搜索
第六章固相反应答案1若由MgO和Al2O3球形颗粒之间的反应生成MgAl2O4是通过产物层的扩散进行的，（1）画出其反应的几何图形，并推导出反应初期的速度方程。（2）若1300℃时DAl3＋＞DMg2＋，O2－基本不动，那么哪一种离子的扩散控制着MgAl2O4的生成？为什么？解：（1）假设:a）反应物是半径为R0的等径球粒B，x为产物层厚度。b）反应物A是扩散相，即A总是包围着B的颗粒，且A，B同产物C是完全接触的，反应自球表面向中心进行。c）A在产物层中的浓度梯度是线性的，且扩散截面积一定。反应的几何图形如图8-1所示：根据转化率G的定义，得将（1）式代入抛物线方程中，得反应初期的速度方程为：（2）整个反应过程中速度最慢的一步控制产物生成。D小的控制产物生成，即DMg2+小，Mg2+扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散控制。2镍（Ni）在10132.5Pa的氧气中氧化，测得其质量增量如下表：温度时间温度时间1（h）2（h）3（h）4（h）1（h）2（h）3（h）4（h）550℃600℃917132315292036650℃700℃29564175508865106（1）导出合适的反应速度方程；（2）计算其活化能。解：（1）将重量增量平方对时间t作图，如图8-2所示。由图可知，重量增量平方与时间呈抛物线关系，即符合抛物线速度方程式。又由转化率的定义，得将式（1）代入抛物线速度方程式中，得反应速度方程为：图8-2重量增量平方与时间关系图（2）取各温度下反应1h时进行数据处理拟合，如图8-3所示，T(℃)G(%)1/T(×10-3K-1)ln[1-(1-G)1/3]55091.22-3.475600171.14-2.810650291.08-2.227700561.03-1.430图8-3数据处理由杨德尔方程可得，对数据作线性回归，得(相关系数为0.98839)由上式得活化能kJ/mol3由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，如何证明这一点？已知扩散活化能为209kJ/mol，1400℃下，1h完成10％，求1500℃下，1h和4h各完成多少？（应用杨德方程计算）解：如果用杨德尔方程来描述Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，经计算得到合理的结果，则可认为此反应是由扩散控制的反应过程。由杨德尔方程，得又，故从而1500℃下，反应1h和4h时，由杨德尔方程，知所以，在1500℃下反应1h时能完成15.03%，反应4h时能完成28.47%。4粒径为1μm球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第1h有20％的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。（1）用杨德方程计算；（2）用金斯特林格方程计算。解：(1)用杨德尔方程计算：代入题中反应时间1h和反应进度20%，得h-1故完全反应（G=1）所需的时间h(2)用金斯格林方程计算：同理，代入题中反应时间1h和反应进度20%，得h-1故完全反应（G=1）时，所以完全反应所需的时间h5由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下，当反应进行1h的时候，测知已有15％的反应物发生了反应。（1）将在多少时间内全部反应物都生成产物？（2）为了加速莫来石的生成，应采取什么有效措施？解：（1）由杨德尔方程，得反应完全(G=1)所需的时间为h（2）可以采用一切有利扩散的因素来加速莫来石的生成：减小粒度，采用活性反应物(如Al2O3·3H2O)，适当加压等等6如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。解：应选用MgCO3，Mg(OH)2和Al2O3·3H2O作原料较好。因为MgCO3，Mg(OH)2在反应中可以发生热分解，Al2O3·3H2O发生脱水反应和晶型转变，将获得具有较大比表面和晶格缺陷的初生态或无定形物质从而提高了反应活性，加剧了固相反应的进行。7已知铜的氧化反应:4Cu+O2=2Cu2O,在500oC和1000oC时的ΔGR分别为-230.12KJ和-175.73KJ，如要求铜在上述温度下不被氧化，氧分压应分别控制在多少？解：由lnRGRTK当500oC时，有：-230.12=-8.314*（500+273.15）*lnK即lnK=0.0358又由2OPKP有：20.035810096.48OPPekPaK同理，当1000oC时，有：-175.73=-8.314*（1000+273.15）*lnK即lnK=0.016620.016610098.35OPPekPaK