式中AmOx-矿石中含合金元素的氧化物; B—所用的还原剂; A—提取的合金元素;
RnOy—还原剂被氧化后生成的氧化物。
这个式子意味着,还原剂B对氧的亲和力大于被还原的金属对氧的亲和力,这就是金属氧化物还原的热力学条件。这个式子也规定了还原剂的条件是:作为还原剂,它对氧的亲和力必须大于被还原金属对氧的亲和力。
12.反应热效应的意义是什么?
反应的热效应是一个重要的热力学函数。当物质进行化学反应和物理变化时,放出和吸收的热叫这个过程的热效应,热效应用ΔH表示。
热效应在冶金中得到了广泛的应用,例如在工业硅生产中,使用的主要物质和炉内各相的主要成分是互相联系的,彼此进行着物质、热量和能量的交换,因此用热效应研究和分析反应进行的可能性和金属氧化物可还原性的顺序,对工业硅的生产具有重要的意义。
13.反应的标准吉布斯自由能变化△G的意义是什么? 反应的标准吉布斯自由能变化△G是一个重要的热力学函数,用它可以判断过程自动进行的方向,在工业硅生产中得到广泛的应用。可以创造条件使反应沿着预期的方向进行,达到预期的目的。
欲使反应向冶炼需要的方向进行,即向生成物A的方向进行,
θ
则反应的标准吉布斯自由能变化必须是负值,即ΔG〈0。反应的
θ
θ
标准吉布斯自由能变化△G可以根据标准生成吉布斯自由能数据计算得到,即:
θθ ΔG-∑njΔG-∑niΔG (生成物)(反应物)θ
θ
14.氧化物的稳定性有哪些表示方法?
在火法冶金和湿法冶金中研究人员对氧化物的稳定性进行了广泛的研究。氧化物的稳定性可用氧化物分解压大小表示。在一定温度下,分解压越小,该氧化物越稳定,越不易分解和被还原;相反,分解压越大,该氧化物越不稳定,易分解和被还原。
例如,氧化物CaO、Cr2O3、SiO2、Al2O3,在1600℃时它们的分解压分别为pCO830×10 Pa,pO22O2=5.
-19
-11
CrO5=1. 570×10Pa,pO22=2.
-7
SiO166×10 Pa,pO223=2. 730×10 Pa,因此它们的稳定性由大到小的次序为:CaO,A12O3,SiO2,Cr203。
氧化物的稳定性也可用标准生成自由能表示,即1mol氧与某单质化合的生成自由能负值越大,则该氧化物就越稳定。
15.化学反应速率的意义是什么?
θ
我们研究了反应的自由能变化ΔG和平衡常数K,它们分别表示反应进行的方向和限度,这是两个重要的热力学函数。然而热力学只能给我们指明反应的可能性,而反应的实现则需要考虑反应速率等动力学因素,因此我们要简单研究一下反应速率。化学反应速率通常用一个参与反应的物质的浓度随时间的变化速率表示,化学反应速率的通式为:
AlO-15
dcdtkcn
式中 c——反应物的浓度;
n——反应的级数;
k——反应速率常数,与温度、压力、扩散速度、相界面大小等因素有关。
式中,负号“-”表示反应物浓度逐渐减少的方向。当用反应物表示浓度时,前面为负号;当用生成物表示浓度时,前面不加负号。
影响化学反应速率的因素很多,化学反应速率除与物质的本性有关外,还与催化剂种类、浓度、压力、温度、扩散速度和相界面大小等因素有关。例如扩散速度大,相界面大反应速度就快,为了扩大相界面,选用的还原剂粒度要适当小些;同时采用各种手段进行搅拌,以增大相界面积扩散速度;而温度越高,熔体的流动性就越好。工业硅生产主要是熔体与还原剂的反应,要获得流动性良好的熔体必须将熔渣过热到一定温度,实际生产时冶炼温度通常比熔渣的熔点高100~200℃。
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