Контрольные вопросы

1. Понятие кислородного потенциала сложной газовой фазы.

2. Общие характеристики окислительного потенциала газовой фазы.

3. Расчет равновесного давления кислорода и кислородных потенциалов в равновесной газовой смеси.

4. Факторы, влияющие на изменение равновесного состава газовой фазы при окислении твердого углерода.

Восстановление оксидов железа оксидом углерода и водородом

Восстановление оксидов железа, в соответствии со схемой А.А. Байкова, происходит последовательно, от высшего к низшему и металлу. При температурах выше 570 °С (843 К) в превращениях участвуют все оксиды железа, процесс идет по схеме , при температуре ниже 843 К – по схеме .

Химические реакции восстановления оксидов железа оксидом углерода имеют вид (при Т >843 К):

; (15)

; (16)

. (17)

При Т < 843 К происходит непосредственное восстановление до железа по реакции

. (18)

Константы равновесия этих реакций выражают отношением равновесных парциальных давлений и

(19)

и вычисляют по уравнениям

. (20)

Реакции восстановления оксидом железа водородом и их термодинамические функции имеют вид:

; (21)

; (22)

. (23)

При температуре ниже 843 К не образуется, но протекает реакция

. (24)

Константы равновесия для реакций (21–24) имеют вид

и вычисляют по уравнениям

.

В соответствии с правилом фаз для трех компонентов и трех фаз (две твердые, одна газовая фаза) С=К+2–Ф=3+2–3=2, то есть для определения равновесного состава газовой фазы нужно задать температуру и давление. Общее давление равно сумме равновесных давлений газовых компонентов. Система уравнений будет иметь вид [3]:

или . (25)

Далее следует

или . (26)

Соответственно:

; (27)

. (28)

Пример. Рассчитать равновесные составы газовой фазы в реакциях восстановления оксидов железа водородом при температуре 1200 °С, Р =1 атм.

Решение. При Т = 1200 °С (1473 К) по реакциям (21–23) восстановление оксидов железа сопровождается изменением энергии Гиббса:

Дж;

;

Дж;

;

Дж;

.

Для реакции (21)

;

.

Для реакции (22)

;

.

Для реакции (23)

;

.

Задание. Определить равновесные составы газовых фаз реакций восстановления оксидов железа оксидом углерода и водорода при заданной температуре (табл. 6).

Таблица 6

№ варианта	Т, К	№ варианта	Т, К	№ варианта	Т, К
1	1620	10	1400	19	1150
2	1600	11	1370	20	1120
3	1570	12	1350	21	1090
4	1550	13	1320	22	1080
5	1520	14	1270	23	1070
6	1490	15	1250	24	1020
7	1470	16	1220	25	970
8	1450	17	1200	26	920
9	1420	18	1170	27	840