焓变计算及应用.ppt

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1、第一章冶金热力学1.1冶金反应焓变计算及应用1.2标准吉布斯自有能变化的计算及应用1.3埃林汉(Ellingham)图及其应用1.4活度与活度系数1.5热力学在冶金中应用实例冶金热力学内容：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。不适合微观对象理论依据：热力学三大定律第一定律：能量守恒与转化焓变第二、三定律：自发过程的方向和限度吉布斯自有能变化方法：体系始、末态热力学函数的变化1.1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、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

2、的计算实际上是冶金热化学的主要内容。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1350℃的铁水升温到1650℃，主要依赖于铁水中的［Si］、［Mn］、［C］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

3、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。1.1.1物理热的计算纯物质的焓变计算，一是利用热容；二是应用相对焓。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（C），单位为J·K－1。若物质的量以kg(g)计，则所吸收的热量称为质量热容，用c表示。若质量是1kg(g)，则称为比质量热容，单位是J·K－1·kg(g)－1。若物质的量为一摩尔，则称为摩尔热容，用Cm表示，单位是J·K－1·mol－1。对于成分不变的均相体系(包括纯物质)，在等压过程中的热容称为定压热容（Cp），在等容过程中的热容称为定容

4、热容（Cv）。物理热计算物理热计算在恒压下加热某物质，温度由T1升高到T2，对式（1）积分即得到该物质加热过程中所吸收的物理热当物质在加热过程中发生相变时，必须考虑相变焓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（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晶型转化焓；固体变为液体，或液体变为固体－熔化焓或凝固焓；由液体变为气体，或气体变为液体－蒸发焓（气化焓），或冷凝焓；及由固体直接变成气体，或由气体直接变为固体－升华焓。物理热计算由此可见，将固态1mo

5、l某纯物质在恒压下由298K加热到温度T时，期间经固态相变、固/液、液/气变化，其所需的全部热量的计算式为（4）物理热计算利用摩尔标准相对焓计算纯物质的焓变在绝大多数情况下，量热给出了纯物质在298K时的热化学常数，所以,积分下限常定为298K，于是称为摩尔标准相对焓，即1mol物质在常压下从298K加热到K时所吸收的热量。若物质的量为nmol，其相对焓为如在变温过程中有相变发生，则：物理热计算如得到T1、T2温度时的摩尔标准相对焓，则可求得T1T2范围内的焓变1.1.2化学反应焓变的计算化学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

6、随着发生。在恒压下化学反应所吸收或放出的热量，称为化学反应的焓变。一个化学反应的焓变决定于反应的进度，定义为反应的摩尔焓变，即反应进行到生成或消耗1mol某物质时的焓变，其单位为J•mol-1。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标准焓变,记为压力对凝聚态物质的焓变影响不大，可认为利用盖斯(Hess)定律化学反应焓变计算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

7、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，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，使测量难以实现。因此，要利用已知化合物的热力学数据进行计算。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。化学反应焓变计算例已知2000K时，反应求反应焓变化学反应焓变计算C(s)+O2始态CO2终态ⅠⅡ根据赫斯定律，在恒温、恒压下，途径I和II的反应焓变相同-

8、117.755kJ/mol利用基尔霍夫（Kirchhoff）公式积分计算化学反应焓变计算反应的等压热容差，