06 研究冶金过程热力学的任务.ppt

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1、第二篇冶金过程热力学第二篇冶金过程热力学冶金原理第六章研究冶金过程热力学的任务第七章化合物的生成–分解反应第八章热力学平衡图在冶金中的应用第九章还原过程第十章高温分离提纯过程第六章研究冶金过程热力学的任务冶金反应在给定条件下能否自发向预期的方向进行？冶金反应在理论上能进地到何种限度？——理论上该冶金过程的反应率（转化率）能达多少？为促进其进一步向有利的方向进行、提高其反应率，应采取何种措施？冶金过程热力学需要回答的问题第六章研究冶金过程热力学的任务计算给定条件下反应的rG；根据rG的正负判断该条件下反应能否自发地向预期方向进行。计算给定条

2、件下反应的平衡常数KP，确定反应进行的限度。分析影响反应rG和KP的因素，为进一步提高反应率指明努力方向。冶金过程热力学可以解决的问题第六章研究冶金过程热力学的任务【例1】已知反应Ni(CO)4(g)→Ni(s)+4CO(g)（反应6–1）的标准吉布斯自由能变化rG与温度的关系为rG=133860–368.1TJ·mol–1（式6–1）试分析：（1）分别在300K和400K时，在标准状态下能否利用上述反应制取金属镍。（2）在400K时反应进行的限度及当系统中总压力为p时Ni(CO)4转化成镍粉的理论转化率。（3）进一步提高理

3、论转化率的途径。第六章研究冶金过程热力学的任务【解】（1）根据式6–1，300K时：rG=+23430J·mol–1400K时：rG=–13380J·mol–1在标准状态下，300K时反应6–1不能自发向生成金属镍方向进行。400K时反应6–1能自发向生成金属镍的方向进行。第六章研究冶金过程热力学的任务（2）根据等温方程400K时，=55.9当反应进行到使系统中（）达到55.9时，达到平衡；400K时反应进行的限度为（）=55.9。第六章研究冶金过程热力学的任务（3）进一步提高转化率的途径：根据计算，反应的KP值随温度的升高

4、而增大。400K时：KP=55.9450K时：KP=4.8×103提高温度可提高转化率。系统中气体生成的摩尔数大于反应物的摩尔数。减小系统的总压强有利于反应向生成物的方向移动，有利于提高转化率。第六章研究冶金过程热力学的任务【例2】钛冶金中为从钛原料制得金属钛，首先要将原料中的TiO2转化为TiCl4，试根据热力学分析提出可能的方案。【解】（1）方案一：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g)（反应6-2）rG=199024–51.88TJ·mol–1（式6-2）373K时：rG=+179672J·mol–

5、1，KP=6.76×10–261273K时：rG=+132980J·mol–1，KP=3.46×10–6在工程上易达到的温度范围内，不可能按方案一将TiO2转化为TiCl4。第六章研究冶金过程热力学的任务（2）方案二：TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+CO2(g)(或CO)（反应6-3）rG=–194815–53.30TJ·mol–1（式6-3）373K时：rG=–214696J·mol–1，KP=1.1×10301273K时：rG=–262666J·mol–1，KP=6.0×1010在工

6、程上易达到的温度范围内，按照方案二可将TiO2转化为TiCl4。第六章研究冶金过程热力学的任务