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第五章 还原熔炼反应习题解答 1．测得不同温度反应FeO＋CO＝Fe(S)＋CO2的平衡常数值如表。请用作图法及回归分析法求反应的平衡常数及ΔGθ的温度关系式。 反应平衡常数的测定值 温度℃ 1038 1092 1177 1224 1303 K 0.377 0.357 0.331 0.315 0.297 解：由等压方程可导出反应的平衡常数与温度的关系式：lgKP=A/T+B 由各温度测定的KP的对数值与其温度的倒数（1/T）作图，由直线的斜率和截距求出上式中的A和B。 计算出的lgKP及1/T值如下表： 温度℃ 1038 1092 1177 1224 1303 (1/T)×104 7.63 7.33 6.89 6.68 6.35 lgKP -0.424 -0.447 -0.480 -0.502 -0.527 以lgKP－(1/T)×104作图，如下图，直线的斜率＝ 故得lgKP＝800/T+B 将各温度的lgKP值代入上式求B，取平均值B=－1.034。 因此，平衡常数的温度关系式为：lgKP＝800/T－1.034 反应的标准吉布斯能变化的温度关系式为： ΔGθ＝－RTlnKP＝－19.147T(800/T－1.034)＝－15318+19.80T 利用软件回归分析得到 lgKP＝828/T－1.05 ΔGθ＝－19.147T(828/T－1.05)＝－15854+20.10T 2. 利用氧势图回答下列问题 (1)碳还原SnO2(S)、Cr2O3(S)、SiO2(S)的开始温度； 答：碳还原SnO2(S)、Cr2O3(S)、SiO2(S)的开始温度分别为650℃、1220℃、1520℃。 (2)向焦炭吹水汽，可得到水煤气（CO+H2），反应为H2O(g)＋Cgr.=H2＋CO，求反应进行的温度条件； 答： 650℃。 (3)CaO分解氧分压达到1.01325×105Pa的温度； 答：1480℃。 (4)H2还原Fe3O4到FeO的温度； 答：710℃。 (5)1000℃时Mg还原Al2O3(S)的ΔGθ； 答：在1000℃时MgO和Al2O3的ΔGθ－T直线间距离等于-942－(-845)＝-97KJ/mol O2。 (6)说明下列反应在下列温度时，ΔGθ～T直线斜率改变的原因； 2Mg＋O2=2 MgO 1100℃， 2Pb＋O2=2 PbO 1470℃， 2Ca＋O2=2 CaO 1480℃； 答：MgO的ΔGθ－T直线在1100℃斜率变大是由于Mg变成蒸汽； PbO的ΔGθ－T直线在1470℃斜率变负是由于PbO气化； CaO的ΔGθ－T直线在1480℃斜率变大是由于钙变成气态。 (7)什么温度反应4/3Cr(S)＋O2＝2/3 Cr2O3(S)的平衡氧分压为10－19Pa； 答：由于PO2＝P’O2/ PθO2＝10－24，图中“O”点与PO2标尺上10－24点连线与Cr2O3(S)的ΔGθ－T直线的交点温度为900℃，此即为反应的PO2(平)＝10－24的温度。 (8)求Fe分别与10－4、10-5、10-10Pa的O2在1000℃反应形成FeO的ΔG及反应的平衡氧分压PO2(平)； 答：1000℃时不同氧分压的氧气与铁反应的ΔG，由等温方程得出： ΔG=ΔGθ－RTlnPO2，式中PO2＝P’O2/ PθO2； 由氧势图得出ΔGθ1000℃＝－370KJ/ mol O2，又 PO2＝10－9的ΔG’1000℃＝8.314×1273×ln10－9×10－3＝－220 KJ/ mol O2 PO2＝10－10的ΔG’1000℃＝－244 KJ/ mol O2 PO2＝10－15的ΔG’1000℃＝－366 KJ/ mol O2 故依次可得各氧分压时的ΔG PO2＝10－9，ΔG＝－370－(－220)＝－150 KJ/ mol O2； PO2＝10－10，ΔG＝－370－(－244)＝－126 KJ/ mol O2； PO2＝10－15，ΔG＝－370－(－366)＝－4 KJ/ mol O2； 由PO2标尺得到1000℃时反应的 PO2＝10－14.4＝4×10－15，所以PO2(平)＝4×10－10Pa。 (9)求反应MnO(S)＋CO= Mn(S)＋CO2在1100℃的平衡常数； 答：氧势图中“C”点与MnO(S)的ΔGθ－T直线上1100℃点的连线在CO/CO2标尺上的交点为104.5，所以反应的平衡常数为10－4.5＝3.2×10－5 (10)在什么温度下反应MnO(S)＋H2= Mn(S)＋H2O(g)的(H2/ H2O)平＝104/1 答：“H”点与(H2/ H2O)平＝104/1连线与MnO(S)的ΔGθ－T直线的交点为1120℃。 3．利用氧势图求Fe2O3