《钢铁冶金原理》一5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应1）开始分解温度：化合物AB,(s)在B(g)一定的分压下开始并继续分解的温度，也称开始分解温度，用T开表示。 A. ,()=" 4(s) + (g)对于AB,(s)的分解反应：7n△,G=-(A+BT)由于分解反应为吸热反应，故△,G㎡=-(A+BT)中，-A>0，A<0。（符合图5-1)A,Gm=△,G+RTlnP=-A+(RlnP-B)T平衡时的温度即为T开。令△G㎡=0，则：- A+(Rln PB - B)T弃=0A所以：式中，PB一环境中B的分压。（不是分解T= Rn Ps - B压)2）化学沸腾温度：化合物AmB,(s)分解反应的分解压等于环境总压（PB(平)=P环境）时的温度，用T佛表示。（因为A<0，P环境≥PB(平），所以T饿≥T弃）A其中，P环境=P%。Tu= Rh Pm -Be，当p'=100kpa时，P环境=l，此时T#=-%B当温度达到T时，化合物分解最为剧烈，因此T并不用于实际生产，而是利用T第，这样可以提高生产效率。5.1.3分解压的影响因素分解压除了受温度T及压力p的影响，还受以下因素的影响：1）固相物的相变（熔化、沸腾、升华）。产物A(s)发生相变，分解压增大，而反应物AB(s)发生相变则分解压减小。2）固体的分散度。固体的分散度越大，其表面积越大，化学势越大，固体物的6
《钢铁冶金原理》－5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应 6 1）开始分解温度：化合物 A B (s) m n 在 B(g)一定的分压下开始并继续分解的温度，也 称开始分解温度，用 T开 表示。 对 于 A B (s) m n 的 分 解 反 应 ： ( ) ( ) ( ) 1 A s B g n m A B s n m n = + G (A BT ) r m = − + 由于分解反应为吸热反应，故 G (A BT ) r m = − + 中， − A 0， A 0 。（符合图 5-1） rGm = rGm + RT ln pB = −A + (Rln pB − B)T 平衡时的温度即为 T开 。令 rGm = 0 ，则： − A+ (Rln pB − B)T开 ＝0 所以： R p B A T ln B − 开 ＝ 式中， B p ——环境中 B 的分压。（不是分解 压） 2）化学沸腾温度：化合物 A B (s) m n 分解反应的分解压等于环境总压（ pB(平) ＝p环境 ） 时的温度，用 T沸 表示。（因为 A 0， 环境 B(平) p p ，所以 T沸 T开 ） R p B A T 环境 − 沸 ＝ ln 其中， p p p ' 环境 = ，当 p' =100kpa 时， p环境 =1，此时 B T ＝− A 沸 当温度达到 T沸 时，化合物分解最为剧烈，因此 T开 并不用于实际生产，而是利用 T沸 ，这样可以提高生产效率。 5.1.3 分解压的影响因素 分解压除了受温度 T 及压力 p 的影响，还受以下因素的影响： 1）固相物的相变（熔化、沸腾、升华）。产物 A(s) 发生相变，分解压增大，而反 应物 AB(s) 发生相变则分解压减小。 2）固体的分散度。固体的分散度越大，其表面积越大，化学势越大，固体物的
《钢铁冶金原理》一5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应反应能力越强，分解压增加。3）固相物的溶解。固相物溶解于第三物质时，提高化合物AB的活度及降低A的活度都将使分解压增大，反之，分解压减小。(AB)=[4+Be） Pe=Kcmal小结：使学生了解分解压及其影响因素和应用。作业：本章课后习题P280第1、2题7
《钢铁冶金原理》－5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应 7 反应能力越强，分解压增加。 3）固相物的溶解。固相物溶解于第三物质时，提高化合物 AB 的活度及降低 A 的活度都将使分解压增大，反之，分解压减小。 ( ) ( ) [ ] AB = A + B g A AB B a a p K ( ) = 小结：使学生了解分解压及其影响因素和应用。 作业：本章课后习题 P280 第 1、2 题
《钢铁冶金原理》一5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应5.2碳酸盐的分解反应目的要求：本章内容自学碳酸钙的分解反应：A,G=(170577-144.19T)J·mol-1CaCO,(s)= CaO(s)+CO2可以计算石灰石的开始分解温度和沸腾温度分别为800℃和910℃，在一般烧窑内的缎烧温度为950~1100℃。8
《钢铁冶金原理》－5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应 8 5.2 碳酸盐的分解反应 目的要求：本章内容自学 碳酸钙的分解反应： 3 2 CaCO (s) = CaO(s) +CO 1 (170577 144.19 ) − G = − T J mol r m 可以计算石灰石的开始分解温度和沸腾温度分别为 800℃和 910℃，在一般煅烧 窑内的煅烧温度为 950～1100℃
《钢铁冶金原理》一5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应5.3氧化物的形成一分解反应目的要求：使学生了解和掌握氧势、氧势图的特点和应用及氧化物形成-分解反应热力学原理。教学内容：（1）氧势；（2）氧势图：（3）氧化物形成一分解的热力学原理；（4）氧化铁分解的优势区图：（5）FeO-O相图。重点难点：氧势、氧势图的应用、氧化铁分解的优势区图。引入：自然条件下，金属氧化物能够稳定的存在于矿石中，原因是其分解压非常小，不易分解。而冶金过程，就是要将金属从这些稳定的氧化物中分解出来，因此需要研究其形成-分解反应的氧化物的分解压。5.3.1氧势5.3.1.1体系的氧势在某温度下，用体系的平衡氧分压Po,计算的RTInPo,就叫做该体系的氧势(oxygenpotential)，记做元。表示。如：把教室作为研究体系，常温常压时，元o(教室）=8.314×293×h0.21即为教室的氧势；氧气瓶中的氧势：元o(瓶）=8.314×293×ln1（瓶内压力为Po，=1）5.3.1.2混合气相的氧势治金工业中混合气相氧势的研究主要有两个体系：CO-CO,和H，-H,O。1）对于CO-CO,混合体系，存在反应2CO+0, =2CO2,G°=(-565390+175.17T)J ·mol-l = A+BT反应平衡常数为：K°=Po一，由此可得：Po,KpcoPo,Pc因此CO-CO,混合体系的氧势为：o-0.) = RT h o. -RT n K + 2RT h = (T, , Pe)Pco Pco = A+(B+2RIn Pco)T即To(CO-CO,) =△,G% +2RT InPcoPco9
《钢铁冶金原理》－5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应 9 5.3 氧化物的形成－分解反应 目的要求：使学生了解和掌握氧势、氧势图的特点和应用及氧化物形成-分解反应热力学原理。 教学内容：（1）氧势；（2）氧势图；（3）氧化物形成－分解的热力学原理；（4）氧化铁分解 的优势区图；（5）FeO-O 相图。 重点难点：氧势、氧势图的应用、氧化铁分解的优势区图。 引入：自然条件下，金属氧化物能够稳定的存在于矿石中，原因是其分解压非常小，不易分解。 而冶金过程，就是要将金属从这些稳定的氧化物中分解出来，因此需要研究其形成-分解反应的氧 化物的分解压。 5.3.1 氧势 5.3.1.1 体系的氧势 在某温度下，用体系的平衡氧分压 O2 p 计算的 2 RT ln pO 就叫做该体系的氧势 (oxygen potential)，记做 O 表示。 如：把教室作为研究体系，常温常压时， 8.314 293 ln 0.21 O(教室) ＝ 即为教室的 氧势；氧气瓶中的氧势： 8.314 293 ln 1 O(瓶) ＝ （瓶内压力为 1 2 pO = ） 5.3.1.2 混合气相的氧势 冶金工业中混合气相氧势的研究主要有两个体系： CO−CO2 和 H2 − H2O。 1）对于 CO−CO2 混合体系，存在反应： 2CO+O2 = 2CO2 rGm = − + T J mol = A + BT −1 ( 565390 175.17 ) 反应平衡常数为： 2 2 2 2 CO O CO p p p K = ，由此可得： 2 2 2 1 = CO CO O p p K p 因此 CO−CO2 混合体系的氧势为： ln ln 2 ln ( , , ) 2 2 2 2 ( ) CO CO CO CO O CO CO O f T p p p p − = RT p = −RT K + RT = 即 T p p A B R p p G RT CO CO CO CO O CO CO r m 2 ln ( 2 ln ) 2 2 2 ( − ) = + = + +
《钢铁冶金原理》一5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应(5-20)在Pco,一定时，元。一T呈线性关系，见P240，图5-4(a)。Pco2）对于H,-H,O混合体系，存在反应：2H, +O, = 2H,O(g)A,G=(-495000 +111.76T)J·mol-l= A'+B'TPHO)TH,-H,O混合体系的氧势为：元o(Hs-H,0)=RTlnPo.=A+(B+2Rin(5-21)PH在PHO一定时，元。一T也呈线性关系，见P240，图5-4(b)。/pH25.3.1.3氧化物的氧势某一温度下，若平衡体系由凝聚相纯物质M(s,I)、O,和M,O,(s,l.g)三种物质组成，则该体系的氧势就叫氧化物M,0,的氧势，元o(M,0,)。1）M,O,以固、液态存在时，2 M(s,1)+0, =32 M,0,(s,1)A,G= A+BTyyailo,K°:ar/y.Po,afo,11由此：Po,（以纯物质为标准态时：aMo,=1，am=1)K0Kaxly一单变量函所以：元o(M,0,)=RT In Po, =-RT In K°=A,G°= f(T)数2）M,0,以气态存在时，2× M(s,1)+ 0, =32 M,0,(g)AG=A+B'T山JPMlo,K°aly.Po.10
《钢铁冶金原理》－5.化合物的形成-分解及碳、氢燃烧反应 10 （5-20） 在 CO CO p p 2 一定时， O —T 呈线性关系，见 P240，图 5-4(a)。 2）对于 H2 − H2O 混合体系，存在反应： 2 2 ( ) H2 +O2 = H2O g rGm ( 495000 111.76T)J mol A' B'T 1 = − + = + − H2 − H2O 混合体系的氧势为： T p p RT p A B R H H O O H H O O ln ' ( ' 2 ln ) 2 2 2 2 2 ( − ) = = + + （5-21） 在 2 2 H H O p p 一定时， O —T 也呈线性关系，见 P240，图 5-4(b)。 5.3.1.3 氧化物的氧势 某一温度下，若平衡体系由凝聚相纯物质 M (s,l) 、O2 和 M O (s,l, g) x y 三种物质 组成，则该体系的氧势就叫氧化物 M xOy 的氧势， ( ) O MxOy 。 1） M xOy 以固、液态存在时， ( , ) 2 ( , ) 2 2 M O s l y M s l O y x + = x y rG = A+ BT 2 2 / 2 / O x y M y M O a p a K x y = 由此： a K a K p x y M y M O O 1 x y 1 2 / 2 / 2 = = （以纯物质为标准态时： =1 MxOy a ，aM =1 ） 所以： ln ln ( ) 2 O(M O ) RT pO RT K rGm f T x y = = − = = ——单变量函 数 2） M xOy 以气态存在时， ( ) 2 ( , ) 2 2 M O g y M s l O y x + = x y rG = A'+B'T 2 2 / 2 / O x y M y M O a p p K x y =