Активность кислорода в жидком железе– Задача. Определить активность и коэффициент активности кислорода в расплавах Fе–О по данным о химическом равновесии расплава с паро-водородной смесью: Н2 (г) + [О] = Н2O(г). (1.21) – Исходные данные. Расплав железа, содержащий кислород, приводится в равновесие с паро-водородной смесью. Отношения в зависимости от концентрации растворенного в железе кислорода и температуры приведены в таблице (по данным В.В. Аверина). – Звездочкой отмечены насыщенные растворы кислорода в железе (на поверхности металлического расплава образуется пленочка FеО). – Теория. Константа равновесия реакции (1.21) . (1.22) Зависимость отношения от концентрации и температуры
– Для расчета активности кислорода должны быть известны отношения и значения K. Константа равновесия химической реакции зависит только от температуры. Если в качестве стандартного состояния принять разбавленный идеальный 1 %-ный раствор [О], то величину K можно определить по данным в области разбавленных растворов, где f [O] = 1 и a [O] = [% О]. Для этих растворов . (1.23) – Комбинируя уравнения (1.22) и (1.23), определяем активность и коэффициент активности кислорода. – Решение. Для определения константы равновесия реакции (1.21) строим зависимости отношения от концентрации растворенного в железе кислорода. Экстраполяцией экспериментальных кривых к точке [ % О] = 0 находим значения K, равные при температурах 1824, 1847, 1870, 1894 К соответственно 4,395; 3,705; 3,220 и 2,805. Активность кислорода в зависимости от состава и температуры вычисляем по уравнению (1.22). Например, при [% О] = 0,1405 и = 0,544/4,395 = 0,124. – Отсюда f [O] = a [O]/[% O] = 0,124/0,1405 = 0,881. Результаты расчета f [O] приведены на рисунке. –
– 2. Отклонения от закона Генри уменьшаются с повышением температуры; по мере повышения температуры раствор приближается к идеальному разбавленному раствору (f [O] ® 1). – Просуммировав реакцию (1.21) с реакцией образования водяного пара (H2(г) + O2(г) = H2O(г)), можно определить термодинамические свойства процесса растворения газообразного кислорода в жидком железе ( O2(г) = [O]).
|