Статья:

РЕАКЦИИ ДИФФУЗИОННОГО И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ

Конференция: LII Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Наринбаев Т.Х., Елисеев Д.Н., Гладкая Е.А. РЕАКЦИИ ДИФФУЗИОННОГО И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. LII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 7(52). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/7(52).pdf (дата обращения: 28.01.2023)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 32 голоса
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

РЕАКЦИИ ДИФФУЗИОННОГО И ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ

Наринбаев Тимур Хамидуллаевич
студент, Старооскольский технологический институт филиал НИТУ «МИСиС», РФ, г. Старый Оскол
Елисеев Дмитрий Николаевич
студент, Старооскольский технологический институт филиал НИТУ «МИСиС», РФ, г. Старый Оскол
Гладкая Екатерина Александровна
студент, Старооскольский технологический институт филиал НИТУ «МИСиС», РФ, г. Старый Оскол
Тимофеева Анна Стефановна
научный руководитель, канд. техн. наук, профессор, Старооскольский технологический институт филиал НИТУ «МИСиС», РФ, г. Старый Оскол

 

Железо при взаимодействии с газообразным кислородом образует оксиды FeO, Fe3O4 и Fe2O3 по реакциям [1, с.15]:

Fe + 0,5O2 = FeO – 263,7 кДж/моль

2Fe + O2 = 2FeO – 527, 36 кДж/моль

3Fe + 2O2 = Fe3O4 – 1 117,71 кДж/моль

3FeO + 0,5O2 = 2Fe3O4 – 1 444,38 кДж/моль

6FeO + O2 = 2Fe3O4 – 2235,42 кДж/моль

2Fe + 1,5O2 = Fe2O3 – 821,3 кДж/моль

4FeO + O2 = 2Fe2O3 – 587,92 кДж/моль

4Fe + 3O2 = 2 Fe2O3 – 1 642,64 кДж/моль

2Fe3O4 + 0,5O2 = 3Fe2O3 – 228,54 кДж/моль

Более интенсивно происходят процессы взаимодействия кислорода с железом в присутствии воды:

Fe + H2O + ½O2 = Fe(OH)2 – 235,86 кДж/моль

Гидроксид железа реакции получается пористым и не служит защитой от дальнейшего окисления.

Также может проходить экзотермическая реакция, с выделением тепла, она происходит при значительном разогреве губчатого железа [1, с.15]:

2Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2 + 9,98 кДж/моль

Контакт холодных металлизованных продуктов с влагой способствует развитию реакции окисления с выделением значительного количества тепла:

2Fe + 4H2O + O2 = 2Fe(OH)3 + H2 + 9300 кДж/кг [2, с.19]

В результате реакции гидроксид железа является пористым и не может служить защитой от дальнейшей коррозии, поэтому происходит внутреннее окисление железа.

В последних двух реакциях образуется водород (Н2), который может гореть и создавать взрывоопасные ситуации, он образуется также и в следующих реакциях взаимодействия железа с водой:

1Fe + 1H2O = FeO + 1H2↑ + 22,16 кДж/моль

1Fe + 3H2O = Fe(OH)3 + 1,5H2↑ + 30,92 кДж/моль

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑ – 25,65 кДж/моль

Данные реакции протекают при температуре не более 570 °С.

В таблице 1 представлены температурные интервалы превращений, для реакций при взаимодействии с газообразным кислородом [3, с.117].

Таблица 1.

Температурные интервалы при взаимодействии с газообразным кислородом

Реакции

Температурный интервал, °C

3Fe + 2O2 = Fe3O4

150 – 500

3FeO + 0,5O2 = 2Fe3O4

150 – 500

6FeO + O2 = 2Fe3O4

300 – 500

2Fe + 1,5O2 = Fe2O3

150 – 500

4FeO + O2 = 2Fe2O3

150 – 500

4Fe + 3O2 = 2 Fe2O3

150 – 500

2Fe3O4 + 0,5O2 = 3Fe2O3

300 – 600

 

Химические реакции протекают либо с выделением теплоты, либо с поглощением теплоты, сравнение экзотермических и эндотермических реакций представлены в таблице 2 [4, с.691].

         Таблица 2.

Сравнительная таблица реакций по тепловому эффекту, кДж/моль [5, с.292]

Экзотермические

Эндотермические

Fe + 0,5O2 = FeO – 263,7

2Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2 + 9,98

2Fe + O2 = 2FeO – 527, 36

1Fe + 1H2O = FeO + 1H2↑ + 22,16

3Fe + 2O2 = Fe3O4 – 1 117,71

1Fe + 3H2O = Fe(OH)3 + 1,5H2↑ + 30,92

3FeO + 0,5O2 = 2Fe3O4 – 1 444,38

 

6FeO + O2 = 2Fe3O4 – 2235,42

 

2Fe + 1,5O2 = Fe2O3 – 821,3

 

4FeO + O2 = 2Fe2O3 – 587,92

 

4Fe + 3O2 = 2 Fe2O3 – 1 642,64

 

2Fe3O4 + 0,5O2 = 3Fe2O3 – 28,54

 

Fe + H2O + ½O2 = Fe(OH)2 – 235,86

 

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑ – 25,65

 

 

Таким образом, при взаимодействии с кислородом все представленные реакции являются экзотермическими, в результате которых происходит выделение теплоты, а в случае взаимодействия железа с водой, реакция протекает с поглощением теплоты, происходит эндотермический тепловой эффект.  

 

Список литературы:
1. Процессы вторичного окисления железа : учебное пособие / А. С. Тимофеева [и др.]. – Старый Оскол : ТНТ, 2019. – 120 с.
2. Процессы вторичного окисления железа / А.С.Тимофеева, Т.В. Никитченко – Старый Оскол: СТИ НИТУ «МИСиС», 2017. – 136 с.
3. Общая химия: основы химической термодинамики и кинетики : Теория и упражнения : учеб.-метод. пособие / Д. С. Цветков, Т. В. Аксенова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. – 120 с.
4. Теплотехнический справочник / под ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. Т. 2. – М.: Энергия, 1976. – 896 с.
5. Волков, А. И. Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский. – Минск : Современная школа, 2005. – 607 с.