第二章湿法冶金热力学基础优秀PPT.ppt

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1、第二章湿法冶金热力学基础第一页，本课件共有15页 3.反应的 等于生成物的 减去反应物的 例：三、影响物质稳定性的主要因素 物质在水溶液中的稳定程度主要取决于溶液的PH值，电位及反应物的活度。1.PH值对反应的作用，以硅酸钠分解为例；2.电位对反应的作用，以Zn置换H2为例；3.物质活度对反应的作用。第二页，本课件共有15页四、PH、及物质活度对反应作用的热力学计算 1.有H+参加，但无电子得失的酸碱中和反应：求反应的 列平衡常数关系式 列等温方程式 第三页，本课件共有15页 将n、R、T、值代入上式，求平衡时PH值。例：求 (298K)时,反应的平衡PH值，并判断不使Fe3+沉淀的条件。解：

2、2.有电子得失，但无氢离子参加的简单氧化还原反应 式子的推导过程 由能斯特公式：即：第四页，本课件共有15页 计算步骤：a：计算或查表求标准电极电位 b：将R、T、Z、F、值代入上式求 R=8.314 F=96500 例：求 反应在298K。时的平 衡电极电位，并说明要做Zn2+以Zn的形式沉将析出，需 要电极电位多少？解：求反应 3.有H+参加，也有电子得失的氧化还原反应 求Zn2+能以Zn析出第五页，本课件共有15页 根据能斯特方程：得：例：求反应第六页，本课件共有15页 求 将Z、F、n、T代入作业：求下列反应在298K、1atm时的-PH关系式。第七页，本课件共有15页2.水的热力学稳

3、定区分析 一、水的稳定区对生产的意义 1.判断参与过程的各种物质与溶剂(水)发生相互作用的可 能性。2.它是金属-H2O系的-PH图的一个组成部分二、水在过程中有可能发生的反应及-PH关系式 1.在给定条件下，溶液中有电极电位比氢更负的还原剂存 在，对于下面两个反应，其都属于有电子得失，也有H+参加的氧化还原反应。2H+2e=H2 (酸性)2H2O+2e=H2+2OH-(碱性)第八页，本课件共有15页 2.在给定条件下，溶液中有电极电位比氢更正的氧化剂存 在。以下两反应亦属于有电子得失，也有H+参加的氧化 还原反应。O2+4H+4e=2H2O (酸性)O2+2H2O+4e=4OH-(碱性)第九

4、页，本课件共有15页三、水的热力学稳定区 区：位于区域 中，其电极 电位高于氧的电极电位的氧化 剂都会使水分解而析出氢气。区：水的热力学稳定区 区：位于区域中，其电极 电位低于氢的电极电位的还原 剂，在酸性溶液中能使氢离子 还原而析出氢气。第十页，本课件共有15页 因此水溶液中当电势低于a线，则水将被分解析出H2，高于b线则析出O2，只有在a、b线之间H2O才是稳定的。或者说所有在水溶液中进行的反应，其氧化还原电势应在a线、b线之间，否则将导致水分解析出H2或O2。思考题：1、水的稳定性受到破坏的标志是什么？2、氢气和氧气的压力对水的稳定性有什么影响？3、湿法冶金过程适宜的区域应该是哪区？第十

5、一页，本课件共有15页3.电位-PH图的绘制方法与分析一、概念及作用 在给定的温度和组分活度(气相分压)下，描述反应过程 电位与PH的关系图。-PH图可以表明反应自动进行的条件，指出物质在水溶液中稳定存在的的区域和范围，为湿法冶金的浸出、净化、电解等过程提供热力学依据。二、-PH图的绘制方法和分析 1.确定体系中可能发生的各类反应，并写出其平衡方程式 2.根据有关热力学数据，求算 、3.求算各反应的电极电位及PH的计算公式；第十二页，本课件共有15页 4.根据给定的组分活度或气相分压等条件，计算各反应在一定温度下的及PH值；5.将的结果表示在以(V)为纵坐标和以PH为横坐标的图上，便得体系在给

6、定条件下的-PH图。三、-PH图的绘制（以Zn-H2O系为例）a.查明在给定条件（如温度等）下系统中稳定存在的物种及其标准摩尔生成吉布斯自由能，25时Zn-H2O系中稳定存在的物种及其标准摩尔生成吉布斯自由能见P202；b.列出系统中的有效平衡反应，计算其标准吉布斯自由能；c.计算各反应平衡时与PH关系式；d.将各平衡反应的-PH关系式作图 在座标系中。第十三页，本课件共有15页 Zn-H2O系系-pH图图 （25，Zn2+的活度为的活度为1）第十四页，本课件共有15页四、-PH图的分析 1.可以确定水的稳定性。2.图中点、线、面的意义 点：-PH图中往往是三条线相交于一点，代表三个反应 在该点平衡共存。线：代表一个平衡反应。面：表示组分的稳定区。3.确定稳定区的方法。4.-PH图在湿法冶金中的应用。对金属氧化物而言，在pH较小或很大的条件下，可分别以阳离子或含氧阴离子形态溶入溶液，因此可用酸或碱浸出，但碱浸法除对某些两性金属氧化物（如Al2O3）以及酸性较强的氧化物（如WO3）外，对大多数金属氧化物而言，所需碱浓度过大（pH达15以上），不容易实现。第十五页，本课件共有15页