金属氧化物的温度与ΔG的关系_Ellingham图

将氧化物的保准生成吉布斯自由能r G θ

V 数值折合成元素与1mol 氧气反应的标准吉布斯自由能变化r G θV （J/mol O 2）。即将反应 222x y x O M O y y

+== 的r G θ

V 与温度T 的二项式关系绘制成图像即为Ellingham 图，又称氧势图。Ellingham 图能够直观的分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序。

图 1 氧势图

一、氧势图的理解

1、直线的斜率

直线的斜率为反应的标准熵变，当反应物质发生相变时，直线的斜率也发生变化，表现在直线中出现转折点。

2、直线的位置

不同元素的氧化物r G θV 与T 的关系构成位置高低不同的直线，由此可得出：

1） 位置越低，表明r G θV 负值越大，在标准状态下所生成的氧化物越稳定，越难被其他

元素还原。

2） 同一温度下，几种元素同时与氧相遇，则位置低的元素最先被氧化。如1673K 时，

元素Si 、Mn 、Ca 、Al 、Mg 同时与氧相遇时，最先氧化的是金属Ca ，然后依次是Mg 、Al 、Si 、Mn 。

3） 位置低的元素在标准状态下可以将位置高的氧化物还原。

4） 由于生成CO 的直线斜率与其他直线斜率不同，所以CO 线将图分成三个区域。在CO

线以上的区域，如元素Fe 、W 、P 、Mo 、Sn 、Ni 、Co 、As 及Cu 等的氧化物均可被C 还原，在高炉冶炼中，如果矿石中含有以上的元素，这些元素将进入生铁，给炼钢带来困难。在CO 线以下的区域，如元素Al 、Ba 、Mg 、Ca 以及稀土元素等氧化物不能被C 还原，在冶炼中它们以氧化物的形式进入炉渣。在中间区域，CO 线与其他线相交，如元素Cr 、Nb 、Mn 、V 、B 、Si 、Ti 等氧化物线。当温度高于焦点温度时，元素C 氧化，低于焦点温度时，其他元素被氧化。这一点在冶金过程中起着十分重要的作用。从氧化角度讲，交点温度称为碳和相交元素的氧化转化温度，从还原的角度讲，称为碳还原该元素氧化物的最低还原温度。除了CO 线以外，任何两种元素的氧化物的氧势线斜率若相差较大时，都可能相交，那么在交点温度下，两个氧化物的氧势相等，稳定性相同。则称该温度称为两种元素的氧化转化温度，或称为一种元素还原另一种元素的氧化物的最低还原温度。

二、 氧势图的应用

利用氧势图可确定氧化物的基本热力学性质：

1）可以确定氧化物的稳定性。氧化物在一定温度的稳定性可用r G θV 表示，它在不同

温度的值可直接从图中读出。温度对氧化物的影响可由

r Gθ

V——T直线斜率的特性

确定。直线与

r Gθ

V=0水平线交点的温度是该氧化物在标准态的分解温度。

2）Ellingham图中增加了在任意给定的反应温度下金属与其氧化物的平衡分压P O2，同时根据平衡分压P O2可以计算出CO与CO2的平衡压力比P CO/P CO2，Ellingham图中还增加了在任意给定的反应温度下金属与其氧化物的平衡H2O与H2的平衡压力比P H2O/P H2。

图中的P O2、P CO/P CO2、P H2O/P H2标尺点分别通过

r Gθ

V=0点的连接线为等压力线。等压

力线与各金属氧化物的直线相交点对应的温度即为该分压下的平衡温度。

3）利用不同元素的氧势线可以指导冶炼工业的进行。