第5章还原熔炼反应案例.ppt

5.5. 铁的渗碳及含碳量 5.5. 高炉内贴的渗碳 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.6 高炉冶炼脱硫反应 5.3 金属热还原 图5-28 两种金属氧化物标准生成吉布斯自由能对金属热还原的影响 四、金属热还原的平衡计算 5.3 金属热还原 【例9】a) 试根据图4-5分析用金属热还原法还原TiCl4生产金属钛时，可供选用的还原剂。 b) 设还原剂为某两价金属Me?，还原温度下还原产物Me?Cl2与TiCl2形成熔体，熔体为理想溶液，求产物Me?Cl2中残留的TiCl2量与 的关系。 c) 已知用Mg作还原剂时，还原温度约1100K，在1100K时， 为?471100 J·mol?1 ， 为?340000 J·mol?1，求镁作为还原剂时，MgCl2 熔体中残余的TiCl2活度。 5.3 金属热还原 【解】a) 钛有TiCl4、TiCl3、TiCl2三种氯化物，以TiCl2最稳定；据图4-5可作为TiCl2还原剂的有Mg、Na、Ca等。 b)当TiCl2、Me?Cl2形成理想溶液时，还原反应的标准吉布斯自由能变化： 5.3 金属热还原 c) 当以Mg为还原剂，在1100K时： 由于K值很大，故熔体中 ? 当以纯物质作标准状态时， 。 ? 。 5.4 真空还原 真空还原——在真空的条件下(如P为10?3P0、10?5P0或更低)进行的还原过程。 1、当还原剂为凝聚态、而其反应产物为气态时，降低系统压强，降低了还原剂反应产物的分压，有利于还原反应的进行。如： MeO(s) + C(s) = Me(s) + CO(g) 2、在高温下，金属化合物的还原产物为挥发性的金属(如钙、镁等)时，降低系统压强，降低了还原产物——金属蒸气的分压，有利于还原反应的进行。如： Si(s) + 2MgO(s) = SiO2(s) + 2Mg(g) 5.4 真空还原 Mg、Ca等金属沸点较低(Mg的沸点为1378 K)；超过沸点温度时，?G0－T 线会产生明显转折。Al还原MgO的温度高于1600 ℃； 在一般工业炉中，难以达到Al还原CaO、 Si还原MgO和CaO所需的温度。 在真空条件下，金属热还原所需温度大大降低。 5.4 真空还原 图5-29 真空对金属还原的影响 5.4 真空还原 图5-29 不同真空度对金属开始还原温度的影响 T /K → T1 T2 T3 T4 【例8】已知反应NbO(s) + Nb2C(s) = 3Nb(s) + CO(g) 的 ?rG0 = 475334 + 18. 26TlgT ? 233.97T J·mol?1 求出PCO分别为10?1P0、10?3P0、10?5P0的条件下，反应开始进行的温度。 【解】反应的?rG = ?rG0 + RTln(PCO/P0) = 475334 + 18. 26TlgT ? 233.97T + RTln(PCO/P0) 令 ?rG = 0，求得反应开始进行的温度： 不同PCO时还原反应开始进行的温度： PCO 10?1P0 10?3P0 10?5P0 T开始/K 2487 2056 1757 ? 随着PCO的降低，还原开始的温度显著降低。 ? 真空碳还原法已成为还原活性金属钒、铌、钽等的氧化物以制取金属的工业方法之一。 5.4 真空还原 【例9】用硅还原MgO制取金属镁的反应为： Si(s) + 2MgO(s) = SiO2(s) + 2Mg(g) ?rG0 = 610864 ? 258.57T J·mol?1 a) 设镁处于气体状态，求还原反应的起始温度(最低温度)与镁分压的关系； b) 分别在PMg=P0和PMg=10?4P0条件下，求还原反应进行的最低温度。 5.4 真空还原 【解】a) 镁处于蒸气状态时，反应的吉布斯自由能变化： ?rG = ?rG0 + 2RTln(PMg/P0) =610864 ? 258.57T + 38.294Tlg(PMg/P0) = 610864 ? (258.57 + 38.294lg(P