ЛР - Упругость диссоциации карбоната

С О Д Е Р Ж А Н И Е О Т Ч Е Т А

1. Теоретическая часть

2. Цель работы

3. Методика и аппаратура

4. Порядок выполнения работы

5. Обработка результатов опыта

6. Схема лабораторной установки

7. Используемая литература

Теоретическая часть

В металлургии широко применяются карбонаты ряда элемен­тов (кальция, магния, железа, марганца). Углекислый кальций является главной составляющей известняка, мрамора, мела, при обжиге которых образуется известь - наиболее распространенный флюс, применяемый в различных металлургических процессах.

Углекислый магний образует минерал магнезит (MgCO ), а также входит в состав двойного соединения CaMg(CO ) , образ­ующего минерал доломит. Эти минералы в обожженом виде приме­няются для производства основных огнеупорных материалов. До­ломит иногда используется также в качестве флюса. Карбонаты железа и марганца содержатся в некоторых железных и марган­цевых рудах.

Выявнение условия разложения (диссоциации) карбонатов имеет существенное значение для анализа процессов, протекаю­щих в металлургических агрегатах.

Карбонаты различных металлов разлагаются при нагревании по обратимой гетерогенной реакции общего вида:

MeCO --- MeO + CO H>0

(Для CaCO H = 178020 Дж)

Условия равновесия рассматриваемой системы можно устано­вить с помощью правила фаз Гиббса: С=К-Ф+2; К=3-1=2; Ф=3; С=1.

Одновариантностьсистемы означает, что равновесное давле­ние диоксида углерода зависит только от температуры, т.е. каждой температуре при равновесии соответствует строго опре­деленное давление диоксида углерода.

Выражение закона действия масс имеет вид:

Kp = P a / a = P N / N

Принимая активности чистых твердых веществ равными еди­нице (если твердые оксид и карбонит не образуют твердые раст­воры), получим:

Кр = Р (1)

Равновесное парциальное давление диоксида углерода в ре­акции образования или диссоциации соединения, называется уп­ругостью диссоциации карбоната и является количественной ха­рактеристикой прочности карбоната. С увеличением прочности карбоната величина упругости диссоциации уменьшается. Чем меньше значение величины, тем прочнее данный карбонат.

Для оценки сравнительной прочности различных карбонатов можно пользоваться также величиной нормального сродства окси­да к СО , которое измеряется изменением стандартной свободной энергией Гиббса реакции образования карбоната: G = - RTlnKp В сочетании с уравнением (1) получим: G = - RTlnP (MeCO )

В соответствии с принципом смещения равновесий упругость диссоциации должна возрастать с повышением температуры. Уравнение изобары реакции имеет вид:

lg Kp = - H/19,15T + B или lg Kp = A/T + B

В данном случае _ Н (Дж) является средним значением теп­лового эффекта реакции: A = - H/19,15

Таким образом, если растворы в системе не образуются,

lg P (MeCO ) = A/T + B

Для карбоната кальция С.Т.Ростовцев предлагает следующую зависимость:

lg P (MeCO ) = A/T + B = -8920/T + 7,54

Приведенное уравнение справедливо только тогда, когда в системе не образуются растворы.

Температура начала разложения карбоната - Тнр есть тем­пература, выше которой возможна диссоциация, при этом упру­гость диссоциации должна быть больше ______ в окружающем га­зе. Упругость диссоциации карбонатов при низких температурах ничтожно мала; с повышением температуры она растет и в зави­симости от прочности карбоната достигает величины, равной давлению СО в окружающей среде. Интенсивное разложение карбо­натов начинается при температуре химического кипения, когда упругость диссоциации карбоната достигает величины общего давления газов окружаюшей среды.

Цель работы

1) установление количественной зависимости упругости диссоциации карбоната от температуры в виде эмпирического уравнения типа lg P (CaCO ) = A/T + B.

2) определение температуры начала разложения карбоната на воздух;

3) определение температуры химического кипения карбоната при давлении 1 атм;

4) опытное определение среднего значения теплового эф­фекта реакции диссоциации карбоната.

Методика и аппаратура

Карбонат кальция нагервают в реакционной трубке, из ко­торой при помощи форвакуумного насоса удален воздух.

Давление диоксида углерода фиксируется по показаниям ва­кууметра, соединенного с реакционной трубкой.

Порядок выполнения работы

Перед началом опыта из установки тщательно удаляют воз­дух при помощи форвауумного насоса (в течение 20 минут). Для этого кран 3 ставят в положение, при котором реакционная трубка соединяется с насосом. После этого краном 3 реакцион­ную трубку отключают от насоса, включают в сеть печь и посте­пенно повышают температуру, регулируя ее автотранстформатором или реостатом.

По достижении 700 С и выдержке при этой температуре до установления показания вакууметраизмеряют равномерное давле­ние диоксида углерода, образовавшегося при диссоциации карбо­ната.

В дальнейшем давление СО измеряют при различных, задан­ных преподавателем температурах.

Обработка результатов опыта

Схема лабораторной установки

Установка для проведения опыта состоит из фарфоровой трубки 1 с двумя шлифами, соединенной с вакууметром 2. Другой конец трубки через кран 3 присоединен к форвакуумному насосу.

В середину реакционной трубки, нагреваемой печью сопро­тивления 5, помещают кусочки карбоната кальция с добавкой окиси кальция. Температуру печи регулируют автотранстформато­ром или реостатом с гальванометром 4.

Используемая литература

1. Методическое пособие по курсу "ТМП", составители: Морозов А.С., Некрасов Н.К., Москва, 1985г.

2. Б.В.Линчевский "Теория металлургических процессов",

Москва, Металлургия, 1995г.