【正文】 p , m ( s ) 、 C p , m( l ) 和 C p , m ( g) 分別為固、液、氣態(tài)下物質(zhì)的恒壓摩爾熱容。 1. 用恒壓熱容計算純物質(zhì)的焓變 : 對于成分不變的均相體系，在等壓過程中的熱容稱為定壓熱容（ Cp），在等容過程中的熱容稱為定容熱容（ Cv） . pp THC ）（???dTCH TT p??? 213 當(dāng)物質(zhì)在加熱過程中發(fā)生相變時 : ??? ???? 21 39。因此，計算冶金反應(yīng)焓變，不僅有理論意義，還有實(shí)際意義 。要控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的溫度，需要進(jìn)行冶金熱化學(xué)計算（熱平衡計算），溫度偏高加降溫劑，如廢鋼等；溫度偏低則要加入提溫劑，如硅鐵等，以達(dá)到控制冶煉過程的目的。 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計算 冶金反應(yīng)焓變及標(biāo)準(zhǔn)自由能變化計算 高爐煉鐵以及電爐、閃速爐熔煉銅锍為半自熱熔煉，其熱量來源既有物理熱，又有化學(xué)熱；電爐煉鋼則需要電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而轉(zhuǎn)爐煉鋼、吹煉銅锍、鎳锍則為自熱熔煉，主要的熱源是化學(xué)熱。4. 熱力學(xué)在冶金中的應(yīng)用 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計算 煉鋼過程中元素氧化發(fā)熱能力計算 選擇性氧化 — 奧氏體不銹鋼的去碳保鉻 選擇性還原 — 從紅土礦中提取鈷和鎳 1 研究化學(xué)反應(yīng)、溶液生成，物態(tài)變化（如晶型轉(zhuǎn)變 、熔化或蒸發(fā)等）以及其他物理變化和化學(xué)過程產(chǎn)生熱效應(yīng)的內(nèi)容，稱為熱化學(xué)。 冶金反應(yīng)焓變 的計算實(shí)際上是冶金熱化學(xué)的主要內(nèi)容。以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼為例，把 1350℃ 的鐵水升溫到 1650℃ ，主要依賴于鐵水中的［ Si］ 、［ Mn］ 、［ C］等元素氧化反應(yīng)放熱；即由化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能?？傊饘俚奶崛∵^程一般都伴有吸熱或放熱現(xiàn)象。 2 焓變計算方法 物理熱的計算 : 純物質(zhì)的焓變計算，一是利用熱容；二是應(yīng)用相對焓。 )s(tr)s( TT pTT p trtr dTCHdTCH將固態(tài) 1mol某純物質(zhì)在恒壓下由 298K加熱到溫度 T時，經(jīng)液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其所需的全部熱量的計算式為 : ? ???????? r tT TT l HdTCHdTCH t mr2 98 ms39。 4 利用摩爾標(biāo)準(zhǔn)相對焓（ θ 2 98,mθm, HH T ? ）計算純物質(zhì)的焓變 2. 在絕大多數(shù)情況下，量熱給出了純物質(zhì)在 298K時的熱化學(xué)常數(shù) ??? T pT dTCHH 2 98 m,θ 2 98,mθ ,m稱為摩爾標(biāo)準(zhǔn)相對焓，即一摩爾物質(zhì)在常壓下從 298K加熱到K時所吸收的熱量。m ( s),mtr)m ( s,T TT pp r dTCHdTC 若在所研究溫度下該物質(zhì)為液態(tài)，則相對焓 θ2 9 8,mθ,m HH T ? ? ? ?????? trT TTlpp HdTCHdTC298 ms39。 )(m,若在所研究溫度下該物質(zhì)為氣態(tài)，則相對焓為 θ 2 98,mθ ,m HH T ? ? ? ?????? tr Mtr2 98 ms39。 )m(,6 最高反應(yīng)溫度（理論溫度）計算 利用基爾霍夫公式計算化學(xué)反應(yīng)焓變，前提是反應(yīng)物與生成物的溫度相同，為了使化學(xué)反應(yīng)溫度保持恒定，過程放出的熱要及時散出；對吸熱反應(yīng)則必須及時供給熱量。 對于放熱反應(yīng)，生成物將吸收過程發(fā)出的熱，使自身溫度高于反應(yīng)溫度。 絕熱過程是理想過程，實(shí)際上和環(huán)境發(fā)生能量交換總是不可避免的。 7 計算放熱反應(yīng)的理論最高溫度，實(shí)際上是非等溫過程焓變的計算。 可認(rèn)為反應(yīng)熱全部用于加熱生成物，使生成物溫度升高。因此，也證實(shí)了 實(shí)際能達(dá)到的溫度比理論最高溫度要低。 試用第一節(jié)的數(shù)據(jù)表， 用試算法計算最高反應(yīng)溫度 。 該反應(yīng)在 2 98 K 時的反應(yīng)焓為 ?? θ298r H － 51 9. 65 k J 。 鈦的相對焓計算如下： )( 23Tiθ 2 98m,θm, ???? ?? TTHH aT ＝(298~1155K) 當(dāng) ?T 1 15 5K 時， Ti?a 轉(zhuǎn)變成 Ti?? ， 4140mtr ?? H1m olJ ?? 25360θm , 29 8θm , 11 5 5 ＝HH ?1m olJ ?? 23Tiθm, 2 9 8θm, )( TTHH T ?? ???? ＝? (1155~1933K) 當(dāng) ?T 1933K 時， Ti?? 熔化， 18620ms ?? Hl J ? m ol ? 1 54 4 30θm , 29 8θm , 19 33 ＝HH ? J ? m ol ? 1 THH lT )( )Ti(θ 2 98,mθ ,m ?? ＝ (1933~3575K) 11 MgCl2的相對焓計算如下： 1523(s )MgClθm, 2 9 8θm, )(2?? ??????? TTTHH T ＝（ 298～ 987K） 當(dāng) ?T 987K 時 55100θm , 29 8θm , 98 7 ＝HH ? J ? m ol? 1 THH lT )( )(Mg Clθm , 29 8θm, 2 ?? ＝ （ 984～ 1691K） 163290θm , 29 8θm , 16 91 ＝HH ? J ? m ol? 1 當(dāng) ?T 1691K 時， 1523(g )MgClθm, 2 9 8θ ,m )(2?? ?????? TTTHH T ＝（ 1691～ 2023K） 12 計算生成物相對焓之和： 2MgClθm, 2 9 8θm,Tiθm, 2 9 8θm,θ 2 98m,θm, 2)( ）（＋）＝（生成物 HHHHHHv TTiTi ???? 1523,θm, 2 9 8θm, )( ??????? TTTHHv iTi －生成物 ＋＝－當(dāng) T=298~987K 當(dāng) ?T 987K 時， 129980)( ,θm , 29 8θm, ＝生成物iTi HHv ?? J ? m ol ? 1 當(dāng) T= 987~1155K 23,θm, 2 9 8θm, )( TTHHv iTi ?????? ＝生成物當(dāng) ?T 1 15 5K 時， 252800)( ,θm , 29 8θm , 11 55 ＝生成物ii HHv ?? J ? m ol ? 1 23,θm, 2 9 8θm, )( TTHHv iTi －生成物 ＋＝ ????當(dāng) T=1155~1691K 當(dāng) ?T 1691K 時， 372730)(,θm , 29 8θm , 16 91 ＝生成物ii HHv ?? J ? m ol ? 1 13 1523,θm, 2 9 8θm, )( ??????? TTTHHv iTi －生成物 ＋＝當(dāng) T=1691~1933K 當(dāng) ?T 1691K 時， 685190)( ,θm , 29 8θm , 16 91 ＝生成物ii HHv ?? 1m olJ ?? 由上述計算可以看出， 29 8 K 時 Mg （ s ）還原 T i Cl 4 （ g ），反應(yīng)放出的熱量（－ 51 k J ）大于加熱生成物 2M g Cl 2 ( l ) 和 Ti?? 到 1 691K 所吸收的熱量（ 372. 7 3k J ），但小于加熱生成物Ti?? 和 2M gCl 2 ( g) 到 1691K 氣化所需吸收的熱量（ 685. 1 9kJ ）。 169 1)(169 1169 1ma x ?????T用內(nèi)插法說明 =1691K 14 （ 2） 計算當(dāng) TiCl4(g)和 Mg均預(yù)熱到 1000K，再使其接觸引發(fā)反應(yīng)，所能達(dá)到的最高反應(yīng)溫度 Mgθm, 2 9 8θm, 1 0 0 0TiClθm, 2 9 8θm, 1 0 0 0,θm, 2 9 8θm, 1 0 0 0 )(2)()(4 HHHHHHv ii －＋－＝反應(yīng)物??=13 1 .2 7 1mo lkJ ?? 2MgClθm, 2 9 8θm,Tiθm, 2 9 8θm,θm, 2 9 8θm, )(2)()( HHHHHHv TTiTi －＋－＝生成物??=+ =65 0 .9 3 1mo lkJ ?? 15 用試差法計算最高反應(yīng)溫度。 反應(yīng)開始后，排出余熱是控制工藝過程的重要條件之一。 17 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程所需的熱量來源 : (1) 加入轉(zhuǎn)爐內(nèi) 1350℃ 左右的鐵水帶來的物理熱 (2) 主要是在吹煉過程中，鐵水中各元素［ C］、［ Si］、［ Mn］、［ P］、［ Fe］等氧化反應(yīng)放出的化學(xué)熱。因此，在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中要加入冷卻劑，借以消耗多余的熱量。當(dāng)轉(zhuǎn)爐開吹后，吹入 298K的氧，溶解在鐵水中［ Si］、［ Mn］優(yōu)先氧化，并釋放化學(xué)熱，使鐵水溫度升高?，F(xiàn) 以［ C］氧化成 CO為例，計算當(dāng)鐵水中碳由 w[C]為 1％降至 ％將使煉鋼熔池溫度升高多少度 ?并計算添加廢鋼的冷卻效果。將這些數(shù)據(jù)代入上式計算得 ?? Hr－ 1 14 .3 1k J 。H?