Ejercicios Ellingham

PROGRAMA DE PRÁCTICAS. METALES. CAPITULO “0”.

A) Construcción de diagramas Ellingham.


El cálculo de Gº se realizará mediante la ecuación:


Siendo:
la ordenada en el origen;
la pendiente


Para la formación Al2O3











Para el TiO2




Para el Cr2O3




Para el N2O





Para el CO







Para el Fe2O3 (Hematites)





Cálculode la presión de O2

Teniendo en cuenta que Gº se puede expresar como:

(Julios)
(Calorías)




debido a que ó es un valor pequeño


a) Error experimental de datos termodinámicos
b) de las reacciones


Corrección del efecto de temperatura y el error experimental

B) Ejercicios propuestos

1.- Calcular la variación con la temperatura, de la energía libre estándar de unareacción (proceso isotérmico).
Obtención de la ecuación Gº (T) para la formación del óxido de aluminio (alúmina) a partir de los datos de la Figura 0.2, diagrama de Ellingham.

2.- Calcular la presión parcial de oxígeno compatible con las fases aluminio y óxido de aluminio, alúmina, a las temperaturas de 283 K y 1873 K. Interpretar los resultados obtenidos.

3.- Requerimientos energéticosteóricos para la reducción directa del hierro hematites (Fe2O3) por el carbono (vid. diagrama de Ellingham, Fig. 0.2).

4.- Requerimientos energéticos para la obtención de hierro (acero) en horno eléctrico.

5.- Comparar los resultados obtenidos en los ejercicios 3 y 4 con los reales consignados en el libro de texto.
Datos:
Para el hierro, calor específico 0,15 cal./ ºC g. ; Calorlatente 3.600 cal./mol.

6.- Requerimientos energéticos teóricos para la obtención de una tonelada de aluminio. Compararlos con los reseñados en el libro de texto, tanto teóricos como reales.

7.- Demostrar que el aluminio no puede obtenerse electrolíticamente a partir de soluciones acuosas de alúmina , ya que la descomposición del agua y la evolución catódica de hidrógeno antecederían a ladeposición del aluminio metal.
Datos:
Potenciales de oxidación en Tabla 0.2.
Energía libre de formación de los óxidos en Fig 0.2.
Número de Faraday, 96.500 culombios/equivalente - gramo.

8.- Teniendo en cuenta el diagrama de Ellingham (Fig 0.2), comentar la posibilidad de obtención aluminotérmica del Cr metal a partir de la cromita Cr2O3 , actuando como reductor polvo de aluminio.Datos:
Calor latente de fusión del Cr = 4.200 cal./mol; calor específico del Cr 0,15 cal/ C.g. Calor latente de fusión para la alúmina (Al2O3)= 26.000 cal/mol; calor específico 0,27 cal/ C.g.

9.- Calcular la posibilidad de reducción del óxido de cromo (Cr2O3) por el C, a la temperatura de 1000 ºC. ¿Cuál sería en el equilibrio, la presión parcial de CO necesaria?. ¿Qué consecuenciasdeduce?.

10.- Deducir la posibilidad de obtención metalotérmica del Fe metal, a partir del óxido de hierro FeO (wustita), actuando como reductor polvo de aluminio.
Datos:
Para el Fe, calor latente de fusión = 3.600 cal/mol; calor específico 10,5 cal/K mol.
Para la alúmina, Al2O3 : calor latente de fusión 26.000 cal/mol; calor específico, 30,6 cal./K mol.

11.- Calcular la energía necesariapara fundir una tonelada de aluminio y una tonelada de hierro. Comparar la contribución de los términos correspondientes a los calores sensibles de los dos metales, analizar las consecuencias prácticas del resultado.
Datos:
Calor específico medio del hierro entre la temperatura ambiente y la de fusión (1809,5 K) = 0,64 J/g. C.
Calor específico medio del aluminio entre la temperatura ambiente yla de fusión (933 K) = 0,92 J/g. C.
Entalpía de fusión del aluminio, 10.669 J/mol.
Entalpía de fusión del hierro, 15.305 J/mol.

12.- Justificar el consumo teórico de energía necesario - en GJ/t. de aluminio - para la reducción del aluminio en un fundido de alúmina (Al2O3) y criolita (F6AlNa3)
Datos:
La variación de energía libre estándar de formación de la alúmina , a temperaturas...