题目

6-1 利用氧势图(见图 -5 计算1200℃时,CO及H22分别还原Fe2O 3、Fe3O4及FeO的气相平衡-|||-成分。-|||-w(H2)/φ(H2O)-|||-1/10^8 1/10 1/10^6 1/10 https:/img.cdnjtzy.com/zyb_381cfd3118654aa2819c1ed30a279a5f.jpg/(10)^4 1.10-|||-varphi (CO)/varphi (C(O)_(2))-|||-1/10^81/10^71/10 1/10^5 1/10^4 1.10^3 1/10-|||-温度/K 1/10^2-|||-473 673 873 1073 1273 1473 1673 1873 2073 2273 2473 2673 110-|||-o 1 0°-|||-M-|||--100-|||--200 2Cu·O2-2C M M 10^(-2)-|||-网 2Ni+O22Ni的 B M 2CO2 A-|||-2C(O+O2)ncào 2CO-|||-ACu+O2=2C A co O3项 B B. 10% 1/10 10^(-1)-|||-B-|||-2H2+O2 =2H2O④ 10^1/1 1/1 10^(-3)-|||-^circ -|||-哚哚 B 两 M-|||--300 12S2+O2=SO2 八 M-|||-M +(O)_(2)=2FeO A 10^2/1 10/1-|||-400 B 6F , M ^-6-|||-+O2 -co-|||-Sn+O2 B 2S 10分1 10^2÷1-|||-M B-|||-B.-|||-H 500 3nE s-|||-M-|||-一 2c M M 10分 10/1-|||-c 0.10 2K2 ^-8-|||-M一 -2/3/30 =2SiC C-|||--600 418+O2 一 2MnO ⑧ M o A C D-|||-M-|||-B M 10% 10% ^-10-|||-700 l(n10)=100-|||-^-12-|||--√N+3O2100 C ,-|||-800 4/3B M D 1071 10%-1-|||-01/50 , ^-14-|||-B M-|||--900 CerO =CeOn D 10^7/1 10%-|||-muào 2/3A B-|||-^-16-|||-A pm 4.2kJ C pm 42kJ-|||--1000 U+O2 UO2 A M 准确度符号 10%1-|||-2Ca^+O1-2C80-|||-1000 2MgO C B. B ^7/1 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 ( )^2 (-|||-B pm 13kJ D gt 42kg 10×1 ^-18-|||-状态变化 元素|氧化物 10%-|||--1100 熔 点 M M-|||-沸 点 B B 10"1 ^-20-|||-升华点 10%-|||-1200 相变点-|||-0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 10^1%-|||-^-22-|||-绝对OK 温度/℃ 10-|||-varphi (CO)/varphi (C{O)_(2)) ^14 10 10^12/1-|||-bigcirc (1)((H)_(2)):varphi ((H)_(2)O) 10 10^12/1 10"1-|||-10^20010^(-1) -150 10^(-100)10^(-9)-|||-10^(-8) 10 70 10^(-60) 10^(-5) 10 42 10^18 10 10^(-30) 10^-2x 10^26 10^24-|||-图 5-5 氧化物的氧势图

题目解答

答案

解析

本题主要考察利用氧势图计算不同温度下气体还原金属氧化物的气相平衡成分，核心是通过氧势图中直线方程的斜率和截距，结合范特霍夫方程推导平衡气相成分的表达式，并代入数据计算。

关键公式推导

氧势图中，氧化物的氧势方程为：
$\lg\left(\frac{p_{\text{O}_2}}{p^{\ominus}}\right) = a + \frac{b}{T}$
对于还原反应（如 $\text{MeO} ++}\text{H}_2=\text{Me}+}\text{H}_2\text{O}$），平衡时氧分压相等，联立氢0200℃（$T=1473\,\text{K}$）下的氢氧线和氧化物氧势线，可得：
$\lg\left(\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{H}_2\text{O}}}\right) = -\left[\left(a_{\text{MeO}} - a_{\text{H}_2\text{O}}\right) + \frac{b_{\text{MeO}} - b_{\text{H}_2\text{O}}}{T}\right]$
同理，对于CO还原反应，有：
$\lg\left(\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{CO}_2}}\right) = -\left[\left(a_{\text{MeO}} - a_{\text{CO}_2}\right) + \frac{b_{\text{MeO}} - b_{\text{CO}_2}}{T}\right]$
气相总压 $p_{\text{总}}=101325\,\text{Pa}$ 时，平衡气相成分（体积分数）为：
$\varphi(\text{H}_2) = \frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{总}}} \times 100\%,\quad \varphi(\text{CO}) = \frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{总}}} \times 100\%$

具体计算步骤

  1. Fe₂O₃的还原

    • H₂还原：查氧势图得 $\lg\left(\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{H}_2\text{O}}}\right) \approx -2.5$，则 $\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{总}}} \approx 3.16 \times 10^{-5}$，$\varphi(\text{H}_2)=3.16 \times 10^{-3}\%$。
    • CO还原：$\lg\left(\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{CO}_2}}\right) \approx -1.5$，则 $\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{总}}} \approx 3.16 \times 10^{-4}$，$\varphi(\text{CO})=3.16 \times 10^{-2}\%$。

  2. Fe₃O₄的还原

    • H₂还原：$\lg\left(\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{H}_2\text{O}}}\right) \approx -0.5$，$\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{总}}} \approx 3.16 \times 10^{-2}$，$\varphi(\text{H}_2)=3.1\%$。
    • CO还原：$\lg\left(\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{CO}_2}}\right) \approx -1.04$，$\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{总}}} \approx 9.1 \times 10^{-2}$，$\varphi(\text{CO})=9.1\%$。

  3. FeO的还原

    • H₂还原：$\lg\left(\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{H}_2\text{O}}}\right) \approx -0.28$，$\frac{p_{\text{H}_2}}{p_{\text{总}}} \approx 0.5263$，$\varphi(\text{H}_2)=52.63\%$。
    • CO还原：$\lg\left(\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{CO}_2}}\right) \approx -0.19$，$\frac{p_{\text{CO}}}{p_{\text{总}}} \approx 0.6410$，$\varphi(\text{CO})=64.10\%$。