第一章 冶金热力学基础课件.ppt

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1、第一章冶金热力学基础1.1.1冶金反应焓变的计算物理热及反应焓变的计算1)热容:在恒压反应过程中，体系和环境交换的热量称恒压热效应,相对应的热容称为恒压热容Cp。在恒容反应过程中，体系和环境交换的热量称恒容热效应,相对应的热容称为恒容热容Cv。2)摩尔相对焓摩尔晶型转变焓,摩尔熔化焓,摩尔蒸发焓第一章冶金热力学基础1.1.1冶金反应焓变的计算物理热及反应焓变的计算3)Ｈｅｓｓ定律:一个化学反应，分一步完成或几步完成，其热效应总是相同的。因Qp，Qv与始终态有关，与途径无关。故化学反应方程式可进行简单数学加减。注意系数。第一章冶金热力学基础1.1.1冶金反应焓

2、变的计算物理热及反应焓变的计算说明:1)必须是相同条件,相加减;2)同一物质相消,必须物种,物相和状态都相同第一章冶金热力学基础1.1.1冶金反应焓变的计算物理热及反应焓变的计算Ｔ１Ｔ２4)利用基尔霍夫公式积分计算化学反应的焓变第一章冶金热力学基础1.1.1冶金反应焓变的计算物理热及反应焓变的计算该式恒P下两边对T微分得：3)利用摩尔相对焓1）理想气体的吉布斯自由能1.1.2体系中组元i的自由能在一个封闭的多元理想气体组成的气相体系中，存在组元1，2,……i,……，则在等温等压条件下，其中任一组元i的自由能用该组元的化学位表示J/mol(2-1)第一章冶金热

3、力学基础其中，是无量纲压强（注：冶金物理化学中出现在对数号里边的压强都是无量纲压强，比如平衡常数中出现的压强）-气体中组元i的实际压强，单位Pa；-标准压强，。1）理想气体的吉布斯自由能(2-1)注意：钢铁冶金过程中的气体的压强一般比较低，都可以近似看作理想气体。第一章冶金热力学基础a.若i在铁液中，选1%溶液为标准态，组元的浓度为质量百分数，[%i]；2）液相体系中组元的吉布斯自由能在多元液相体系中，存在组元1，2,……i,……，则在等温等压条件下，其中任一组元i的自由能用其在溶液中的化学位J/mol(2-2)其中，ai－液相体系中组元的活度，其标准态的确

4、定原则是：b.若i在熔渣中，选纯物质为标准态，组元的浓度为摩尔分数，xi；c.若i是铁溶液中的组元铁，在其他组元浓度很小时，铁的活度定义为1。第一章冶金热力学基础a.若体系是固溶体，则i的活度选纯物质为标准态，并假设ai=Xi；3）固相体系中组元的吉布斯自由能在多元固相体系中，存在组元1，2,……i,……，则在等温等压条件下，其中任一组元i的吉布斯自由能为:Gi=Gi+RTlnaiJ/mol其中，ai－固相体系中组元的活度，其确定原则是：b.若体系是共晶体，则i在共晶体中的活度定义为1；c.若体系是纯固体i，则其活度定义为1。第一章冶金热力学基础1.1.3

5、G与G—化学反应等温方程式对以下化学反应则反应前后的吉布斯自由能的变化：(2-3)第一章冶金热力学基础G有三种情况:1）G>0，以上反应不可以自动进行；2）G<0，以上反应可以自动进行；3）G=0，以上反应达到平衡，此时G=-RTlnK化学反应的等温方程式。G=G+RTlnQ(2-3)G=-RTlnK(2-4)第一章冶金热力学基础说明：1）G是反应产物与反应物的自由能的差，是反应能否发生的判据，其中表示任意时刻(不平衡状态)的活度商。（2）G是反应产物与反应物处于标准态时化学位的差，描述反应的限度，是反应平衡态的度量第一

6、章冶金热力学基础注：G=-RTlnK左边的G是反应在标准态时产物的自由能与反应物的自由能的差。G的计算方法，可以通过查热力学数据表，由各组元的Gi=ai-biT求得。右边的-RTlnK表示的是平衡态，K是反应的平衡常数，通常亦可用Kθ表示：第一章冶金热力学基础3）G的表达式中，G是G的主要部分，常用G的值近似代替G，对化学反应进行近似分析，以判断化学反应进行的可能性。说明当△Gθ的绝对值很大时，可直接用其判断反应方向。

7、△Gθ

8、≥40kJ/mol(常温)对高温反应，不适用。第一章冶金热力学基础例1：讨论用H2还原CrCl2

9、制备金属Cr的化学反应。CrCl2(s)+H2=Cr(s)+2HCl(g)解：由热力学数据得:若T=298K第一章冶金热力学基础而T=1073K第一章冶金热力学基础例2：讨论炼钢过程中，钢液中[Mn]与渣中（SiO2）的反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)解：依有关热力学数据:说明在标态下，上述反应不能正向进行，要使反应正向进行，调整Q。第一章冶金热力学基础由炉内系统造酸性渣若使反应正向进行G<0第一章冶金热力学基础2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)酸性渣:第一章冶金热力学基础2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+

10、2(MnO)碱性渣:其它:耐火材料。G>0若使反应