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氧化还原动力学氧化还原动力学是研究化学反应中电子的转移、氧化还原的条件、速率与机理等方面的分支学科。
氧化还原反应是一种电子转移的化学反应，即通过电子的转移，原子或离子中的负电子数目和正电子数目发生变化，同时产生的化学键也发生了变化，占据了化学反应的核心地位。
氧化还原动力学研究的主要内容包括反应条件、反应速率和反应机理。
反应条件是指影响氧化还原反应的因素，如温度、催化剂、浓度、溶剂、光照等。
不同的条件会导致反应的速率和机理产生不同的变化。
而反应速率是指氧化还原反应进行的快慢，在研究中需要力求得出最佳的反应速率条件，从而研究反应的机理。
反应机理则是指在有机激发下氧化还原反应中物质发生的反应过程，分子间的相互作用和转移过程以及反应规律等方面。
在氧化还原反应的研究中，参与反应的物质即为氧化剂和还原剂。
氧化剂指通过接受电子而引起其他物质负电荷增加的物质，如氧气O2、二氧化氯ClO2等；而还原剂指通过捐赠电子而引起其他物质负电荷减少的物质，如水H2O、硫酸SO2等。
在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂总是成对存在的，而且要满足电荷守恒的原则。
虽然氧化还原动力学研究的重点在氧化还原反应中电子转移、反应条件、反应速率和反应机理等方面，但其在实际应用中具有广泛的意义。
氧化还原反应是很多化学反应的基础，如生命活动中的呼吸作用、燃烧反应中的氧化反应等都与氧化还原反应有密不可分的关系。
此外，氧化还原反应还被广泛应用于化学工业、环境保护、电化学等领域，如金属腐蚀、电池、防腐剂等都是氧化还原反应在实际应用中的例子。
在化学反应研究中，氧化还原动力学具有至关重要的作用。
通过对氧化还原反应的深入研究，可以揭示其基本规律和机理，从而为合理设计和调节反应条件提供有力支持。
此外，氧化还原反应在实际应用中的广泛应用，也凸显了其在促进人类进步和改善生活质量方面的重要意义。
总之，氧化还原动力学是一门很重要的化学分支学科，并且在实际应用中具有广泛的意义。
冶金原理实验报告专业冶金班级学号姓名同组成员冶 金 原 理 实 验 报 告专业班级： 学号： 姓名： 实验日期：2012年11月17 室温： 大气压：实验名称：硫化锌精矿氧化焙烧一．实验目的1.采用固定床进行硫化锌精矿氧化焙烧，分析各段时间硫的产出率，来测定氧化速度与时间曲线。
2.学会氧化动力学的研究方法。
3.了解硫化锌精矿氧化过程机理。
4.学会硫的分析方法。
二．实验原理在冶炼过程中，为了得到所要求的化学组分，硫化锌精矿必须进行焙烧，硫化锌的氧化是焙烧过程最主要的反应：ZnS+3/2O 2=ZnO+SO 2反应过程的机理：ZnS+1/2O 2（气）——ZnS …[O]吸附——ZnO+[S]吸附 ZnO+[S]吸附+O 2——ZnO+SO 2解吸这个反应是有气相与固相反应物和生成的多相反应，包括向反应界面和从反应界面的传热与传质过程。
硫化锌颗粒开始氧化的初期。
化学反应速度本身控制着焙烧反应速度。
但当反应进行到某种程度时，颗粒表面便为氧化生成物所覆盖，参与反应的氧通过这一氧化物层向反应界面的扩散速度，或反应生成物SO 2通过扩散从反应界面离去的速度等，便成为总氧化速度的控制步骤。
因此，可以认为反应按如下步骤进行1.氧通过颗粒周围的气体膜向其表面扩散；2.氧通过颗粒表面氧化生成物向反应界面扩散；3.在反应界面上进行化学反应；4.反应生成的气体SO 2向着氧相反的方向扩散，即反应从颗粒表面向其中心部位逐层进行，硫化物颗粒及其附近气体成分的浓度可用未反应核模型表示。
本实验采用固定床焙烧，来测定硫化锌氧化速度。
分析氧化过程某一时刻产生的SO 2的量，来计算硫化锌硫的脱出率；即单位时间硫的脱出率。
为了便于比较不同硫化物和不同条件下硫化物的氧化速度，引入以下公式：总S S SiR式中R S ——精矿中硫的氧化分数；S i ——硫化锌精矿氧化过程中某一时间内失去的硫量；S 总——精矿中所有的含硫量。
利用氧化分数和时间关系作出，可以得出不同温度、不同粒度、不同气相组成对硫化锌焙烧过程的影响。
金属氧化物还原动力学一、实验目的和要求用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。
是一个复杂的物理化学变化过程。
还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。
而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。
即研究影响反应速度大小有关的条件。
其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。
具体要求如下：1．通过实验说明还原反应的有关机理。
加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。
2．研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。
3．验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。
4．学习实验数据处理方法及实验操作技术。
分析金属氧化物还原动力学的一般规律。
二、实验原理用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下：MeO+H2=Me+H2O其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。
反应机理包括以下环节：（1）H2的外扩散；（2）H2的内扩散；（3）结晶化学反应；（4）H2O穿过Me层的内扩散；（5）气体H2O穿过界层的外扩散。
还原反应是由上述各环节完成的。
然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。
即限制环节。
而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。
如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。
还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。
因为H2气需通过生成物层扩散。
以及在MeO、Me 界面上的结晶化学反应。
冶金原理教学大纲一、课程在培养方案中的地位、目的和任务本课程系冶金专业的主业课程。
本课程是在无机化学、物理化学和冶金概论的基础上进行的。
通过学习，使学生掌握冶金过程的基本原理和使用原理分析问题解决问题的方法，为今后的专业学习和工作实践奠定基础。
二、课程的基本要求1、了解重要基本概念和基本原理的定义和含义；2、能运用所学的理论对基本冶金过程进行定性、定量分析；3、能够初步解决具体的研究问题；4、不要背诵公式定理，而要在理解的基础上学会灵活运用。
各章的基本要求：1.冶金熔体a.冶金熔体的基本概念和特点；三元相图相平衡（初晶面，划分三角形，平衡线、平衡点的性质，冷却过程分析，等温截面图）。
要求能够熟练的进行冷却过程分析，会根据相图选择合理的熔体成分；b.了解各种冶金熔体的结构理论，特别是对于冶金炉渣，要求会应用所学的理论解释相关现象；c.了解冶金熔体的物理化学性质及其变化规律，能够使用公式进行简单的计算，以及正确的查图都区有关参数；d.掌握熔渣的酸碱性、氧化性的表示方法，会用来初步分析问题；了解渣与金属间的反应；e.会读图获取熔体的热力学参数。
2.热力学基础a.了解热力学的性质和应用，严格与动力学相区分；b.掌握吉布斯自由能图的构筑和应用方法、图中线的斜率的变化规律，会计算化合物的分解压。
c.掌握绘制热力学平衡的方法，能够熟练的绘制Me-O系、Me-O-S系的平衡图、电势-pH图，会举一反三建立其他体系的平衡图如Me-Cl-O系的平衡图等；并能用来初步解决具体问题，如解释冶金现象、选择工艺条件等；d.掌握碳的燃烧反应特别是布多尔反应的平衡关系，掌握氢的燃烧反应及C-H-O系的平衡，会进行平衡计算并建立变价金属氧化物用CO和H2、C还原的平衡图；明确熔渣中金属氧化物的还原的对比关系；理解真空还原、金属热还原的原理；e.掌握不同标准状态的换算关系，并会运用活度进行精炼的平衡计算，了解熔析精炼、区域熔炼的原理。
金属氧化物还原动力学
一、实验目的和要求
用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。
是一个复杂的物理化学变化过程。
还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。
而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。
即研究影响反应速度大小有关的条件。
其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。
具体要求如下：
1．通过实验说明还原反应的有关机理。
加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。
2．研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。
3．验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。
4．学习实验数据处理方法及实验操作技术。
分析金属氧化物还原动力学的一般规律。
二、实验原理
用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下：
MeO+H2=Me+H2O
其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。
反应机理包括以下环节：
（1）H2的外扩散；
（2）H2的内扩散；
（3）结晶化学反应；
（4）H2O穿过Me层的内扩散；
（5）气体H2O穿过界层的外扩散。
还原反应是由上述各环节完成的。
然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。
即限制环节。
而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。
如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。
还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。
因为H2气需通过生成物层扩散。
以及在MeO、Me 界面上的结晶化学反应。
所以，还原反应的限制性环节可以是受扩散阶段控制，也可以是受结晶化学阶段控制。
为上述扩散和结晶化学反应速度相差不大时，我们称它为综合控制。
如果反应产物层是疏松的，气体还原进入界面将不受阻力。
反应速度不受产物的影响，反应为结晶化学阶段控制，如果产物层致密，还原剂必须扩散，通过此层方能达到反应界面，反应则为内扩散阶段控制。
实验研究表明，在火法冶金中，气流速度很快，常常高于形成边界层的临速度。
因而外扩散通常不是限制性环节。
在火法冶金的高温和常压条件下，吸附速度也很快，通常也不是限制性环节。
因此，限制性环节主要是内扩散和结晶化学两个阶段，或
介于两者之间的综合阶段控制。
同时，实验也进一步证明了，对于氧化物的还原反应，在反应初期生成物层很薄或者生成物层结构疏松时，常由结晶化学阶段控制，而反应后期，生成物层增厚或生成物层结构致密时，常由内扩散阶段控制，处于中间情况，由于反应气体通过产物层的扩散速度和界面上的结晶化学反应速度接近同样大小，则为两者综合阶段控制。
反应的速度方程可以用下式来表示：
γ——矿石颗粒半径，cm；ρ——矿石密度，g/cm3；C——气体还原剂浓度；
K——化学速度反应常数；De——内扩散系数；τ——还原时间，s 上述速度方程中，在一定还原条件下，除时间和还原率外，其它均为常数。
通过计时和称重，就可以计算。
各断时间的还原率R可以由下式求出：
R=Oτ/OεX100%=g t/O∑X100%.
式中：Oτ——某一时刻试样失去氧的重量，g；
g t——试样还原至某一时刻累加的减重量，g；
O∑——试样在还原完全时，失去的部O2量，g
从而可分别求出速度常数和D e，因而Co、γo、ρo、K、Do皆为常数。
在实验室条件下，一般进行等温还原动力学实验。
因而除应考虑主要影响因素温度的高低外，还应考虑其它因素对还原速度的影响。
这些因素是矿石的种类孔隙度及粒度，气体还原剂的种类及其流量等。
为还原温度、矿石粒度、气体性质及流量处于一定的条件时，可通过热减重法测出不同矿石种类的还原分数（R）与时间（t）的关系。
三、仪器试剂
仪器：
电子天平、竖式管状电炉、温度控制器、热电偶、气体转子流量计、氢气气体净化装置、氢气瓶、氮气瓶
试剂：
高纯氢气、高纯氮气、硫酸、焦性没食子酸、氧化铁球团矿
四、实验步骤
1. 检查电气线路，开启温度控制器，设定温度，调节手动控制电压旋钮，缓慢对电炉进行升温；
2. 预热电子天平；
3. 待温度快到设定的温度，开启氮气瓶，进行除氧操作；
4. 利用电子天平称取铁球团矿10g左右，记下数据，；
5. 将所称取的铁矿装入镊铬编织的吊蓝中，放置在天平托盘上，同时对天平进行清零操作；
6. 在温度已经达到设定的温度，通氮气20分钟后，停氮气，同时开启氢气；
7. 开启数据打印机，将盛铁矿的吊蓝缓慢放入竖式炉内，并迅速在电子天平上设定打印时间间隔，实验开始；
8. 待矿的重量在10分钟之内不超过15mg便可以停止实验，关闭氢气，同时开启氮气，断掉设备电源，通氮气20分钟后，关闭氮气阀门；
9. 实验完毕打扫实验场地，经检查同意后方可以离开。
五、数据处理
1. 计算出还原分数，作出R-t关系曲线图；
2. 将数据代入公式进行计算并作图，判断在实验的条件下，各还原时间段属于哪个环节控制。
