第二篇矿石浸出过程基本理论(每三学时加一间隔)

反应刚能发生的温度，就是反应刚达到平 衡的温度，及△G＝0时的温度。
△G＝△H0－T△S0＝0
H 0 T＝ S 0
178.0 ＝ 0.166 ＝1072.3 K
即该反应在1072.3 K（799.30C）时能自发 地进行。
三、化学反应进行的程度
若存在化学反应 mA＋nB＝qC＋rD
根据热力学定律：
变化，既可以是化学反应又可以是物理变化。因此G
可作为判断化学反应能否自发进行的衡量标准，很有实际 意义。
化学反应或物理变化能否进行的判据为：
G ＜0 化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反应或物理变化能自发进行。
＞0 化学反应或物理变化不能自发进行。
G
＝0 化学反应或物理变化达到平衡。
G
例2.4、在1000C和1个大气压下，每摩尔水吸热40.6KJ， J.mol－1.K－1，
伏
Z－电极反应中的电子转移数（或得失电子数） α－相应离子在溶液中的活度（mol/l） α=i×M i:活度系数; M－离子的摩尔浓度 E0、E－该电对的标准电极电位和在该活度下的
电极电位。
当在250C时,(2－3)式为:
E= E0+
2.3031.987 298 ㏒
z23060
a A
b B
=20300 j.mol－1
G 0
20300
E0= － zF =－2 23060 =－0.441(伏)
从而有：EFe2 =－0.441+ Fe
J.mol－1.K－1，问下面的反应能否自发进行。
H2O(l)＝H2O(g)
△H＝40.6 K J.mol－1
解：先求出△G，然后再进行判断。用标准熵代替1000C
的熵进行近似计算。
△S0＝S
0 H
2O（g）－
S0 H 2O（l）
＝188.7－70.0＝118.7
J.mol－1.K－1＝0.1187 K J.mol－1.K－1
G＝H－TS 记之。
标准生成自由焓：在298K如1大气压条件下，由稳定状态的单质
生成1摩尔纯物质时反应的自由焓变化叫该物质的标准生成自由
焓。用
G
0 f
表示，G
0 f
可在化学手册中查到。
标准自由焓变：
G
0＝
f
（G0f ）生成物－
（G
） 0
f 反应物
2.2.3、化学反应或物理变化进行的方向
说明：标准自由焓变既包括了内能的变化，又包括了熵的
G
0 f
＝△H0－T△S0＝172.43－（273＋900）×0.17647＝
－34.57 KJ.mol－1
㏒Kp＝－
G 0 2.303 RT
＝－
－34.57 1000
2.303 8.314 (273 900 )
＝1.54
Kp＝34.7
第二节 浸出过程的化学热力学基础
本节主要内容
化学反应的分类 电位PH(E-PH)的计算 电位PH(E-PH)的作图 电位PH(E-PH)的应用
E=E0－ E＝E0－
RT
㏑
b B
ZF
a A
2.303RT㏒
zF
换算成常用对数：
b B
a A
E= E0＋ 2.303RT㏒
zF
a A
b B
…(2－3)
式中:R－摩尔气体常数：R＝8.314J.mol－1.k-1 T－绝对温度（K） F－法拉第常数：F=96500库/摩尔或F=23060卡/
二、电位PH(E-PH)的计算
1、有z个电子迁移、无H＋离子参加的氧化还原反应
如：Fe2+＋2e=Fe 通式为：aA+ze=bB 电极电位：在氧化还原反应中，规定H＋
（氢原子）的氧化电位为零，氧化还原电 对的电位与氢原子的相对电位。
（1） Nerst方程式： 当反应达到平衡时， 氧化还原电对的电极电位可用Nerst方程 式表示：
0.214－0.088＝0.166 K J.mol－1.K－1
△G0＝△H0－T△S0＝178.0－298×0.166＝128.532 K J.mol－1.K－1
△G0＞0，说明该反应不能自发地进行。
由于在同一种状态下，物质熵和生成焓随温度的变化较小， 因此可用标准熵△S0和△H0代替不同温度的熵和焓，进行 近似计算。
△G＝△G0＋2.303RT㏒
PCq .PDr PAm .PBn
….2－1）
式中：PA 、PB 、PC 成物的分压
、PD －分别为反应物和生
T－绝对温度
R－摩尔气体常数，R＝8.314 J.mol.－1.k－ 1
当反应达到平衡时，△G＝0，用Kp表示反应的 平衡常数，Kp的表达式为：
Kp＝
△G0＝△H0－T△S0＝40.6－（273＋100）×0.1187＝－ 3.68 K J.mol－1.K－1
△G0＜0，说明该反应能自发进行。
例2.5、CaCO3（s）＝CaO(s)＋CO2(g) △H0f＝178.0 K J.mol－1
已知：SC0aCO3 ＝0.088 K J.mol－1.K－1，
0 f
(CO)
＝－110.54KJ.mol－1，
H 0 f (CO2 )
＝－393.5 KJ.mol－1
S(0石墨)＝5.69 J.mol－1.k－1 ，
S(0CO2 )＝213.64 J.mol－1.k－1 S(0CO) ＝197.90 J.mol－1.k－1
解：按（2－2）式用标准生产焓和标准熵进行近似计算
④、热化学方程式
注明了反应物和生成物的状态和摩尔数、在反应 方程式的右边用△H表示体系能量变化的方程式。
如：CaO(s)+H2O(l)=Ca(HO)2(s) △H=－65.3 Kj.mol-1 CaCO3(S)=CaO(S)+CO2(g) △H=－178.0 Kj.mol-1
即：热化学方程式不仅记录了化学反应中物质 的变化，也记载了化学反应中能量的变化，它 既质量守恒定律，也符合能量守恒定律。
2、矿石浸出过程基本理论
2.1 化学反应进行的方向和程度 2.1.1 标准生成热或标准生成焓 化学反应中除物质种类的变化外，还有能量的变化，
这种由于发生化学反应而放出或吸收的热量，叫反 应的热效应。 在298K（25C0）和1大气压下，由稳定的单质生产 1摩尔化合物是时所吸收或放出的热量叫准生成热 或标准生成焓，用△Hf0记之。
已知：△H1＝－393.5Kj
△H3=－283.0Kj
求△H2＝？
△H2＝△H1－△H3
△H2
△H3
以碳与氧气反应生成CO为例： △H＝（－393.5）－（－283.0）
△H1
＝－110.5Kj
对照炭燃烧生成CO2的反应可知，C(石墨)+O2(g)＝ CO(g) －110.5 Kj.mol-1
△H＝
例2.2 、CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) 解：可以把反应分解为：
△H＝？
CH4(g)＝C(石墨)+2H2(g) △H＝74.8 Kj.mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)
△H＝－393.5 Kj.mol-1
2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l) △H＝2×（－241.8）＝－483.6 Kj.mol-
PCq .PDr
PAm .PBn
（2－1）
可变为：△G0＋2.303RT㏒Kp＝0
㏒Kp＝－
G 0
2.303 RT
（2－2）
利用（2－2）式就可求出任何温度T 时的反应 平衡常数，进而知道反应进行的程度。
例2.6、近似计算反应 C(石墨)＋CO2＝2CO 在9000C时的平衡常数。
已知：
H
E= E0+
0.0591 z
㏒
a A
b B
⑵、求标准电极电位
在平衡时：E0=－ G 0 zF
△G0=－RT㏑K)
(因为E0= RT ㏑K， zF
对反应 Fe2+＋2e＝Fe
GFe0=0
G0 Fe2＋
＝－20.3
Kj.mol－1
△G0= GFe0－ GFe2＋=0 0－(－20.3)=20.3 Kj.mol－1
SC0aO ＝0.04 K J.mol－1.K－1，
S0
CO2
＝0.214 K J.mol－1.K－1，
判断再298K时，反应能否自发进行。若反应不能 自发进行，在什么温度下反应能自发进行。
解：同理需先求出△G，然后再进行判断。
△S0＝
S0 CaO
＋S
0 CO2
－
S0 CaCO3
＝0.04＋
2.1.2、热效应的计算
①直接测定法：H2O(l)=H2O(g) Kj.mol-1
△H=44.0
H2(g)+O2(g)=H2O(l)
△H=－285.8 Kj.mol-1
C(s)+O2(g)=CO2(g)
△H=－393.5 Kj.mol-1
CO（g）+O2(g)= CO2(g)
△H=－283 Kj.mol-1
H0f (CO)
＝2×
H
0 f
－
H
0 f
－
(C)
H 0 f (co2 )
＝2×（－110.54）－（－393.51）
＝172.43 KJ.mol－1
△S0＝2× S(0CO)－
S0 (石墨)
－
S0 (CO2 )
＝2×197.9－5.69－213.64＝176.47 J.mol－1.k－1
△S0＝0.17647 KJ.mol－1.K－1
说明：①、稳定单质的生成焓（热）为0，但单 质自身发生结构变化时，也存在热效应，如：