【高一化学】急！

过氧化钠是重要的钠的化合物，它的主要特征性质就是与二氧化碳和水的反应，在这两个反应中，过氧化钠吸收二氧化碳和水，同时释放出氧气，这一“吞”一“吐”带来的质量变化是我们解题中经常遇到的计算问题。

母题：二氧化碳与水蒸气各1 mol分别通过足量的过氧化钠，固体增重多少？

2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2      △m

   156 g   2 mol    212 g       56 g

          1 mol                 28 g

2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2       △m

156 g  2 mol   160 g        4 g

        1 mol               2 g

答案：过氧化钠固体分别增重28 g和2 g。

由以上分析可以看出，当二氧化碳和水蒸气通过过氧化钠时，固体实际增重为对应一氧化碳和氢气的质量。即从质量差的角度分析，过氧化钠把二氧化碳和水“吃掉”，又“吐出”氧原子，就好像只把一氧化碳和氢气“吃”了进去。

延伸一：一氧化碳和氢气混合气体a g，在足量氧气中充分燃烧，再将燃烧产物通过足量过氧化钠，过氧化钠增重多少？

一氧化碳和氢气完全燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳和水通过足量过氧化钠增重为对应一氧化碳和氢气质量，反应过程中加氧去氧两个过程相互抵销，过氧化钠增重a g。

延伸二：a g某有机物在氧气中完全燃烧，将其产物与足量过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量恰好增加了a g，则该物质满足的条件是什么？

根据题意，有机物完全燃烧生成二氧化碳和水，通过过氧化钠增重为有机物质量，也就是说燃烧消耗的氧气经过过氧化钠重新释放出来，有机物应该符合（CO）x（H2）y的形式。如：CH4O（甲醇），CH2O（甲醛），C2H4O2（乙酸或甲酸甲酯），C6H12O6（葡萄糖）等。

延伸三：a g有机物C12H22O11在氧气中完全燃烧，将其产物与足量过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量增加了b g，则b与a大小关系如何？

该有机物不符合（CO）x（H2）y通式，b≠a，C12H22O11=C+C11H22O11，多出的碳原子必然以一氧化碳的形式被“吃掉”，所以b>a。

所以，符合通式（CO）x（H2）yCn的物质，b>a

      符合通式（CO）x（H2）yOm的物质，b<a

练习1：将CO、H2、O2混合气体165 g电火花引燃，然后通过足量的Na2O2，Na2O2增重75 g，则混合气体中O2的质量分数为（    ）。

A36％  B545％   C40％    D333％

提示：CO、H2、O2混合气体引燃后通过足量的Na2O2，Na2O2增重的75 g便是CO、H2的总质量，余下的就是O2的质量，m(O2)=(165-75)=9 g，w(O2)=9/165×100％=545％   所以选B。

4J29概述

4J29合金又称可伐(Kovar)合金。该合金在20～450℃具有与硅硼硬玻璃相近的线膨胀系数，居里点较高，并有良好的低温组织稳定性。合金的氧化膜致密，能很好地被玻璃浸润。且不与汞作用，适合在含汞放电的仪表中使用。是电真空器件主要密封结构材料。

11 4J29材料牌号 4J29。 

12 4J29相近牌号 见表1-1。 

表1-1[1～4]

俄罗斯

美国

英国

日本

法国

德国

29HК

Kovar

Nilo K

KV-1

Dilver P0

Vacon 12

29HК-BИ

Rodar 

Techallony Glasseal 29-17

Telcaseal

KV-2 

KV-3

Dilver P1

Silvar 48

13 4J29材料的技术标准 YB/T 5231-1993《铁镍钴玻封合金4J29和4J44技术条件》。 

14 4J29化学成分 见表1-2。

表1-2                                      %

C

Mn

Si

P

S

Cu

Cr

Mo

Ni

Co

Fe

≤

003

05

030

0020

0020

020

020

020

285～295

168～78

余量

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下，允许镍、钴含量偏离表1-2规定范围。铝、镁、锆和钛的含量各不大于010%，其总量应不大于020%。 

15 4J29热处理制度 标准规定的膨胀系数及低温组织稳定性的性能检验试样，在氢气气氛中加热至900℃±20℃,保温1h，再加热至1100℃±20℃，保温15min，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出炉。 

16 4J29品种规格与供应状态 品种有丝、带、板、管和棒材。

17 4J29熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉、真空感应炉或电弧炉熔炼。 

18 4J29应用概况与特殊要求 该合金是国际通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。经航空工厂长期使用，性能稳定。主要用于电真空元器件如发射管、振荡管、引燃管、磁控管、晶体管、密封插头、继电器、集成电路的引出线、底盘、外壳、支架等的玻璃封接。在应用中应使选用的玻璃与合金的膨胀系数相匹配。根据使用温度严格检验其低温组织稳定性。在加工过程中应进行适当的热处理，以保证材料具有良好的深冲引伸性能。当使用锻材时应严格检验其气密性。 

二、4J29物理及化学性能

21 4J29热性能                                         

211 4J29溶化温度范围 该合金溶化温度约为1450℃[1,2]。 

212 4J29热导率 见表2-1。 

表2-1[1]

θ/℃

100

200

300

400

500

λ/(W/(m·℃))

206

215

227

237

254

213 4J29比热容 在0℃时，比热容为440J/(kg•℃)；在430℃时，比热容为649J/(kg•℃)。 

214 4J29线膨胀系数 标准规定α1(20～400℃)=(46～52)×10-6℃-1；α1(20～450℃)=(51～55)×10-6℃-1(当用于晶体管时上限为56×10-6℃-1)。 

合金的平均线膨胀系数见表2-2。合金的膨胀曲线见图2-1。

    22 4J29密度 

23 4J29电性能

231 4J29电阻率  ρ=048μΩ·m[1,5]。

表2-2[1]

θ/℃

/10-6℃-1

θ/℃

/10-6℃-1

20～60

78

20～500

62

20～100

64

20～550

71

20～200

59

20～600

78

20～300

53

20～700

92

20～400

51

20～800

102

20～450

53

20～900

114

    231 4J29电阻温度系数 见表2-3。 

表2-3[1]

温度范围/℃

20～50

20～85

20～100

20～200

20～300

20～400

αR/10-3℃-1

37

37

39

39

37

33

    24 4J29磁性能 

241 4J29居里点 Tc=430℃[1,5]。 

242 4J29合金的磁性能 见表2-4[1]。

在4000A/m下，剩余磁感应强度Br=098T，矫顽力Hc=688A/m[1,2]。 

25 4J29化学性能 合金在大气、淡水和海水中有较好的耐腐蚀性。 

表2-4[1,2]

H/(A/m)

B/T

H/(A/m)

B/T

H/(A/m)

B/T

8

09×10-2

80

035

2000

147

16

21×10-2

160

081

4000

161

24

36×10-2

400

117

40

83×10-2

800

134

4J29力学性能 

31 4J29技术标准规定的性能 

311 4J29硬度 深冲态带材的硬度应符合表3-1的规定。厚度不大于02mm时不作硬度检验。 

312 4J29抗拉强度 丝材和带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。 

表3-1

状态

δ/mm

硬度HV

深冲态

>25

≤170

≤25

≤165

表3-2

状态代号

状态

σb/MPa

丝材

带材

R

软态

<585

<570

1/4I

1/4硬态

585～725

520～630

1/2I

1/2硬态

655～795

590～700

3/4I

3/4硬态

725～860

600～770

I

硬态

>850

>700

32 4J29室温及各种温度下的力学性能 

321 4J29硬度 冷应变率为50%的带材，在不同退火温度下的硬度见图3-1。 

322 4J29拉伸性能 合金（退火态）在室温的拉伸性能见表3-3。冷应变率为50%的带材，在不同退火温度下的拉伸性能见图3-2。 

表3-3[1,5]

σb/MPa

σP02/MPa

δ/%

520

330

30

33 4J29持久和蠕变性能

34 4J29疲劳性能  

35 4J29弹性性能  

351 4J29弹性模量 E=138GPa。 

四、4J29组织结构 

41 4J29相变温度 γ→α相变温度在-80℃以下。            

42 4J29时间-温度-组织转变曲线  

43 4J29合金组织结构 合金按15规定的热处理制度处理后，再经-785℃冷冻，大于等于4h不应出现马氏体组织。但当合金成分不当时，在常温或低温下将发生不同程度的奥氏体(γ)向针状马氏体(α)转变，相变时伴随着体积膨胀效应。合金的膨胀系数相应增高，致使封接件的内应力剧增，甚至造成部分损坏。影响合金低温组织稳定性的主要因素是合金的化学成分。从Fe-Ni-Co三元相图中可以看到，镍是稳定γ相的主要元素，镍含量偏高有利于γ相的稳定。随合金总变形率增加其组织越趋向稳定。合金成分偏析也可能造成局部区域的γ→α相变。此外晶粒粗大也会促进γ→α相变。 

44 4J29晶粒度 标准规定深冲态带材的晶粒度应不小于7级，小于7级的晶粒不得超过面积的10%。厚度小于013mm的带材估计平均晶粒度时，沿带材厚度方向晶粒个数应不少于8个。 

冷应变率为60%～70%的厚的带材，在表4-1所示温度下退火1h,空冷后，按YB 027-1992附录A评级，其晶粒度见表4-1。 

表4-1[1,2]

退火温度/℃

675

700

750

800

900

1000

1100

1200

晶粒度级别

开始再结晶

>10

>10

10

75

50

40

30

五、4J29工艺性能与要求 

51 4J29成形性能 该合金具有良好的冷、热加工性能，可制成各种复杂形状的零件。但应避免在含硫的气氛中加热。在冷轧时，当带材的冷应变率大于70%时，退火后会引起塑性各向异性；冷应变率在10%～15%范围时，合金在退火后会导致晶粒急剧长大，也将产生合金的塑性各向异性。当最终应变率为60%～65%，晶粒度为7～85级时，其塑性各向异性最小[2,4,7～9]。 

合金带材的杯突值与厚度的关系见图5-1。

52 4J29焊接性能 该合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等 

方法与铜、钢、镍等金属焊接。当合金中锆含量大于006%时， 

将影响板材的氩弧焊焊接质量，甚至使焊缝开裂。 

该合金与玻璃封接前，应清洗干净，随后进行高温湿氢处 

理、预氧化处理。 

53 4J29零件热处理工艺 热处理可分为：消除应力退火、 

中间退火、净化去气处理、预氧化处理。 

(1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后的残存应力要 

进行消除应力退火：470～540℃，保温1～2h,炉冷或空冷。 

(2)中间退火 为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程中引 

起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件需在干氢、分解氨 

或真空中，加热到750～900℃，保温14min～1h，然后炉冷， 

空冷或水淬。

(3)净化去气处理 零件成形后，预氧化处理前，需进行湿氢处理，处理前应进行除油。工作需在饱和湿氢中，加热到950～1050 ℃，保温10～30min,然后炉冷。 

(4)预氧化处理 合金在湿氢处理后，熔封前一般要进行预氧化处理，使合金表面生成一层厚度均匀、致密的氧化膜，该氧化膜与基体结合牢固，且能很好地与熔融的玻璃浸润。零件在湿氢处理后，在大约800℃的空气中氧化。零件的增重在02～04mg/cm2范围为宜[10]。 

该合金不能用热处理硬化。

54 4J29表面处理工艺 表面处理可用喷砂、抛光、酸洗。

零件与玻璃封接后，为易于焊接，需去除封接时生成的氧化膜，可将零件在10%盐酸+10%硝酸的水溶液中，加热到70 ℃左右，酸洗2～5min。 

该合金具有良好的电镀性能，表面能镀金、银、镍、铬等金属。为便于零件间的焊接或热压粘结，常镀以铜、镍、金、锡的镀层。为改善高频电流的传导能力，降低接触电阻以保证正常的阴极发射特性，常镀以金、银的镀层。为提高器件的耐蚀性能可镀镍或金[11]。 

55 4J29切削加工与磨削性能 该合金切削特性和奥氏体不锈钢相似。加工时采用高速钢或硬质合金刀具，低速切削加工。切削时可使用冷却剂。该合金磨削性能良好。

根据题目信息，可以列出如下的反应方程式：

FeO + CO → Fe + CO2

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

由于反应涉及到三种不同的铁氧化物，我们无法直接确定样品中各种氧化物的含量。不过，我们可以通过化学计量学的方法，利用实验数据计算出反应中消耗的 CO 的量，从而推算出样品中铁氧化物的组成。

根据题目中的数据，60g 铁的氧化物混合样品通入 CO 后生成的气体通入碱石灰，增重了 44g。这说明气体中的 CO2 被碱石灰吸收了，而增重的量就是 CO2 的质量。因此，可以计算出反应中消耗的 CO 的质量：

CO2 的质量 = 碱石灰增重量 = 44g

CO 的质量 = CO2 的质量 / 反应系数

根据反应方程式，可以看出 FeO 只需要 1 mol CO 就可以完全反应，Fe2O3 需要 3 mol CO，Fe3O4 需要 4 mol CO。因此，我们可以分别计算出三种氧化物中 CO 的消耗量，然后比较它们与实际消耗的 CO 的量，从而判断样品中各种氧化物的含量。

设 FeO、Fe2O3、Fe3O4 的质量分别为 m1、m2、m3，则有：

m1 + m2 + m3 = 60g

CO 的质量 = 44g / 44g/mol = 01mol

FeO 只需要 1 mol CO，因此消耗的 CO 的质量为 01mol × 28g/mol = 28g。同理，Fe2O3 和 Fe3O4 分别消耗的 CO 的质量为 01mol × 3 × 28g/mol = 84g 和 01mol × 4 × 28g/mol = 112g。

我们可以列出如下的方程组：

m1 + 3m2 + 4m3 = 01mol

m1 + m2 + m3 = 60g

解这个方程组，可以得到：

m1 = 10g，m2 = 20g，m3 = 30g

因此，该固体样品可能是由 10g FeO、20g Fe2O3 和 30g Fe3O4 混合而成。

答案选D