化合物形成和分解第二部分

1、化合物形成和分解第二部分第1頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一13.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理第2頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一2逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t高價(jià)氧化物在溫度升高時(shí)放出氧，依次突躍地經(jīng)過體系中所有低價(jià)氧化物，直至零價(jià)（金屬）3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理對(duì)于同一金屬元素，若其能形成不同價(jià)位的氧化物，則其分解過程有如下原則：穩(wěn)定性原則溫度升高時(shí)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的低價(jià)(含氧原子數(shù)少)的氧化物穩(wěn)定存在；低溫時(shí)，則是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的氧化物穩(wěn)定存在。第3頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一3高價(jià)氧化物的氧勢(shì)比低價(jià)氧化物的氧勢(shì)高，說明

2、高價(jià)氧化物的穩(wěn)定性比低價(jià)氧化物的穩(wěn)定性小。隨著氧勢(shì)的降低，高價(jià)氧化物將逐級(jí)分解為低價(jià)氧化物，并最終得到金屬。3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理第4頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一4反應(yīng)能否越級(jí)進(jìn)行？ 3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理V2O5 VO2 V2O3 VO VV2O5 VO2 V2O3 V?第5頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一5反應(yīng)能否越級(jí)進(jìn)行？ 3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理V2O5 VO2 V2O3 VO V例1400K，在 氣氛中，用H2還原V2O3，產(chǎn)物是什么？ V2O3(s)+H2(g)=2VO(s)+H2O(g) (a)

3、考慮逐級(jí)反應(yīng)V2O3(s)+3H2(g)=2V(s)+3H2O(g) (b) G0=106300-21.058T考慮越級(jí)反應(yīng)G0=153600-23.3T第6頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一6反應(yīng)能否越級(jí)進(jìn)行？ 3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理G= G0+RTlnK=G0+RTln(PH2O/PH2)V2O3(s)+3H2(g)=2V(s)+3H2O(g) (b) V2O3(s)+H2(g)=2VO(s)+H2O(g) (a)G(a)= -57.2KJG(b)= -13.0KJVO(s)+H2=V(s)+H2O(g)? (c)G0=177200-24.2TGc-1逐級(jí)

4、還原的趨勢(shì)大于越級(jí)還原的趨勢(shì),所以不能越級(jí)進(jìn)行!最終產(chǎn)物是VO，而不是V第7頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一73.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理注意：不相鄰的氧化物不能平衡共存，穩(wěn)定性相鄰的化合物才能平衡共存! 逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t主要針對(duì)各級(jí)氧化物及金屬均為凝聚態(tài)純物質(zhì)的形成分解反應(yīng)！ V2O3(s)+3H2(g)=2V+3H2O(g)V2O3(s)+H2(g)=2VO(s)+H2O(g) (a)第8頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一83.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理843K歧化溫度第9頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一9最低價(jià)氧

5、化物存在原則 最低價(jià)氧化物在轉(zhuǎn)變過程中有其出現(xiàn)的最低溫度。高于此溫度才能出現(xiàn)。而低于此溫度在轉(zhuǎn)變過程中不能出現(xiàn)。3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理對(duì)于同一金屬元素，若其能形成不同價(jià)位的氧化物，則其分解過程有如下原則：第10頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一103.4.1 分解反應(yīng) 3.4 氧化物形成分解的熱力學(xué)原理第11頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一113.4.2 分解特性 逐級(jí)轉(zhuǎn)變?cè)瓌t 最低價(jià)氧化物有一個(gè)存在的最低溫度 第12頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一123.4.3 鐵氧化物分解的優(yōu)勢(shì)區(qū)圖 Fe-O系氧化鐵分解的優(yōu)

6、勢(shì)區(qū)圖OlgPO2第13頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一133.5 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 含氧27.64%純Fe3O4含氧30.06%純Fe2O3 5709121394第14頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一143.5.3 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 第15頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一153.5.4 橫線溫度線 3.

7、5.5 各區(qū)穩(wěn)定存在的相 第16頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一163.6 金屬氧化動(dòng)力學(xué) 金屬氧化過程的組成環(huán)節(jié)和電化學(xué)性質(zhì)氧或氧化性氣體向金屬表面擴(kuò)散，形成O2-,金屬原子M氧化成M2+; O2-和M2+在形成的氧化物層（MO）內(nèi)成相反方向擴(kuò)散； O2-和M2+在反應(yīng)界面上結(jié)合成MO，在氧化物層外（MO|O2界面）以及其內(nèi)（M|MO界面）形成氧化物，使氧化膜層不斷增厚；金屬氧化的電化學(xué)原理第17頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一173.6 金屬氧化動(dòng)力學(xué) 金屬氧化的速率界面反應(yīng)速率穩(wěn)態(tài)原理 v=J內(nèi)擴(kuò)散第18頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日

8、，22點(diǎn)6分，星期一183.6 金屬氧化動(dòng)力學(xué) 金屬氧化的速率第19頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一19燃燒反應(yīng)4高爐內(nèi)燃料燃燒 第20頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一204.1 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第21頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一214.3 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)G 負(fù)值很大 K 值很大第22頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一224.3 C、H2、CO與O2的反應(yīng)的熱力學(xué)特性 T1156K,H2還

9、原能力大于CO還原能力 T981K CO比CO2穩(wěn)定，高溫下燃燒產(chǎn)物主要是COT981K CO2比CO穩(wěn)定，低溫下燃燒產(chǎn)物主要是CO2981K1156K第23頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一234.3 C、H2、CO與O2的反應(yīng)的熱力學(xué)特性 例題：試求混合氣體PH2O/PH20.2及溫度為1853K時(shí)，氣相的平衡氧分壓？1853K第24頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一244.4 水煤氣反應(yīng) 1156K第25頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一254.5固體碳的燃燒反應(yīng) 固體碳與氧的反應(yīng) 981K第26頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，

10、5月20日，22點(diǎn)6分，星期一264.5固體碳的燃燒反應(yīng) 基本熱力學(xué)數(shù)據(jù) 固體碳的氣化反應(yīng)C+CO2=2CO G0=169008-172.19T981K第27頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一274.5固體碳的燃燒反應(yīng) 反應(yīng)的平衡成分容易測(cè)量 曲線特點(diǎn) 固體碳的氣化反應(yīng)CO分解區(qū)CO形成區(qū)C+CO2=2CO G0=169008-172.19TP=1第28頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一284.5固體碳的燃燒反應(yīng) 壓力對(duì)曲線的影響 固體碳的氣化反應(yīng)C+CO2=2CO第29頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一29 碳與水蒸汽的反應(yīng)

11、C+H2O=H2+CO G0=134515-142.36T (7)C+2H2O=2H2+CO 2 G0=100022-112.54T (8)4.5固體碳的燃燒反應(yīng) 第30頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一30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。 C+H2O=H2+CO G0=134515-142.36T (7)C+2H2O=2H2+CO2 G0=100022-112.54T (8)第31頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一314.6 CH4的燃燒反應(yīng)

12、 發(fā)熱值很高的氣體燃料。 高溫下離解 CH4=C+2H2 熱處理中的滲碳劑裂化的產(chǎn)物是氣體還原劑第32頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一32燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算 51156K平衡組成如何計(jì)算？第33頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一33燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算 體系中建立方程的原則 5(1)平衡組分總和方程Pi=1或(%i)=100(2) 平衡常數(shù)方程(3)物質(zhì)的量恒定方程 第34頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一34燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算 例題1 ：將成分為 (CO2)=11%, (CO)=32%, (H2)=9%

13、, (N2)=48%的混合氣體送入熱處理爐內(nèi)，加熱到1233K，試求氣相的平衡成分及氣相的平衡氧分壓。（P264）5(1)平衡組分體積分?jǐn)?shù)總和方程(2) 反應(yīng)平衡常數(shù)方程(3)組分的原子物質(zhì)的量守恒定方程 直接根據(jù)平衡方程求解第35頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一35燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算 例題2 ：計(jì)算在105Pa及溫度為970K時(shí)，分別用空氣及 (O2)=24%的富氧空氣燃燒過剩固體碳的氣相組分的體積分?jǐn)?shù)。(P271?)5第36頁(yè)，共38頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)6分，星期一36燃燒反應(yīng)的氣相平衡組成計(jì)算 例題3 ：1600及105Pa混合氣體CO-CO2-H2O-H