text: 氧化物自由能圖，又稱埃林漢姆圖()，是一種在熱力學中用於說明物質穩定性對溫度的依賴性的圖表。這種分析通常被用於評估還原金屬氧化物和硫化物的難易程度。這種圖表是由英國物理化學家於1944年最先製作，故得名埃林漢姆圖。在冶金學中，氧化物自由能圖被用於預測金屬，其氧化物和氧間的平衡溫度—在延伸使用中，還包括金屬與硫，氮和其他非金屬的反應。這種圖表還可用於確定在某種條件下一種礦石是否會被還原為其對應的金屬單質。這種分析在本質上是熱力學的，而忽略了化學動力學因素。因此，由氧化物自由能圖預計為順利進行的反應，其實際歷程可能會很慢。熱力學.氧化物自由能圖，實際上是以下熱力學定律為負時才能發生。其中ΔH是焓變，而ΔS是熵變。對於每一個氧化反應，氧化物自由能圖把自由能變的1⁄3。由於存在兩種氧化產物，碳在圖上有兩條圖線：紅線是生成CO的反應：C(s) + 1⁄2 O2(g) → CO(g)。由於反應中氣體數量增加，ΔS為正，圖線斜率為負。而生成CO2的圖線則幾乎是水平的，因為以下反應：C(s) + O2(g) → CO2(g)的氣體分子數不變，使得ΔS很小。由於這種分析是基於純粹的"熱力學"之上，一個熱力學自發的反應，可能由於活化能高而難以進行。如果有兩種金屬與氧氣共存，那麼就會出現兩個平衡。ΔG更負的那種金屬將會生成氧化物，另一種則會保持還原態。特徵.還原劑的選擇.在工業過程中，還原金屬時常常用到所謂的碳熱反應，也就是使用碳作為還原劑的還原反應。其中的一個原因就是碳能以煤這樣的廉價形式出現，並且稍加處理即可變為焦炭。而且，碳與氧生成的氧化物是氣態的一氧化碳和二氧化碳，因此它的熱力學氧化過程與金屬不同：它的氧化反應自由能變下更負些。由上述可知，碳可作為一種工業用還原劑。透過利用這一性質，金屬的還原反應可以在更低的溫度下進行。應用.氧化物自由能圖常用於冶金工業中，因為該圖有助於針對不同種類的礦石選擇合適的還原劑來進行還原和提純。它也被用於指導如何從金屬中移除痕量雜質。以下是幾個例子。赤鐵礦還原劑的選用.在熔融鐵礦石的過程中，鐵礦石會在高爐的頂部被還原，該處的溫度範圍約600 – 700 °C。按照氧化物自由能圖的說明，這時一氧化碳的還原性比碳還要強。這是因為以下反應：2 CO + O2 → 2 CO2的自由能變比以下反應更負：2 C + O2 → 2 CO.這也就說明了，為什麼在高爐的上部分，赤鐵礦會被CO。三氧化二鉻的還原-碳還原的缺陷.在氧化物自由能圖中，反應2C(s) + O2(g) → 2CO(g)圖線的斜率為負，並最終降到所有金屬的圖線之下。因此，在極高的溫度下，碳能成為所有金屬氧化物的還原劑。但在這樣的溫度下，生成的鉻會與碳立即反應生成對應的碳化物，使獲得的鉻金屬具有一些人們不想具有的性質。所以，對於三氧化二鉻的高溫熱還原，碳是不能被使用的。鋁熱過程.在圖中，鋁的圖線位於鉻，鐵等大多數金屬的圖線之下。因此，鋁可以作為大多數金屬氧化物的還原劑，比如以下的例子：每消耗1mol氧氣，生成三氧化二鉻和氧化鋁的自由能變分別為-540kJ和-827kJ每摩爾。兩個過程的方程式為：formula_1 (1)formula_2 (2)第二個方程減去第一個方程，得到：formula_3formula_4因此氧化鋁比三氧化二鉻更穩定。這樣一來，由於總反應自由能變為負，故鋁能還原三氧化二鉻。在熱冶學中，鋁常在鋁熱反應中用作鉻，錳的還原劑，從它們的氧化物中奪取氧來得到金屬單質。
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