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利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 稳定性 金属氧化物
金属氧化物越稳定 则还原成全属就越困难各种不同金属氧化物还原的难易定量地比较它们的生成自由能就可以知道氧化物的生成自由能越负的则该氧化物越稳定而金属就越难被还原。 艾林汉(E11ingham)在1944 年第一次将氧化物的标准生成自由能对温度作图后又对硫化物氯化物氟化

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金属氧化物越稳定 则还原成金属就越困难。各种不同金属氧化物还原的难易,定量地比较它们的生成自由能就可以知道。氧化物的生成自由能越负的则该氧化物越稳定,而金属就越难被还原。

艾林汉(E11ingham)在1944 年第一次将氧化物的标准生成自由能对温度作图后,又对硫化物氯化物氟化物等作类似的图这种图称为自由能图(也称为Ellingham 图) 。用这种图可以在任何一类化合物中立即看出哪些金属较其它金属能形成更稳定的化合物。

原理:

用消耗1mol氧生成氧化物过程的标准自由能变对温度作图。根据  利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性   的关系,假定利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性和 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性 为定值, 对T作图得一条直线。


   T=0,利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性为  利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性的近似值,即直线的截距。直线的斜率为 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性      。

   利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性〈 0,斜率为正,利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性 随温度的升高而增大,几乎所有的金属氧化物的生成过程都是属于这种情形。

  利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性 =0, 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性 与温度无关,如CO2 的自由能-温度图。

  利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性 〉0,熵增过程,利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性随温度的升高而减小,如CO的自由能-温度图。 


利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性


注明:为了便于比较,所有ΔG都是指消耗同样量的氧气带来的自由能变——有时是消耗1摩尔O(即1⁄2摩尔O2);有时则是1摩尔O2。由于每个反应消耗1摩尔O,故标记为Cr2O3的图线是指以下反应的ΔG:2/3 Cr(s) + 1⁄2 O2(g) → 1⁄3 Cr2O3(s)。这个反应的自由能变是三氧化二铬生成自由能(ΔG)的1⁄3。

应用:

利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性

1.从图中可以看出,凡利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性为负值区域内的所有金属都能自动被氧气氧化,凡在这个区域以上的金属则不能。由图可知约在773K以上Hg就不被氧所氧化,而HgO只需稍微加热,超过773K就可以分解得到金属。

2.稳定性差的氧化物利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性负值小,利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性-T直线位于图上方,例如HgO。稳定性高的氧化物利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性负值大,利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性-T直线位于图下方如MgO。

3. 在自由能图中,一种氧化物能被位于其下面的那些金属所还原,因为这个反应的利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性<0。例如,铝热法,在1073K 时Cr2O3能被Al还原。

4.图中C+O2=CO2利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性≈0;反应2C+O2= 2CO 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性>0;反应2CO+O2=2CO2 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性<0。三条直线交于983K。高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大,低于此温度,2CO+O2=2CO2的反应倾向更大。

生成CO的直线向下倾斜,对于火法冶金有很大实际意义,这使得几乎所有金属的 利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性-T直线在高温下都能与C-CO直线相交。因此许多金属氧化物在高温下能被碳还原。碳为一种广泛应用的优良的还原剂。在2273K以上,C可以还原Al2O3,但由于所需温度太高,且还原生成碳化物,使这个过程的实用性受到限制。

下图为完整部分:

利用埃林汉姆图分析比较金属氧化物稳定性


(责任编辑:化学自习室)
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