05[1]化合物的形成-分解、碳、氫燃燒反應(yīng).ppt

1、1,第五章 化合物的形成分解 碳、氫的燃燒反應(yīng),化合物形成分解反應(yīng)的熱力學(xué)原理,碳酸鹽的分解反應(yīng),燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算,4,1,2,3,氧化物的形成分解反應(yīng),燃燒反應(yīng),5,2,1.1 分解壓及其熱力學(xué)方程,1.1.1 分解壓,定義：對(duì)于反應(yīng)涉及到一種氣體生成物，其余都是 純凝聚相物質(zhì)的分解反應(yīng)，反應(yīng)式為： 分解反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分解出的氣體的平衡分壓 （標(biāo)準(zhǔn)壓力數(shù)），稱為化合物的分解壓。,化合物形成分解反應(yīng)的熱力學(xué)原理,1,3,冶金中常見的分解反應(yīng)： 氧化物分解 碳酸鹽分解 硫化物的分解,4,1.1.2 分解反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖,5,開始分解溫度: 化學(xué)沸騰溫度：,6,溫度,1.1.3

2、 影響分解壓的因素,固相物（反應(yīng)物或生成物）的相變,7,分散度的影響,8,固相物溶解形成溶體或形成復(fù)雜化合物,9,碳酸鹽的分解反應(yīng),2,碳酸鈣 碳酸鎂 白云石 碳酸鐵,10,3.1 氧位（氧勢）,3.1.1 定義,體系中氧氣的相對(duì)化學(xué)位，稱為氧位（氧勢），可以用來比較氧化氣氛的強(qiáng)弱。,計(jì)算式：,氧化物的形成分解反應(yīng),3,11,3.1.2 氧化物（固態(tài)及液態(tài)）的氧位,在封閉體系中，氧化物形成或分解反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡氣相中氧的氧位即是氧化物的氧位。,12,3.1.3 氣體氧化物的氧位（CO、CO2、H2O(g)）, 對(duì)于CO,氧位不僅與CO的生成吉布斯能有關(guān)， 還與平衡氣相中CO分壓有關(guān)。,13

3、, 對(duì)于CO2,14, 對(duì)于H2O(g),15,3.2 氧位（勢）圖,定義：氧化物的氧位隨溫度變化的關(guān)系圖 稱為氧位(勢)圖。,3.2.1 坐標(biāo)介紹,16,3.2.2 氧位線的走向,麥克斯威爾關(guān)系式：,即：恒溫下熵變與體積變化同符號(hào)，體積變化取決于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量的變化。,17, 2x/y M (s) + O2= 2/y MxOy (s) 2 H2 + O2 = 2H2O 2CO + O2 = 2CO2,氧位線向右上方傾斜, C + O2 = CO2,氧勢線與橫坐標(biāo)軸近似平行, 2C + O2 = 2CO,氧位線向右下方傾斜,18,19, 發(fā)生相變時(shí),若MO2發(fā)生相變,若M發(fā)生相變,即：元

4、素發(fā)生相變，相變點(diǎn)后斜率增大； 氧化物發(fā)生相變相變點(diǎn)后斜率變小。,20,即：在一定的氧分壓下氧位線是一條隨溫度變化的直線， 斜率 = nRln10 ， 過O（0，0）點(diǎn)。,PO2標(biāo)尺：按對(duì)數(shù)等分分度。只留O點(diǎn)及分度點(diǎn)。,21,2CO + O2 = 2CO2,這是一簇交于C點(diǎn)的直線, 只作出PCO/PCO2=1的直線， 其余的只保留分度點(diǎn)。,22,23,2H2 + O2 = 2H2O（g）,24,3.3 利用氧位圖進(jìn)行近似計(jì)算,3.3.1 計(jì)算氧化物在一定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯能G0,TK溫度線與氧化物氧勢線交點(diǎn)為a， a點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是。,25,3.3.2 計(jì)算氧化物在一定溫度TK的分解壓力,26,

5、3.3.3 計(jì)算元素的氧化反應(yīng)在一定溫度及氧分壓下的G,27,3.3.4 計(jì)算氧化物被固體碳直接還原的開始溫度,28,3.3.5 計(jì)算一定溫度TK下金屬熱還原反應(yīng)的G0,冶煉中用硅和鋁作還原劑去還原氧化物， 制取低碳合金和純金屬的方法。,29,3.3.6 計(jì)算在一定溫度TK下，用氣體還原劑 （CO、H2）還原金屬氧化物的平衡氣相成分,30,31,3.3.7 氣相的分壓已知， 計(jì)算一定溫度下氣體還原劑還原金屬氧化物的G,連接H（C）點(diǎn)與i點(diǎn)交TK溫度線于j。,32,33,3.4.1 分解壓力及分解反應(yīng),3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理,34,3.4.2 分解特性,逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t,最低價(jià)氧化物有一

6、個(gè)存在的最低溫度,35,3.4.3 鐵氧化物分解的優(yōu)勢區(qū)圖,36,3.5 鐵氧狀態(tài)圖,3.5.1 坐標(biāo),縱坐標(biāo) 溫度， 橫坐標(biāo)氧含量，%O,3.5.2 豎直線,縱坐標(biāo)線Fe 含氧27.64%純Fe3O4 含氧30.06%純Fe2O3,37,38,3.5.3 兩個(gè)固溶體,兩個(gè)液溶體, FexO浮士體 Fe3O4在FeO晶體中的固溶體, Fe3O4固溶體 Fe2O3在Fe3O4中的固溶體, L1：溶解有氧的鐵的熔體, L2：液態(tài)的鐵氧化物,39,3.5.4 橫線溫度線,3.5.5 各區(qū)穩(wěn)定存在的相,40,4.1 燃燒反應(yīng)的作用,提供熱量，提供還原劑。,4.2 碳?xì)溲躞w系的燃燒反應(yīng),燃燒反應(yīng),4,41,4.3 C、H2、CO與O2的反應(yīng)的熱力學(xué)特性,4.3.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù),4.3.2 G 負(fù)值很大,4.3.3 K 值很大,4.3.4 溫度對(duì)反應(yīng)的影響,42,4.4 水煤氣反應(yīng),4.5 碳的氣化反應(yīng),反應(yīng)的平衡成分容易測量,曲線特點(diǎn),壓力對(duì)曲線的影響,43,4.6 碳與水蒸汽的反應(yīng),溫度高于1000以(7)為主； 溫度低于400，以(8)為主。 吸熱反應(yīng)，發(fā)生在燃燒帶內(nèi)。 反應(yīng)結(jié)果生成CO、H2氣體還原劑。,44,4.7 CH