第9章材料制備中的固態(tài)反應(yīng)

1、9.1若由MgO和AI2O3球形顆粒之間的反應(yīng)生成MgAIQ龐通過產(chǎn)物層的擴(kuò)散進(jìn)行的. 畫出其反應(yīng)的兒何圖形，并推導(dǎo)出反應(yīng)初期的速度方程。(2)若1300C時DAi+>DMg2+，CP基本不動,那么哪一種離子的擴(kuò)散控制著MgAI2O4的 生成？為什么？9.2探(Ni)在0a(m的氧氣中氧.化測得其質(zhì)童增ft (pg/cm2)如F表:溫度時何a度時間1(h)2(h)3(h)4(h)1(h)2(h)3(h)4(h)550T：9131520650*C霽2945065600#39;C5675SS106(1)導(dǎo)出臺適的反應(yīng)速度方程；(2)計(jì)算其活化能。93由AI2O3和S

2、iO2粉末反應(yīng)生成莫來石,過程由擴(kuò)散控制，擴(kuò)散活化能為209 kJ/mol. 1400 C下，lh完成10%,求1500C下，lh和4h各完成多少?(應(yīng)用楊德方程計(jì)算)9.4比較楊徳方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)條件。9.5粒徑為lpm球狀A(yù)bO：由過量的盹O微粒包圍,觀察尖晶石的形成,在恒定溫度下, 第lh有20%的AKh起了反應(yīng)，計(jì)算完全反應(yīng)的時間。(1) 用楊德方程計(jì)算;(2) 用金斯特林格方程計(jì)算。9.6當(dāng)測量氧化鋁一水化物的分解速率時，發(fā)現(xiàn)在等溫反應(yīng)期間，質(zhì)量損失隨時間線性増加 到50%左右,趙過50%時質(zhì)量損失的速率就小于線性規(guī)律。速率隨溫度指數(shù)増加，這是 一個市擴(kuò)散控制的反應(yīng)，

3、還是由界面一級反應(yīng)控制的反應(yīng)？當(dāng)溫度從451C增至493C 時-速率增大到10倍,計(jì)算此過程的活化能。(利用表9.2及圖9.22進(jìn)行分析)9.7 It! AI2O.和SO粉末形成莫來石反應(yīng)，由擴(kuò)散控制并符合揚(yáng)德方程，實(shí)驗(yàn)在溫度保持不 變的條件F 當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行1小時的時候測如已有15%的反應(yīng)物發(fā)生了反應(yīng)。(1) 將在多少時問內(nèi)全部反應(yīng)物祁生成產(chǎn)物？(2) 為了加速莫來石的生成，應(yīng)采収什么育效措施？9.8試分析影響固相反應(yīng)的主要因索。9.9如果要合成鎂鋁尖晶石,可供選擇的原料為MgCOs. Mg(OH)2. MgO、A12O3-3H2O.Y-AI2O3、a-AhO.o從捉高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什

4、么原料較好？請說明原因。1 解：<a) 1反應(yīng)物是半徑為&的等徑球粒B,x為產(chǎn)物層丿亨度。2反)2物A是擴(kuò).散相,即A總是包囤看B的賴粒 II A, B同產(chǎn)物C是完全接觸的，反應(yīng)自球表面向中心進(jìn)行3. A 6：產(chǎn)物層屮的濃度梯度是線性的,FL擴(kuò)散截面積一定。&二斤一(幾一才尸二=1 (I 少代入芒=K(1 ( 1G) 1/5 2=-4-K5i<b)酸個反應(yīng)過粒中速皮瑕慢的-步控制產(chǎn)物生成D小的控制產(chǎn)物生成，即M才 擴(kuò)散系數(shù)小,Mg'擴(kuò)散慢，整個反應(yīng)曲劇的擴(kuò)散擰制。小傕設(shè)O加罐探為4的霽枠/ *柝賺曜（脊儀左初期的鷲?穩(wěn)掙:k*G勺亡七二七/1 /點(diǎn)評:此題實(shí)

5、阪上為楊徳方程的推導(dǎo)過程。先要根據(jù)題意畫出示意圖，并建立正 確模?也從而排導(dǎo)III 11：®的動力學(xué)方程。根據(jù)題意,整個反應(yīng)過程山速度最慢的 一步控制,貝U可確定山擴(kuò)散慢的諛離子控制了整個反應(yīng)速度乜此作業(yè)思路淸晰. 解答完全正確。2 解 （1）將恿晁増量平方対t做圖.呈拋物線關(guān)系,則符合 燦t（2）連度常數(shù)山上=-£丄-常數(shù)R T10由血上一作因呈直線關(guān)系.斜率即為tga = 一蘭TR3解:楊徳方程1 - fl 一 <713 | 闔=kt代入 T= 1400°C G=10% t=lhQ-209KJ/mol代入楊徳方程 T=1500°C t=lh 4

6、h 求出 G=0.015 0. 2844. 都適用于穩(wěn)沱擴(kuò)散的情況。楊徳方程在反應(yīng)初期具仃很好的適應(yīng)性，但模?旦假 設(shè)球形顆粒擴(kuò)散截血枳保持不變，只適川于反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。金斯特 林格方程考慮了反應(yīng)過程中反應(yīng)截面血積隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化的情況，I人1此適用 范圍更廣，適用于反應(yīng)初、屮期。5楊徳方程1 (1G) 1/32-Ktt=lh G=0.2 算得 G=1 t=194. 6y金斯特林格方程 1(1-G) 2/5-Kt t=lh (40,2 算御 G二 1 t=71. 436.解：根據(jù)表9-2(P492)部分匝要的固相反應(yīng)動力學(xué)方程及m 9-22各種類型反應(yīng)中G-t/tO. 5曲線分析G

7、<50%, G-t呈線性關(guān)系G>50%, G-t小于線性規(guī)律,是由擴(kuò)散控制的反應(yīng),G*將 T, =45 rc, T產(chǎn)493 °CG)=G, G2=10Gt代入求得Q=505kJ/mol7.解:：(1)1 由暢湮方程1-0-G) 了 =Ja、 <已知 t=lh, G=0. 150=100% t=359.7(2)彫響擴(kuò)散的I劉索:減小粒度采用活性反應(yīng)物,SO Al2Or3H2O適當(dāng)加壓等&解：反應(yīng)物化學(xué)組成的影響，是決定反應(yīng)方向和速度的車要條件反應(yīng)物顆粒及均勻性的影響首先物料顆粒尺寸愈小，比表面枳愈大，反應(yīng)界面和擴(kuò)散 截血增加反應(yīng)產(chǎn)物層厚度減少，使反應(yīng)速度増大。同時.按威爾表而學(xué)說，隨粒度減小. 鍵強(qiáng)分布Illi線變半，弱鍵比率増加，仄應(yīng)和護(hù)散能力増獨(dú)。內(nèi)此，粒徑愈小，廉應(yīng)速度愈快 反Z亦然。此外.顆粒尺寸的彫響也直接反映在各幼力學(xué)方程中的速度常數(shù)項(xiàng)心 因?yàn)镵 值楚反比于潁粒半徑Rc?反應(yīng)溫度的彫響心溫度是影響固態(tài)反應(yīng)速度達(dá)到重婆外部條件。一般隨溫度升瓶 質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動動能増大，反應(yīng) 能力和擴(kuò)散能力堀強(qiáng)。反應(yīng)物活性的影響，晶格能愈鬲、結(jié)構(gòu)愈完