Контрольная работа на тему Контрольная работа 171016-02

Вариант 19
1. МЕХАНИЗМ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ ТВЕРДЫМ УГЛЕРОДОМ

Восстановление протекает по адсорбционно – автокаталитическому механизму в три стадии (см. рисунок 1) и сопровождается явлениями адсорбции (поглощения восстановителя окислом), автокатализа (самоускорения процесса) и десорбции (удаления в газовую фазу из металла или его низшего окисла окисленного восстановителя).

/
I – индукционный период; II – автокаталитический период; III –период замедления восстановления

Рисунок 1 – Влияние автокатализа на скорость химической реакции во времени в кинетической области при постоянной температуре

Сущность автокатализа состоит в ускорении протекания химической реакции по мере образования свежевосстановленного железа, которое является катализатором. В периоде I , называемом индукционным, молекулы газа-восстановителя адсорбируются на поверхности оксида и взаимодействуют с активными участками оксида, где кислород вследствие микроскопических неровностей или нарушений кристаллической решетки наименее прочно связан с атомами железа. В связи с тем, что активных участков в начальном периоде мало, реакция протекает очень медленно. С увеличением числа активных центров – кристаллов свежевосстановленного железа, являющегося катализатором, процесс значительно ускоряется (период II) до тех пор, пока отдельные активные центры новой фазы, вокруг которых идет восстановление, не начнут сливаться в единую поверхность. По мере сливания активных центров поверхность контакта оксида и газа-восстановителя уменьшается и скорость процесса замедляется (период III).
Основы современной теории восстановления были разработаны Г.И. Чуфаровым и его сотрудниками и получили название адсорбционно-каталитической теории восстановления. По этой теории процесс восстановления является топохимическим процессом, который протекает через разрушение старой кристаллической решетки и образование новой.
Реакция восстановления оксидов начинается на отдельных активных центрах на поверхности оксидов. На этих центрах происходит адсорбция молекул восстановителя. Возникновение трехмерных зародышей новой фазы – металла или низшего оксида протекает трудно, медленно – это так называемый инкубационный период.
По мере роста поверхности раздела между старой и новыми фазами процесс ускоряется – идет в автокаталитическом режиме. Катализатором в этом случае выступает образующийся продукт восстановления. Но при росте поверхности раздела отдельные участки образовавшейся новой фазы сливаются и скорость роста поверхности замедляется. Соответственно замедляется и ход процесса восстановления.
Первой стадией процесса восстановления является химическая адсорбция молекул восстановителя – газа на активных центрах поверхности оксида. При этом происходит деформация молекул газа-восстановителя вплоть до разрыва этих молекул на отдельные атомы. Деформированные молекулы или атомы обладают повышенной химической активностью. Эту стадию можно записать уравнением:
МеОт.+ Вг = МеОт * Вадс.
Вторая стадия процесса – кристаллохимическое превращение, заключающееся в том, что атом кислорода отрывается из молекулы оксида и соединяется с атомом восстановителя с одновременной перестройкой решетки оксида металла в решетку металла или низшего оксида: МеОт *Вадс = Мет*ВОадс.
Третья стадия заключается в десорбции молекулы оксида восстановителя в газовую фазу:
МетВОадс = Мет + ВОг.
Автокаталитический характер процесса проявляется в