热力学参数状态图

1、1，2。热力学参数状态图，2.1 Ellingham图及其应用，2.2相图分析方法和基本规则，2。什么是热力学参数状态图？相图：在一定压力下，温度和成分之间关系的图称为相图。参数状态图：广义地说，任何物质系统中两个物理量或化学量之间的关系图统称为参数状态图。热力学参数状态图：任何能明确指出热力学平衡单元和多元系统中不同相的稳定存在区域的几何图形，称为热力学参数状态图。3，2.1艾林厄姆图及其应用，2.1.1氧势图的形成原理；2.1.2氧势图的热力学特征；(专线；直线斜率；线性位置)2.1.3氧势图的应用(氧标度；Jeffes graph学生自学)，4、将上述公式中DrG与温度t之间的二项式关系

2、绘制成图表。这个图也称为氧势图，或Ellingham图，或氧化物标准生成自由能与温度之间的关系。为了直观地分析和考虑各种元素与氧之间的亲和力，了解不同元素之间的氧化还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序，艾林厄姆曾将氧化物的标准吉布斯自由能值转化为元素与1摩尔氧反应的标准吉布斯自由能变化，即反应：2.1.1氧势图的形成原理，2.1艾林厄姆图及其应用，5，6，因此， 化学反应自由能变化最常见的形式如下：获得化学反应自由能变化最常见的方法是计算化合物形成的自由能。 热力学数据中化合物形成的自由能基本上以下列形式列出：2.1.2氧势图的热力学特征，7。直线的斜率？(1)斜率是反应的负熵变化；(3)co的

3、特殊斜率意义重大；(2)转折点必须是反应物或产物在该温度下的相变；8)一氧化碳直线斜率；(1)斜率是反应的负熵变化。(2)从统计学上讲，物质的熵是由物质系统的无序度决定的。(3)一般来说，气态物质的混沌程度远大于凝聚态物质，因此气态物质的熵值远大于凝聚态物质的熵值。4)当反应前后气态物质的摩尔数不同时，熵值通常较大，即当气态产物的摩尔数较大时，熵值为正，斜率为负，反之，斜率为正。9，直线的位置，(1)位置越低，负值越大，在标准状态下产生的氧化物越稳定，越难以被其他元素还原。(1)高位，(2)低位，(3)、(10)、(2)在同一温度下，如果几个元素同时遇到氧，低位元素将首先被氧化。例如，在167

4、3K，当元素硅、锰、钙、铝和镁同时遇到氧时，金属钙首先被氧化，然后是镁、铝、硅和锰。(3)在标准条件下，低位元素可以还原高位氧化物。在1600，镁可以还原二氧化硅获得液态硅。这一原理是金属热还原的理论基础。注：预氧化是指在相同条件下氧化所需的最低氧分压。11，(4)因为产生一氧化碳的直线的斜率不同于其它直线的斜率，一氧化碳线将图形分成三个区域。在一氧化碳线以上的区域，铁、钨、磷、钼、锡、镍、钴、砷、铜等元素的氧化物可以被碳还原，所以在高炉冶炼中，如果矿石中含有铜、砷等有害元素，就会进入生铁中，给炼钢带来困难。12、在一氧化碳线以下的区域，铝、钡、镁、钙和稀土元素等氧化物不能被碳还原，在冶炼过程

5、中以氧化物的形式进入炉渣。在中间区域。13、一氧化碳线与其他线相交。当温度高于交叉点温度时，元素C被氧化，而当温度低于交叉点温度时，其他元素被氧化。这一点在冶金过程中起着非常重要的作用。从氧化的角度来看(5)必须注意：埃林厄姆图原则上仅适用于标准状态；14 . 2 . 1 . 3氧势图中氧标度的应用；15、1摩尔O2从1标准高压等温膨胀至Po2，1，Po2标度的拉伸方法；16、2、Po2结垢与氧化物分离和减压的关系；17，18，(2) (1)金属氧化物在一定温度下的分解压力可用Po2标度直接求得；(Po2标度的影响；(19)在规定的温度和氧分压下，可以直接判断气氛对金属性能的影响；(1)在规定

6、的温度下，与t平衡的氧分压可根据(1)计算；以及(2)如果PO2等于PO2，则氧化物分解。如果PO2等于PO2，金属容易氧化。20，如果PO2等于PO2，G0，则反应朝着生成金属的方向进行，即氧化物容易分解。如果PO2等于PO2和G0，则反应朝着氧化物形成的方向进行，即金属容易氧化。对于反应M O2=MO2，证明：21，思考：用一氧化碳作还原剂和H2作还原剂的特点？22，0，0和c。fG * T线的斜率为负。碳氧化为二氧化碳的梯度线斜率约为0。一氧化碳氧化为二氧化碳的梯度线斜率为正。对于反应2H2O2H2O，fG*T线的斜率为正，但小于一般金属氧化物的fG* T线的斜率。H2 -H2O线与2C

7、OO22CO2反应的fG*-T线在1083K(810)处相交。810以上，H2的还原能力强于一氧化碳。2.2.1冶金中常用的二元体系相图和相图的基本规律2.2.2三元体系相图的组成；2.2.3三元体系的浓度三角形性质；2.2.4简单共晶三元体系2.2.5含有稳定二元化合物的三元体系；2.2.6含有不稳定二元化合物的三元体系；2 . 2 . 7 2 . 2 . 7 CaO-SiO 2-al2o 3和CaO-SiO2-FeO的相图，25。热力学平衡系统：如果一个系统的性质不随时间变化，则该系统处于热力学平衡状态。热力学平衡：实际上包括热平衡、机械平衡、相平衡和化学平衡。相图，又称相平衡图，是热力学

8、平衡系统的关联图。2.2.1冶金中常用的二元体系相图及其基本规律。26.相图：用几何图形反映物质系统的状态与温度、压力和成分之间的关系。相图是物理化学相平衡的主要内容。阶段：它是系统的一部分，具有完全一致的物理和化学特性。热平衡、相平衡和化学平衡是化学热力学的主要研究对象。27，(1)相图是一种热力学参数状态图，它遵循热力学基本定律，必须遵守吉布斯相定律。相定律反映了热力学平衡系统中独立分量数C、相数P和自由度F之间的关系。注：(1)相律(吉布斯相律)可以从多元和多相平衡中推导出来。(2)上述公式仅通过考虑系统的温度和压力以及每种物质的质量或化学势获得。当考虑等压条件时，系统的自由度降低，相反

9、，当考虑其他外部场，如电场和磁场时，自由度将增加。，2.2.1冶金中常用的二元体系相图及其基本规律，28，(2)单元相图的基本类型和特征，对于单元体系，c=1；有：单相系统：P=1，F=2，自由度2，三相共存系统：P=3，F=1，自由度0，两相共存系统：P=2，F=1，自由度1，29，O点称为三点，现在国际单位规定水的三点温度为273.16K。有：单相系统：P=1，F=3，自由度3，三相共存系统：P=3，F=1，度三相共存系统：P=3，F=0，自由度0；两相共存系统：P=2，F=1，自由度1，33；连续性原则：当决定系统状态的参数不断变化时，新阶段不会出现，旧阶段不会消失。如果阶段数和自由度发

10、生变化，每个阶段和整个系统的性质都会发生变化。对应原理：在一个给定的热力学系统中，任何相互平衡的相或相组成都有一定的几何元素(点、线、面和物体)在相图中与之对应。(4)几个原则或规则，34)合成规则(连接规则)回答了两个问题：(1)在两相区中，在某一温度下，两个平衡共存相是什么相。(2)平衡共存的两相的组成是什么。合成规则：在两相共存区的某一点，每个平衡相的组成由它的“连接线”所表示的两相组成决定。因此，合成规则有时被称为“连接规则”，35。杠杆法则：在两相共存区域的某一点，两个平衡相的数量之比等于连线被该点切断的线段之比，满足杠杆法则。例如，当温度开始下降到Q点时，纯固体B晶体沉淀，当冷却到

11、H点时，它仍然处于固液两相平衡，液相的组成在对应于K点的坐标上。此时，剩余液相的质量ml和沉淀的纯硼晶体的质量mB通过下式计算。毫升/毫巴=HJ/千赫，当系统冷却到二元共晶温度，也就是说，当它达到R点时，共晶沉淀物开始沉淀。液相的量ml和固相的量mS通过杠杆法则获得，ml/mS=RN/ER，36，(5)二元相图类型，1)简单的共晶二元体系，其特征在于液相的完全混溶性和固相的完全不相容性。KBr-溴化银、氧化钙-氧化镁等。37，38，T，T，L : (f=2)，L CD (L=CD L) 3360 (f=1)，L=CD BI (f=0)，CD特征：液相完全互溶和固相部分互溶，41，42，CaO-

12、MgO相图，43，3)固溶体(化合物)转化二元体系，其特征在于液相完全互溶和固相部分互溶在三相线上有一个转化或包晶过程， 44，4)化合物的二元体系(具有相同组分的熔融化合物)，其特征在于化合物转变相图47，5)具有化合物的二元体系(具有不同组分的熔融化合物)，48，49，6)完全混溶的二元体系(具有不同组分的熔融化合物)，其特征在于液相和固相的完全混溶，50，51，(1)简单共晶(2)具有稳定化合物的二元体系，(3)具有不稳定化合物的二元体系非均相熔融化合物，简单共晶，52，独立组分的数量是3，所以F=C-P 1=4-P如果数量如果相数为F0(至少)，则最大相数为P4。2.2.2三元体系相图

13、的组成，三元体系浓度三角形的53.2.2.3性质，在图中，字母和线条的含义如下：浓度三角形的组成：在等边三角形上，逆时针标记三个顶点，代表纯组分A、B和C，三个边上的点代表相应两种组分的质量分数。三角形中的任何一点代表一个三分量系统。54，通过三角形中的任意一点O，引入平行于每条边的平行线，每条边上的截距代表相应顶点分量的内容，即，A代表O中A的内容，B和C分别代表O点所代表的系统中B和C的内容。显然，55、1垂直线和平行线定理，从等边三角形中的任一点p画三条垂直线到三条边，这三条垂直线的和等于三角形的高度，即pg PE pf=ad见图4-10。从等边三角形中的任意一点p画出三条边的平行线，然

14、后这三条平行线的和等于任意一条边的长度，也就是说，点点点点点点的长度等于点点的长度。如图4-11所示。2.2.3三元浓度三角形的性质，56、2等内容规则，在等边三角形中画一条平行于任一边的线，则该线任一点的成分不变，而该成分是对应于该边顶点的物质，如图4-12所示，点x1、x2和x3包含A，57，3比例规则， 如果从一个顶点到另一侧画一条对角线，则由另外两个顶点表示的两个分量的比率在对角线上的任何点都是恒定的。 如图4-13所示，x1、x2和x3是常数。58，4杠杆法则(直线法则)，如果三元体系中有两个组成点P1和P2形成一个新的三元体系点P，那么新的组成点P必须在浓度三角形中原始组成点P1和

15、P2的连线上，而P点的组成是由P1和P2的质量根据杠杆法则决定的，即59。相反，当具有已知组成和质量的三元体系点P分解两个相互平衡的相P1时。那么这两个相的组成代表点P1和P2必须在通过点p的直线上，并且分解的两相质量mP1和mP2可以根据杠杆法则计算，即4杠杆法则(直线法则)，60、P1、P2和P3是三元系统A-B-C中的三个已知组成点，假设这三个三元系统的质量分别为m1、m2和m3。它们混合在一起形成一个新的系统，对应于组成点P。可以证明点P必须在三角形内，并且位于三角形的重心。此外，以下关系成立。(面积比)，5重心法则，61，6。直线法则的推论，推论1。反向法则在浓度三角形中，当系统M冷却时，如果纯组分A从液相中结晶出来，液相的组成沿着AM的延长线变化(反向)。点p有三个位置：(1)质心位置(物质的质心)发生在三元共晶反应中，63)交叉位置：新系统p在三角形d EF之外，发生在三角形DEF延长线内的三元包晶反应中，以及(3)共轭位置：新系统p在三角形DEF的顶角之外，发生在形成顶角的两条线延长线内的三元包晶反应中。缺点：很难清楚地表达解决方案：1 .投影图2。等温截面，2.2.4简单共晶三元体系相图，65。投影图、立体图中的所有点、线、面都垂直投影到浓度三角形上，得到下图所示的投影图。66，图中用温度数据标记的曲线称为等温线，它是等温截面与液面相交的投影