398

8无机热化学数据库及其应用 400

8.1 无机热化学数据库简介 401

8.1.1 数据库 401

8.1.2 应用程序库 402

8.1.3 计算机操作系统 405

8.2 无机热化学数据库的应用 406

8.2.1 国内外主要无机热化学数据库 407

8.2.2 无机热化学数据库在冶金和材料制备领域的运用实例 408

本章例题 416

习题 418

9冶金和材料热力学分析实例 419

9.1 热力学在冶金过程中的应用实例 419

9.1.1 选择性氧化（还原）理论在冶金过程中的应用 419

9.1.2 选择性还原——从红土镍矿中提取钴和镍 429

9.1.3 炼钢过程脱硫脱磷的热力学分析 432

9.1.4 铜锍吹炼热力学 440

9.1.5 氯化冶金原理 451

9.1.6 金属中夹杂物形成的热力学分析 459

9.2 热力学在材料制备过程中应用实例 467

9.2.1 资源高效利用热力学分析 467

9.2.2 陶瓷刀具和磨具材料A12O3-TiC-ZrO2（nm）制备的热力学分析 478

9.2.3 Ti-ZrO2梯度功能材料制备热力学分析 487

9.2.4 汽车尾气传感材料制备的热力学 495

9.2.5 联氨还原化学镀镍热力学分析 502

本章例题 509

习题 515

附录 516

附录1 单位转化表 516

附录2 常用常数表 517

附录3 键焓 517

附录4 离子半径 518

附录5 一些物质的熔点、熔化焓、沸点、蒸发焓、转变点、转变焓 519

附录6 某些物质的基本热力学数据 521

附录7 氧化物的标准吉布斯自由能ΔrG？ 529

附录8 1500K以上氧化物的标准生成吉布斯自由能ΔfG？ 531

附录9 某些化合物的标准吉布斯自由能变化ΔrG？（kJ）=A＋BT 533

附录10 不同元素溶于铁液生成w[i] =1%溶液的标准溶解吉布斯自由能ΔsolG？ 535

附录11 溶于铁液中1873K （1600℃）时各元素的e j i 537

附录12 不同元素溶于铜液生成w[i]-=1%溶液的标准溶解吉布斯自由能ΔsolG？ 539

附录13 Cu-i-j系活度相互作用系数 540

附录14 标准电极电势 541

参考文献 554

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