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页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一13.4 氧化物形成分解的热力学原理第2页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一2逐级转变原则高价氧化物在温度升高时放出氧，依次突跃地经过体系中所有低价氧化物，直至零价（金属）3.4 氧化物形成分解的热力学原理对于同一金属元素，若其能形成不同价位的氧化物，则其分解过程有如下原则：稳定性原则温度升高时，结构比较简单的低价(含氧原子数少)的氧化物稳定存在；低温时，则是结构比较复杂的氧化物稳定存在。第3页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一3高价氧化物的氧势比低价氧化物的氧势高，说明

2、高价氧化物的稳定性比低价氧化物的稳定性小。随着氧势的降低，高价氧化物将逐级分解为低价氧化物，并最终得到金属。3.4 氧化物形成分解的热力学原理第4页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一4反应能否越级进行？ 3.4 氧化物形成分解的热力学原理V2O5 VO2 V2O3 VO VV2O5 VO2 V2O3 V?第5页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一5反应能否越级进行？ 3.4 氧化物形成分解的热力学原理V2O5 VO2 V2O3 VO V例1400K，在 气氛中，用H2还原V2O3，产物是什么？ V2O3(s)+H2(g)=2VO(s)+H2O(g) (a)

3、考虑逐级反应V2O3(s)+3H2(g)=2V(s)+3H2O(g) (b) G0=106300-21.058T考虑越级反应G0=153600-23.3T第6页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一6反应能否越级进行？ 3.4 氧化物形成分解的热力学原理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逐级

4、还原的趋势大于越级还原的趋势,所以不能越级进行!最终产物是VO，而不是V第7页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一73.4 氧化物形成分解的热力学原理注意：不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存! 逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝聚态纯物质的形成分解反应！ V2O3(s)+3H2(g)=2V+3H2O(g)V2O3(s)+H2(g)=2VO(s)+H2O(g) (a)第8页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一83.4 氧化物形成分解的热力学原理843K歧化温度第9页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一9最低价氧

5、化物存在原则 最低价氧化物在转变过程中有其出现的最低温度。高于此温度才能出现。而低于此温度在转变过程中不能出现。3.4 氧化物形成分解的热力学原理对于同一金属元素，若其能形成不同价位的氧化物，则其分解过程有如下原则：第10页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一103.4.1 分解反应 3.4 氧化物形成分解的热力学原理第11页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一113.4.2 分解特性 逐级转变原则 最低价氧化物有一个存在的最低温度 第12页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一123.4.3 铁氧化物分解的优势区图 Fe-O系氧化铁分解的优

6、势区图OlgPO2第13页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一133.5 铁氧状态图 3.5.1 坐标 纵坐标 温度， 横坐标氧含量，%O 3.5.2 竖直线 含氧27.64%纯Fe3O4含氧30.06%纯Fe2O3 5709121394第14页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一143.5.3 两个固溶体,两个液溶体 FexO浮士体 Fe3O4在FeO晶体中的固溶体 Fe3O4固溶体Fe2O3在Fe3O4中的固溶体 L1：溶解有氧的铁的熔体 L2：液态的铁氧化物 第15页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一153.5.4 横线温度线 3.

7、5.5 各区稳定存在的相 第16页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一163.6 金属氧化动力学 金属氧化过程的组成环节和电化学性质氧或氧化性气体向金属表面扩散，形成O2-,金属原子M氧化成M2+; O2-和M2+在形成的氧化物层（MO）内成相反方向扩散； O2-和M2+在反应界面上结合成MO，在氧化物层外（MO|O2界面）以及其内（M|MO界面）形成氧化物，使氧化膜层不断增厚；金属氧化的电化学原理第17页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一173.6 金属氧化动力学 金属氧化的速率界面反应速率稳态原理 v=J内扩散第18页，共38页，2022年，5月20日

8、，22点6分，星期一183.6 金属氧化动力学 金属氧化的速率第19页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一19燃烧反应4高炉内燃料燃烧 第20页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一204.1 燃烧反应的作用 提供热量，提供还原剂。 4.2 碳氢氧体系的燃烧反应燃烧反应4第21页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一214.3 C、H2、CO与O2的反应的热力学特性 4.3.1 热力学数据G 负值很大 K 值很大第22页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一224.3 C、H2、CO与O2的反应的热力学特性 T1156K,H2还

9、原能力大于CO还原能力 T981K CO比CO2稳定，高温下燃烧产物主要是COT981K CO2比CO稳定，低温下燃烧产物主要是CO2981K1156K第23页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一234.3 C、H2、CO与O2的反应的热力学特性 例题：试求混合气体PH2O/PH20.2及温度为1853K时，气相的平衡氧分压？1853K第24页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一244.4 水煤气反应 1156K第25页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一254.5固体碳的燃烧反应 固体碳与氧的反应 981K第26页，共38页，2022年，

10、5月20日，22点6分，星期一264.5固体碳的燃烧反应 基本热力学数据 固体碳的气化反应C+CO2=2CO G0=169008-172.19T981K第27页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一274.5固体碳的燃烧反应 反应的平衡成分容易测量 曲线特点 固体碳的气化反应CO分解区CO形成区C+CO2=2CO G0=169008-172.19TP=1第28页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一284.5固体碳的燃烧反应 压力对曲线的影响 固体碳的气化反应C+CO2=2CO第29页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一29 碳与水蒸汽的反应

11、C+H2O=H2+CO G0=134515-142.36T (7)C+2H2O=2H2+CO 2 G0=100022-112.54T (8)4.5固体碳的燃烧反应 第30页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一30碳与水蒸汽的反应 温度高于1000以(7)为主； 温度低于400，以(8)为主。吸热反应，发生在燃烧带内。反应结果生成CO、H2气体还原剂。 C+H2O=H2+CO G0=134515-142.36T (7)C+2H2O=2H2+CO2 G0=100022-112.54T (8)第31页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一314.6 CH4的燃烧反应

12、 发热值很高的气体燃料。 高温下离解 CH4=C+2H2 热处理中的渗碳剂裂化的产物是气体还原剂第32页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一32燃烧反应的气相平衡组成计算 51156K平衡组成如何计算？第33页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一33燃烧反应的气相平衡组成计算 体系中建立方程的原则 5(1)平衡组分总和方程Pi=1或(%i)=100(2) 平衡常数方程(3)物质的量恒定方程 第34页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一34燃烧反应的气相平衡组成计算 例题1 ：将成分为 (CO2)=11%, (CO)=32%, (H2)=9%

13、, (N2)=48%的混合气体送入热处理炉内，加热到1233K，试求气相的平衡成分及气相的平衡氧分压。（P264）5(1)平衡组分体积分数总和方程(2) 反应平衡常数方程(3)组分的原子物质的量守恒定方程 直接根据平衡方程求解第35页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一35燃烧反应的气相平衡组成计算 例题2 ：计算在105Pa及温度为970K时，分别用空气及 (O2)=24%的富氧空气燃烧过剩固体碳的气相组分的体积分数。(P271?)5第36页，共38页，2022年，5月20日，22点6分，星期一36燃烧反应的气相平衡组成计算 例题3 ：1600及105Pa混合气体CO-CO2-H2O-H