焓变计算及应用

1、第一章第一章 冶金热力学冶金热力学1.11.1冶金反应焓变计算及应用冶金反应焓变计算及应用1.21.2标准吉布斯自有能变化的计算及应用标准吉布斯自有能变化的计算及应用1.31.3埃林汉埃林汉(Ellingham)(Ellingham)图及其应用图及其应用1.41.4活度与活度系数活度与活度系数1.51.5热力学在冶金中应用实例热力学在冶金中应用实例冶金热力学冶金热力学 内容：反应的方向、限度和可能性内容：反应的方向、限度和可能性对象：由大量质点组成的宏观体系。不适合微观对象：由大量质点组成的宏观体系。不适合微观 对象对象理论依据：热力学三大定律理论依据：热力学三大定律 第一定律：能量守恒与转化

2、第一定律：能量守恒与转化 焓变焓变 第二、三定律：自发过程的方向和限度第二、三定律：自发过程的方向和限度 吉布吉布斯自有能变化斯自有能变化方法：体系始、末态热力学函数的变化方法：体系始、末态热力学函数的变化 1.1 1.1 冶金反应焓变计算及应用冶金反应焓变计算及应用 研究化学反应、溶液生成，物态变化（如晶型转变研究化学反应、溶液生成，物态变化（如晶型转变 、熔化或蒸发等）以及其、熔化或蒸发等）以及其他物理变化和化学过程产生热效应的内容，称为热化学。冶金反应焓变的计算他物理变化和化学过程产生热效应的内容，称为热化学。冶金反应焓变的计算实际上是冶金热化学的主要内容。实际上是冶金热化学的主要内容。

3、 冶金反应的特点是高温、多相。为了获得高温，依赖于物理热和化学热。冶金反应的特点是高温、多相。为了获得高温，依赖于物理热和化学热。高炉炼铁为半自热熔炼，其热量来源既有物理热，又有化学热；电炉炼钢则需高炉炼铁为半自热熔炼，其热量来源既有物理热，又有化学热；电炉炼钢则需要电能转变为热能，而转炉炼钢则为自热熔炼，主要的热源是化学热。以氧气要电能转变为热能，而转炉炼钢则为自热熔炼，主要的热源是化学热。以氧气顶吹转炉炼钢为例，把顶吹转炉炼钢为例，把13501350的铁水升温到的铁水升温到16501650，主要依赖于铁水中的，主要依赖于铁水中的SiSi 、MnMn 、C C等元素氧化反应放热；即由化学能转

4、变成热能。要控等元素氧化反应放热；即由化学能转变成热能。要控制氧气顶吹转炉的温度，需要进行冶金热化学计算（热平衡计算），温度偏高制氧气顶吹转炉的温度，需要进行冶金热化学计算（热平衡计算），温度偏高加降温剂，如废钢等；温度偏低则要加入提温剂，如硅铁等，以达到控制冶炼加降温剂，如废钢等；温度偏低则要加入提温剂，如硅铁等，以达到控制冶炼过程的目的。总之，金属的提取过程一般都伴有吸热或放热现象。因此，计算过程的目的。总之，金属的提取过程一般都伴有吸热或放热现象。因此，计算冶金反应焓变，不仅有理论意义，还有实际意义冶金反应焓变，不仅有理论意义，还有实际意义 。 .1物理热的计算物理热的计

5、算 纯物质的焓变计算，一是利用热容；二是应用相对焓。纯物质的焓变计算，一是利用热容；二是应用相对焓。o用恒压热容计算纯物质的焓变用恒压热容计算纯物质的焓变 一定量的物质升高一度所吸收的热量，称为热容（一定量的物质升高一度所吸收的热量，称为热容（C C），单位为），单位为JKJK1 1。若物质的量以。若物质的量以kg(g)kg(g)计，则所吸收的热量称为质量热容，计，则所吸收的热量称为质量热容，用用c c 表示。若质量是表示。若质量是1kg(g)1kg(g)，则称为比质量热容，单位是，则称为比质量热容，单位是JKJK1 1kg(g)kg(g)1 1。若物质的量为一摩尔，则称为摩尔热容，用。若物质

6、的量为一摩尔，则称为摩尔热容，用C Cm m表示，表示，单位是单位是JKJK1 1molmol1 1。 对于成分不变的均相体系对于成分不变的均相体系( (包括纯物质包括纯物质) )，在等压过程中的热容称，在等压过程中的热容称为定压热容（为定压热容（C Cp p），在等容过程中的热容称为定容热容（），在等容过程中的热容称为定容热容（C Cv v）。）。 物理热计算物理热计算物理热计算物理热计算pp）TH（C 在恒压下加热某物质，温度由在恒压下加热某物质，温度由T T1 1升高到升高到T T2 2，对式（，对式（1 1）积分即得到该）积分即得到该物质加热过程中所吸收的物理热物质加热过程中所吸收的物

7、理热 dTCHTTp21当物质在加热过程中发生相变时，必须考虑相变焓当物质在加热过程中发生相变时，必须考虑相变焓 Htr及相变前后同一物质的定压热容不同。因此，计算公式需改及相变前后同一物质的定压热容不同。因此，计算公式需改写为写为 21trTTpTTptrtrdTCHdTCH（1）（2）（3） 一定量的物质在恒温、恒压下发生相变化时与环境交换的热称为一定量的物质在恒温、恒压下发生相变化时与环境交换的热称为相变焓相变焓。相变焓相变焓包括固态物质由一种晶型转变成另一种晶型时包括固态物质由一种晶型转变成另一种晶型时晶型转化焓晶型转化焓；固体；固体变为液体，或液体变为固体变为液体，或液体变为固体熔化

8、焓或凝固焓熔化焓或凝固焓；由液体变为气体，或气；由液体变为气体，或气体变为液体体变为液体蒸发焓（气化焓），或冷凝焓蒸发焓（气化焓），或冷凝焓；及由固体直接变成气体，；及由固体直接变成气体，或由气体直接变为固体或由气体直接变为固体升华焓升华焓。 物理热计算物理热计算由此可见，将固态由此可见，将固态1mol1mol某纯物质在恒压下由某纯物质在恒压下由298K298K加热到温度加热到温度T T时，期间时，期间经固态相变、固经固态相变、固/ /液、液液、液/ /气变化，其所需的全部热量的计算式为气变化，其所需的全部热量的计算式为 trMtr298msm(s)p,mtrm(s)p,mddTTTlHTCH

9、TCHBMddm(g)p,mg)(mp,TTTTllBTCHTC（4）物理热计算物理热计算o利用摩尔标准相对焓利用摩尔标准相对焓 计算纯物质的焓变 298,mm,HHT 在绝大多数情况下，量热给出了纯物质在在绝大多数情况下，量热给出了纯物质在298K298K时的热化时的热化学常数，所以学常数，所以, , 积分下限常定为积分下限常定为298K298K，于是，于是 TpTTCHH298m,298,m,md298,m,mHHT称为摩尔标准相对焓，即称为摩尔标准相对焓，即1mol1mol物质在常压下从物质在常压下从 298K298K加热到加热到K K时所吸收的热量。若物质的量为时所吸收的热量。若物质的

10、量为n n molmol，其相对，其相对焓为焓为 )(298,m,mHHnTTpTCn298m,d如在变温过程中有相变发生，则：如在变温过程中有相变发生，则： 物理热计算物理热计算298,m,mHHTtrMtr298ms)m(s,mtrm(s),ddTTTlppHTCHTCTTplTTlpdTCHTCBBM)m(g,mg)m(,d如得到如得到T T1 1、T T2 2温度时的摩尔标准相对焓，则可求得温度时的摩尔标准相对焓，则可求得T T1 1T T2 2范范围内的焓变围内的焓变)()(298,298,12mTmmTmmHHHHH1.1.2化学反应焓变的计算化学反应焓变的计算化学反应焓变计算化学

11、反应焓变计算在化学反应进行的同时，往往有放热和吸热现象伴随着发生。在化学反应进行的同时，往往有放热和吸热现象伴随着发生。在恒压下化学反应所吸收或放出的热量，称为化学反应的焓在恒压下化学反应所吸收或放出的热量，称为化学反应的焓变变 。Hr一个化学反应的焓变决定于反应的进度一个化学反应的焓变决定于反应的进度 ，定义，定义 为反应的摩尔焓变，即反应进行到生成或消耗为反应的摩尔焓变，即反应进行到生成或消耗1mol1mol某物质某物质时的焓变，其单位为时的焓变，其单位为J Jmolmol-1-1。 HHrmr如果参加反应的各物质处于标准状态，此时反应焓变就称为如果参加反应的各物质处于标准状态，此时反应焓

12、变就称为标准焓变标准焓变, , 记为记为 rH压力对凝聚态物质的焓变影响不大，可认为压力对凝聚态物质的焓变影响不大，可认为HrrH利用盖斯利用盖斯(Hess)(Hess)定律定律化学反应焓变计算化学反应焓变计算1840年赫斯 (Hess) 总结了大量的实验结果，提出了一条定律：“在恒温恒压或恒温恒容下，化学反应焓变只取决于反应的始末态，而与过程的具体途径无关。即化学反应无论是一步完成或分几步完成，其反应焓变相同。” 化学反应焓变可以用量热法、测量平衡常数与温度关系、化学反应焓变可以用量热法、测量平衡常数与温度关系、测量原电池电动势与温度关系等方法进行实验测定。然而，测量原电池电动势与温度关系等

13、方法进行实验测定。然而，化学反应种类极多，不可能一一测量。而且有些化学反应化学反应种类极多，不可能一一测量。而且有些化学反应或反应速度极慢，或反应温度太高，或伴有副反应等等，或反应速度极慢，或反应温度太高，或伴有副反应等等，使测量难以实现。因此，使测量难以实现。因此，要利用已知化合物的热力学数据要利用已知化合物的热力学数据进行计算。进行计算。赫斯定律奠定了热化学的基础，它使热化学方程式可以像代赫斯定律奠定了热化学的基础，它使热化学方程式可以像代数方程式那样进行运算。从而，可以根据已经准确测定的反数方程式那样进行运算。从而，可以根据已经准确测定的反应焓变来计算难于测定，甚至是不能测定的反应焓变。

14、应焓变来计算难于测定，甚至是不能测定的反应焓变。 化学反应焓变计算化学反应焓变计算例已知2000K时，反应 22(s)COOC22COO21COmolkJHr/313.3951molkJHr/558.2772求反应COO21C2(s)焓变3rH化学反应焓变计算化学反应焓变计算C(s)+O2 始态 CO2 终态 2O21CO 2)(21OCOg1Hr 3rH2rH根据赫斯定律，在恒温、恒压下，途径I和II的反应焓变相同 3r2r1rHHH2r1r3rHHH-117.755kJ/mol利用基尔霍夫（利用基尔霍夫（KirchhoffKirchhoff）公式积分计算）公式积分计算 化学反应焓变计算化学

15、反应焓变计算ppCTHrrpCr 反应的等压热容差，即生成物的热容总和减去反应物的热容总和反应的等压热容差，即生成物的热容总和减去反应物的热容总和 iv 化学反应计量数，对于反应物取负号，生成物取正号化学反应计量数，对于反应物取负号，生成物取正号 Cp=a+bT +cT-2+dT2+eT-3 322ETDTCTBTACpiiavAiibvB；C、D、E依次类推 若反应物及生成物的温度从若反应物及生成物的温度从298K298K变到变到T T K K时，而且各物质均无相变，式时，而且各物质均无相变，式(5)(5)定积分得定积分得 （5）TpTTCHH298r298rrd（6）为室温下标准反应焓，为

16、室温下标准反应焓，可由纯物质的标准生成焓计算可由纯物质的标准生成焓计算 化学反应焓变计算化学反应焓变计算298rH在标准压力在标准压力 和一定的反应温度下，由稳定单质生成和一定的反应温度下，由稳定单质生成1mol1mol化合物的反化合物的反应焓变称为该化合物的标准生成焓，应焓变称为该化合物的标准生成焓， pmfH)(2)(2)(ggsCOOC)(2)(2)(22ggsCOOCO2COfrHH2COfrHH由盖斯定律可推得，由盖斯定律可推得，对任意化学反应，标准焓变可写成对任意化学反应，标准焓变可写成 )298(f298riiHvH（7）若参与反应的各物质中在变温过程中有一个或几个发生相变，则应

17、考虑若参与反应的各物质中在变温过程中有一个或几个发生相变，则应考虑相变焓和相变前后物质的定压热容不同相变焓和相变前后物质的定压热容不同 化学反应焓变计算化学反应焓变计算HTCHTCHHTTpTpTtfustr298298rrMTrrddTTpTTpTCHTCBBMdd B（8）对相变焓：生成物质发生相变取正号，反应物发生相变对相变焓：生成物质发生相变取正号，反应物发生相变 取负号取负号 例题例题 四氯化钛镁热还原法制取金属钛四氯化钛镁热还原法制取金属钛 TiClTiCl4 4(g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl(g)+2Mg(s)=Ti(s)+2MgCl2 2(s)(s)试计算试计算T

18、iClTiCl4 4和和MgMg在在1000K1000K反应时的焓变。已知下列数据反应时的焓变。已知下列数据 化学反应焓变计算化学反应焓变计算物质 m298fH 1molkJ 相变温度 K 相变焓 1molkJ 恒压热容m,pC 11molKJ 适用温度 K )s(Tia trT1155 4.14 22.1310.2510-3T 2981155 s)(Ti MT1933 18.62 19.837.9110-3T 11551933 )(Til 35.56 19333575 M gCl2(s) 641.4 TM987 43.10 79.105.9410-3T 8.621052T 298987 M

19、gCl2(l) Tb1691 156.23 92.47 9871691 M gCl2(g) 57.610.2910-3T 5.311052T 2982000 TiCl4(g) 763.2 107.150.4610-3T 10.541052T 2982000 M g(s) TM =923 8.95 22.3010.2510-3T 0.421052T 298923 M g(l) bT=1378 127.61 31.80 9231378 M g(g) 20.75 2982000 化学反应焓变计算化学反应焓变计算解解 根据巳知数据，在根据巳知数据，在1000K1000K以下经过了两个相变，即以下经过了

20、两个相变，即923K Mg923K Mg熔化，熔化，987KMgCl987KMgCl2 2熔化。因此，相应的热容差有：熔化。因此，相应的热容差有： （298298923K923K）；）； （923923987K987K），）， （9879871155K1155K）。首先计算上述三个热容差。）。首先计算上述三个热容差。1pC2pC3pC1pC2531086. 51017. 158.28TT11molKJ11molKJ11molKJ25321070. 61067.2158. 9TTCp25331054.101079. 932.36TTCp求室温下求室温下的焓变的焓变 298rH(g)298(TiC

21、lf(s)298(MgClf298r422HHH519.6 1molkJ第二步计算第二步计算 rTH9879232(Mg)fus9232981298rrd2dTCHTCHHppT化学反应焓变计算化学反应焓变计算TpTCH9873)MgCl(fusd22代入数据得：代入数据得：89502d)1086. 51017. 158.28(519600923298253rTTTHT431002d)1069. 61070.2158. 9(987923253TTTTTTT987253d)1054.101079. 932.36(15231054.101090. 436.32474155TTT=1molJ该式适用

22、于该式适用于9879871155K1155K范围内，计算任一温度下镁热还原范围内，计算任一温度下镁热还原TiClTiCl4 4反应反应焓变。将焓变。将T=1000KT=1000K代入上式，即可求出代入上式，即可求出1000K1000K的反应焓变的反应焓变1000KrH433950 1molJ化学反应焓变计算化学反应焓变计算利用相对焓利用相对焓( ( ) )298HHT焓变的计算比较繁琐，利用相对焓进行计算，则比较简单。目前已有焓变的计算比较繁琐，利用相对焓进行计算，则比较简单。目前已有的热力学数据手册，列出上千种物质的相对焓的热力学数据手册，列出上千种物质的相对焓 )(298HHT利用相对焓计

23、算某温度下反应的焓变公式为利用相对焓计算某温度下反应的焓变公式为 iHTHivHTH298 298rr（9）例题例题 用氢还原三氧化钨制取钨粉反应为用氢还原三氧化钨制取钨粉反应为 OHWOHWO2)g(2)g(2) s (3OH2WH2WO2(s)g(2) s (212化学反应焓变计算化学反应焓变计算巳知巳知 各物质在各物质在1100K1100K时的相对焓如表时的相对焓如表1-21-2所示。试计算所示。试计算1100K1100K时各反应的时各反应的焓变。焓变。 相对焓和标准生成焓 WO3(s) WO2(s) W(s) H2(g) H2O(g) 2981100HH /1molJ 76280 57

24、490 20990 23840 30150 298fH /1molJ 842910 589690 0 0 242460 表表1-2 1100K1-2 1100K时各物质的相对焓时各物质的相对焓 解解 根据式（根据式（9 9） 得得 ）反应物（）生成物（1298110012981100) 1298(r1100(1)rHHHHHH=(589690242460)(842910)(5749030150)(7628023840)1720 ( )1molJ化学反应焓变计算化学反应焓变计算同理同理 1100(2)rH)20990301502()5896902242460(80890)23840257490(

25、1molJ由上述计算结果不难看出，用氢还原钨的氧化物制取钨粉由上述计算结果不难看出，用氢还原钨的氧化物制取钨粉为吸热反应。因此，在还原工艺过程中必须采取必要的供为吸热反应。因此，在还原工艺过程中必须采取必要的供热措施。热措施。 热化学应用热化学应用1.1.3 1.1.3 热化学应用实例热化学应用实例 材料和冶金过程的物理变化和化学反应错综复杂材料和冶金过程的物理变化和化学反应错综复杂, , 故各类反应的焓变故各类反应的焓变的计算也比较复杂。因此，往往需要把条件进行简化才能进行运算。的计算也比较复杂。因此，往往需要把条件进行简化才能进行运算。 最高反应温度（理论温度）计算最高反应温度（理论温度）

26、计算 利用基尔霍夫公式计算化学反应焓变，前提是反应物与生成物的温度相利用基尔霍夫公式计算化学反应焓变，前提是反应物与生成物的温度相同，为了使化学反应温度保持恒定，过程放出的热要及时散出；对吸热同，为了使化学反应温度保持恒定，过程放出的热要及时散出；对吸热反应则必须及时供给热量。反应则必须及时供给热量。 如果化学反应在绝热条件下进行，或因反应进行得快，过程所放出的热如果化学反应在绝热条件下进行，或因反应进行得快，过程所放出的热量不能及时传出，此时也可视为量不能及时传出，此时也可视为绝热过程绝热过程。在类似的体系中，温度将发。在类似的体系中，温度将发生变化。对于放热反应，生成物将吸收过程发出的热，

27、使自身温度高于生变化。对于放热反应，生成物将吸收过程发出的热，使自身温度高于反应温度。反应温度。如果已知反应的焓变，以及生成物热容随温度变化的规律，如果已知反应的焓变，以及生成物热容随温度变化的规律，即可计算该体系的最终温度，即可计算该体系的最终温度，该温度称为最高反应温度（又叫理论最高该温度称为最高反应温度（又叫理论最高反应温度）。对燃烧反应，就称为理论燃烧温度。绝热过程是理想过程，反应温度）。对燃烧反应，就称为理论燃烧温度。绝热过程是理想过程，实际上体系和环境发生能量交换总是不可避免的。因此，反应所能达到实际上体系和环境发生能量交换总是不可避免的。因此，反应所能达到的实际温度总是低于理论最

28、高温度。的实际温度总是低于理论最高温度。 热化学应用热化学应用计算放热反应的理论最高温度非等温过程焓变的计算。计算放热反应的理论最高温度非等温过程焓变的计算。一般假定：一般假定：1 1）反应按化学计量比发生；）反应按化学计量比发生；2 2）反应结束时反应器中不再）反应结束时反应器中不再有反应物。有反应物。因此，可认为反应热全部用于加热生成物，使生成物温度升高。因此，可认为反应热全部用于加热生成物，使生成物温度升高。计算理论最高温度的方法是理论热平衡计算理论最高温度的方法是理论热平衡 例题例题 镁还原制钛的总反应为镁还原制钛的总反应为 TiClTiCl4 4 (g)(g)+2Mg+2Mg(s)(

29、s)=Ti=Ti(s)(s)+2MgCl+2MgCl2 (s) 2 (s) 1 1） 当反应在当反应在298K298K、恒压下发生；、恒压下发生； 2 2）当反应物）当反应物TiClTiCl4 4和和MgMg分别预热至分别预热至1000K1000K，再使它们接触发生反应。，再使它们接触发生反应。 试用第一节的数据表，用试算法计算最高反应温度。试用第一节的数据表，用试算法计算最高反应温度。 热化学应用热化学应用解解 （1 1）计算反应）计算反应 TiClTiCl4 (g)4 (g)+2Mg+2Mg(s)(s)=Ti=Ti(s)(s)+2MgCl+2MgCl2 (s) 2 (s) 在在298K29

30、8K发生反应发生反应时，所能达到的最高温度。时，所能达到的最高温度。 该反应在该反应在298K298K时的反应焓为时的反应焓为 519.65kJ519.65kJ。此反应产生的热全部。此反应产生的热全部用于加热生成物用于加热生成物TiTi和和MgClMgCl2 2，使其温度升至，使其温度升至TKTK。运用理论热平衡方程得。运用理论热平衡方程得 298rHTpTpCC298)m(MgCl,298)m(Ti,dT2dT2519650由相对焓定义式积分可得到各纯物质在各温度段的相对焓由相对焓定义式积分可得到各纯物质在各温度段的相对焓 钛的相对焓计算如下钛的相对焓计算如下: : 70501013. 51

31、3.22)(23298,Ti298m,m,TTdTCHHTTimpaT(2981155K) 当当1155K1155K时，时， 转变成转变成 ， TiaTi4140mtr H1molJ25360m,298m,1155HH1molJ热化学应用热化学应用dTCHHHHHTmpmtrmmT1155,298,1155,Tim,298m,)()(231095. 383.191320TT(11551933K) 当当1933K1933K时，时， 熔化，熔化， J J mol mol 1 1 Ti18620ms Hl54430m,298m,1933HH1molJTHHlT56.354300)()Ti(298,m

32、,m (19333575K) MgClMgCl2 2的相对焓计算如下：的相对焓计算如下： 1523(s)MgClm,298m,1062. 81097. 210.7926720)(2TTTHHT（298987K） 当当987K987K时，时， 55100m,298m,987HH1molJ43100ms Hl热化学应用热化学应用THHlT47.926930)()(MgClm,298m,2（9871691K） 当1691K时，163290m,298m,1691HH1molJ156230mg Hl1523(g)MgClm,298,m1031. 51015. 061.57221360)(2TTTHHT（

33、16912000K） 计算不同温度段生成物相对焓之和计算不同温度段生成物相对焓之和: : 2MgClm,298m,Tim,298m,298m,m,2)(）（）（生成物HHHHHHvTTiTi298987K 1523,m,298m,1024.171011.0733.18060490)(TTTHHviTi生成物当987K时， 129980)(,m,298m,生成物iTiHHv1molJ298，987，1155，1691，1933，热化学应用热化学应用9871155K 23,m,298m,1013. 507.2076800)(TTHHviTi生成物当1155K时 252800)(,m,298m,11

34、55生成物iiHHv11551691K 23,m,298m,1095. 377.20415170)(TTHHviTi生成物当1691K时 372730)(,m,298m,1691生成物iiHHv16911933K 1523,m,298m,1063.101025. 406.135444040)(TTTHHviTi生成物当1691K时 685190)(,m,298m,1691生成物iiHHv热化学应用热化学应用由上述计算可以看出，由上述计算可以看出，298K298K时时MgMg（s s）还原还原TiClTiCl4 4（g g），反应，反应放出的热量（放出的热量（519.65kJ519.65kJ）大

35、于加热生成物）大于加热生成物2MgCl2MgCl2 2( (l l) ) 和和 到到1691K1691K所吸收的热量（所吸收的热量（372.73kJ372.73kJ），但小于），但小于加热生成物加热生成物 和和2MgCl2MgCl2 2（g g）到到1691K1691K气化所需吸收的气化所需吸收的热量（热量（685.19kJ685.19kJ）。因此，最高反应温度介于）。因此，最高反应温度介于MgClMgCl2 2液态液态与气化温度之间，即生成物的最终温度为与气化温度之间，即生成物的最终温度为1691K1691K。 TiTi热化学应用热化学应用（2 2） 计算当计算当TiClTiCl4(g)4(

36、g)和和MgMg均预热到均预热到1000K1000K，再使其接触引发反应，所能，再使其接触引发反应，所能达到的最高反应温度达到的最高反应温度 )()(42sgMgTiCl)()(42sgMgTiCl)(2)(2ssMgClTiHr1000K298K)()(42sgMgTiCl298K298H反应物,298,1000,)(immiHHHr298H反应物,298,1000,)(immiHH-热化学应用热化学应用生成物,m,298Tm,)(iiHHvHr反应物,298,1000,)(immiHH298H在此条件下，热平衡方程为在此条件下，热平衡方程为 Mgm,298m,1000TiClm,298m,

37、1000,m,298m,1000)(2)()(4HHHHHHvii反应物1mol131.27kJ生成物,m,298Tm,)(iiHHv650.93(-519.65)-131.271molkJ用试差法计算最高反应温度用试差法计算最高反应温度 若生成物加热至若生成物加热至T T=1600K=1600K时，则时，则 2MgClm,298m,1600Tim,298m,1600)(2)(HHHH1mol353.06kJ1mol650.93kJ热化学应用热化学应用若生成物加热至若生成物加热至1700K1700K时，则时，则 2MgClm,298m,1700Tim,298m,1700)(2)(HHHH1mo

38、l686.54kJ1mol650.93kJ因此，生成物的最高反应温必定在因此，生成物的最高反应温必定在160016001700K1700K之间，用线性内插法之间，用线性内插法计算此温度计算此温度: : Tmax= +1600 )16001700(06.35354.68606.35393.650=1689 K 由上述计算可以看出，镁热还原由上述计算可以看出，镁热还原TiClTiCl4 4制取海绵钛的反应，若不排出余热，制取海绵钛的反应，若不排出余热，反应所能达到的最高理论温度已接近反应所能达到的最高理论温度已接近MgClMgCl2 2的沸点（的沸点（1691K1691K），远超过了），远超过了M

39、gMg的沸点。因此，反应开始后，排出余热是控制工艺过程的重要条件之一。的沸点。因此，反应开始后，排出余热是控制工艺过程的重要条件之一。在生产实践中，镁热还原在生产实践中，镁热还原TiClTiCl4 4工艺通常控制在工艺通常控制在900900左右，防止了镁的蒸左右，防止了镁的蒸发和高温下发和高温下TiTi与反应器作用生成与反应器作用生成Fe-TiFe-Ti合金。合金。 热化学应用热化学应用炼钢过程中元素氧化发热能力计算炼钢过程中元素氧化发热能力计算 氧气转炉炼钢过程所需的热量来源，一是加入转炉内氧气转炉炼钢过程所需的热量来源，一是加入转炉内13501350左右的铁水左右的铁水带来的物理热，但主要

40、还是在吹炼过程中，铁水中各元素带来的物理热，但主要还是在吹炼过程中，铁水中各元素C C、SiSi、MnMn、P P、FeFe等氧化反应放出的化学热。虽然炉渣、炉气、炉等氧化反应放出的化学热。虽然炉渣、炉气、炉衬等升温消耗一定热量，但过程产生的化学热仍过剩。因此，在氧气转衬等升温消耗一定热量，但过程产生的化学热仍过剩。因此，在氧气转炉炼钢过程中要加入冷却剂，借以消耗多余的热量。炉炼钢过程中要加入冷却剂，借以消耗多余的热量。例题例题 要计算铁水的总化学热，必须了解各元素氧化发热能力。当转炉开吹要计算铁水的总化学热，必须了解各元素氧化发热能力。当转炉开吹后，吹入后，吹入298K298K的氧，溶解在铁水中的的氧，溶解在铁水中的SiSi、MnMn优先氧化，并释放化学优先氧化，并释放化学热，使铁水温度升高。当炉温达到热，使铁水温度升高。当炉温达到14001400左右时，大量溶解在铁水当中的左右时，大量溶解在铁水当中的C C开始氧化，约开始氧化，约9090的的C C被氧化成被氧化成COCO，1010被氧化成被氧化成COCO2 2。现以现以C C氧化成氧化成COCO为例，计算当铁水中碳由为例，计算当铁水中碳由w wCC为为1 1降至降至0.10.1时将使炼钢熔池温度时将使炼钢熔池温度升高多少度升高多少度?