内容大纲5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成-分解反应5.5 可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应Hebei Polytechnic University内容大纲5.1 化合物形成化合物形成-分解反应的热力学原理分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成-分解反应5.5 可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应Hebei Polytechnic University5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.1 分解压5.1.2 分解反应的平衡图5.1.3 分解压的影响因素5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.1 分解压【化合物的分解压】：一定温度下，化合物分解出唯一气体的平衡分压称为化合物的分解压。注意：只有凝聚相的化合物才有分解压，而气相没有分解压化合物分解 一定温度时，计算出的气体B的平衡分压，即为该条件下化合物AmBn的分解压PB (AmBn) 5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.1 分解压 判断该化合物的稳定性1）分解压越大， 越负，反应向正向进行的趋势越大，即化合物越容易分解，稳定性越小2）分解压越小， 越接近0，反应向正向进行的趋势越小，即化合物越不容易分解，稳定性越强分解压的应用5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.2 分解反应的平衡图（热力学参数状态图 ）1.分解反应热力学条件式中： ，即AmBn（s）的分解压。 温度一定时，分解条件：1）当 时， ， AmBn（s）分解，pB 的压力将增加，直到 ，达到平衡或直到AmBn（s）完全分解2）当 时， ，反应向AmBn（s）生成的方向进行， pB 的压力将降低，直到 ，达到平衡。3）当 时， ，反应处于平衡状态，分解和生成的速率相等5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.2 分解反应的平衡图（热力学参数状态图 ）1.分解反应热力学参数状态图当反应处于平衡状态时，即 优势区图5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.2 分解反应的平衡图3.促进化合物分解的方法 真空 & 提高温度 4.化合物的开始分解温度和化学沸腾温度 化合物AmBn（s）在B（g）一定的分压下开始并继续分解的温度，用T开 表示。 令 ，则： 化合物分解反应的分解压 = 环境总压时的温度，用T沸表示 开始分解温度化学沸腾温度5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.1.3 分解压的影响因素温度、压力固相物的相变：A（s）相变，分解压增大， AmBn（s）相变，则减小固体的分散度：固体的分散度越大，化合物越易分解，分解压增加固相物的溶解：固相物溶解于第三物质时，分解压增大内容大纲5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成-分解反应5.4 金属（铁）氧化的动力学 5.5 可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应5.7 燃烧反应体系气相平衡成分的计算Hebei Polytechnic University碳酸钙碳酸钙碳酸镁碳酸镁 白云石白云石碳酸铁碳酸铁 5.2 碳酸盐的分解反应内容大纲5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成氧化物的形成-分解反应分解反应5.5 可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应Hebei Polytechnic University5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.1 氧势5.3.1.1 体系的氧势在某温度下，用体系的平衡氧分压计算的【体系的氧势】 5.3.1.2 混合气相的氧势 1） 混合体系5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.1 氧势5.3.1.2 混合气相的氧势 2） 混合体系5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.1 氧势5.3.1.3 氧化物的氧势 1）MxOy以固、液态存在2）MxOy以气态存在5.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势图 【氧势图】：一系列氧化物的氧势温度的关系图 5.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势线的位置和斜率 1）凝聚态氧化物反应为放热,A0 斜率均大于0，氧势线上倾 5.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势线的位置和斜率 2）气态氧化物生成标准态的氧化物：A1n05.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势线的位置和斜率 ）反应反应前后气体物质的量没有变化， 氧势线略上倾 5.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势线的位置和斜率 ）反应时，氧势线斜率为正改变可以得到一系列过点的直线及碳标尺5.3.2 氧势图5.3.2.1 氧势线的位置和斜率 ）反应时，氧势线斜率为正改变可以得到一系列过点的直线及氢标尺5.3.3 氧势图的应用5.3.3.1 衡量氧化物的稳定性 1）衡量氧化物的绝绝对对稳定性当温度升高，由于凝固态氧化物的氧势线均为正，因此氧化物的氧势会随温度升高，当氧势线进入第一象限,氧化物开始分解 2）衡量氧化物的相相对对稳定性氧势线越低,氧化物的稳定性越强低氧势线上的单质能够还原高氧势线上的氧化物,高氧势线上的氧化物能够氧化低氧势线上的单质5.3.3 氧势图的应用5.3.3.2 氧化物的分解压和开始还原温度 1. 氧化物的分分解解压压对于任一体系，氧气的分压为 时，体系的氧势为： 改变体系的 ,可以得到一系列过氧点(原点)的氧势线5.3.3 氧势图的应用5.3.3.2 氧化物的分解压和开始还原温度 1. 氧化物的分分解解压压分解反应 反应平衡时氧势为 利用PO2 标尺求氧化物温度时的 分解压 注注意：意：这种图解法只适用于反应的 的氧化物，而不适用于 类型的氧化物。 氧化物的开始分解温度T开5.3.3 氧势图的应用5.3.3.3氧化还原反应的平衡温度 对于四价元素M 和Me（I） （II） 在标态下，(I)-(II)可得： (III) 在某温度下，当 时反应向左，Me将被MO2 氧化 5.3.3 氧势图的应用5.3.3.3氧化还原反应的平衡温度 两条氧势线斜率差别不大两条氧势线斜率差别较大时，MeO2稳定，MO2可被Me还原； 时，MO2稳定，MeO2可被Me还原； 氧势线交点处温度为T开或T转5.3.3 氧势图的应用5.3.3.4 碳直接还原氧化物的开始还原温度 氧势线交点处温度为T还碳为万能还原剂时，MeO2稳定时，MeO2被碳还原 5.3.3 氧势图的应用5.3.3.5 CO或H2还原氧化物反应的平衡常数及还原开始温度 CO 还原氧化物的热力学原理 （I） （II） (II)-(I)/2=(III)：(III) 反应(III)在温度T 下达到平衡，则 5.3.3 氧势图的应用5.3.3.5 CO或H2还原氧化物反应的平衡常数及还原开始温度 氧势图求解CO还原氧化物反应的平衡常数CT开P5.3.3 氧势图的应用5.3.3.5 CO或H2还原氧化物反应的平衡常数及还原开始温度 H2 还原氧化物的热力学原理 （I） （II） (II)-(I)/2=(III)：(III) 同理可求HT开Q5.3.3 氧势图的应用5.3.3.6 应用氧势图时应注意的问题 1）氧势图的应用 2）氧势图的应用范围:只适用于标态下的气固反应 3）当反应在非标态下进行,则 时实际的氧势线位置将上移，氧化物不稳定或氧化反应不容易发生反之， 时,实际的氧势线位置将下移 4）反应体系的凝聚相处于溶解态或存在相变时 降低，氧化物氧势降低，氧势线下移，稳定性提高； 降低，氧化物氧势增加，氧势线上移，稳定性减小 5.3.3 氧势图的应用5.3.3.6 应用氧势图时应注意的问题 5）有溶液参加的反应 (a)溶解于铁液中元素直接氧化的 (b)溶解于铜液中元素直接氧化的 5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.4 氧化物形成分解的热力学原理逐级转变原则逐级转变原则 变价元素氧化物的分解和生成都是逐级进行的 1.氧势递增原理：变价元素氧化物的氧势随着其内金属元素价数的增加而逐渐增加 变价元素氧化物氧势的变化规律2.随着变价金属氧化物氧势的降低，高价氧化物将逐级分解为低价氧化物，最终得到金属 5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.5 氧化铁分解的优势区图氧化铁分解的热力学原理 （1）（2）（3）（1）（4）FeO 的歧化反应： 5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.5 氧化铁分解的优势区图通过对反应（1）（4）的 作图，得到氧化铁分解的优势区图 图中共有四条曲线，曲线上的自由度 曲线(2)、(3)、(4)交于“O”点，形成“叉形”曲线 5.3 氧化物的形成-分解反应5.3.6 Fe-O相图 内容大纲5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成-分解反应5.5 可燃气体的燃烧反应可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应Hebei Polytechnic University5.5 可燃气体的燃烧反应冶金燃料的主要成分：C（石）、CO、H2、CH4 C-H-O系内的八个燃烧反应： 为氧化剂O2碳的完全燃烧反应 碳的不完全燃烧反应 CO的燃烧反应 H2的燃烧反应 为氧化剂H2O、CO2 理论水煤气反应 碳的气化反应（布都阿尔反应） 实际水煤气反应 实际水煤气反应 5.5.1可燃气体与氧反应的热力学5.5 可燃气体的燃烧反应(I)-(II)/2可得： 5.5.1可燃气体与氧反应的热力学5.5 可燃气体的燃烧反应体系气相平衡成分浓度的计算方法：1）计算原则：几个未知数（平衡成分）就要建立几个方程（数学方程）。2）计算方法（建立方程的方法）：建立平衡分压总和方程 或体系反应平衡常数方程：方程数REn 原子数恒定方程： 内容大纲5.1 化合物形成-分解反应的热力学原理5.2 碳酸盐的分解反应 5.3 氧化物的形成-分解反应5.5 可燃气体的燃烧反应5.6 固体碳的燃烧反应固体碳的燃烧反应Hebei Polytechnic University5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6 固体碳的燃烧反应5.6.2.1 固体碳与氧的反应：(I) (II) 5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6 固体碳的燃烧反应5.6.2.2 固体碳与CO2 的反应：(II) (I) (II)-(I)可得： 布都阿尔反应、碳的溶损反应、碳的气化反应布都阿尔反应、碳的溶损反应、碳的气化反应 温度升高，利于反应进行 5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6.2.2 固体碳与CO2 的反应：反应的自由度： 布都阿尔反应布都阿尔反应 利用平衡常数求 根据道尔顿分压定律 5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6.2.2 固体碳与CO2 的反应：布都阿尔反应平衡图布都阿尔反应平衡图“S S”型曲线型曲线 5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6.2.2 固体碳与CO2 的反应：布都阿尔反应平衡图布都阿尔反应平衡图 图5.6.2固体碳燃烧反应的热力学5.6.2.3 固体碳与H2O的反应：两反应均吸热，升温利于二者进行 减小压力利于反应进行