帮我找出温度为300度和200度下铁的氧逸度、酸碱度的热力学相图,并给出相关文献

创建于:2025年6月17日

使用 O3 回答 Chat01

问题

帮我找出温度为300度和200度下铁的氧逸度、酸碱度的热力学相图,并给出相关文献

思考

Thought for 1m 57s

回答

iturn5image0turn5image5turn5image1turn5image7

如何理解 fO₂ – pH(Eh-pH/Pourbaix)高温相图

温度水稳定窗斜率* (V · pH⁻¹)典型 E°(O₂/H₂O)** (V)备注
200 °C (473 K)≈ 0.094≈ 0.88图中 Fe ↔ Fe²⁺ 界线约 –0.37 V
300 °C (573 K)≈ 0.114≈ 0.73水的氧化还原窗显著收窄

* 斜率 = (RT/F) ln 10 ≈ 0.05916 (T/298)
** 随 T 降低,O₂/H₂O 标准电位下移;上表取自⎯Beverskog & Puigdomenech 1996 计算数据。


1. 已发表的高温 Fe Pourbaix / fO₂–pH 相图来源

温度文献 & 图号/页码主要信息
60-200 °CTownsend (1970) “Potential-pH diagrams at elevated temperature for the Fe-H₂O system” – Fig. 1-4 citeturn0search2
25-300 °CBeverskog & Puigdomenech (1996) “Revised Pourbaix diagrams for iron at 25–300 °C”, Corrosion Science 38, 2121-2135 – Figs. 2-7(包含 200 °C 与 300 °C 专图)citeturn0search1
100 & 300 °CHSC Chemistry Eh-pH 模块手册,示例图 Fig. 4 (100 °C) 与 Fig. 5 (300 °C) citeturn6search1
300 °C (110 atm)OLI V12 Corrosion Analyzer 稳定性图(锅炉排放水) – Fig. 3a/b citeturn9search0

以上文献均给出了 Fe(s) / Fe²⁺ / Fe³⁺(aq)、Fe₃O₄、Fe₂O₃ 等相区随 pH 与 fO₂(Eh) 的热力学边界;温度越高,

  • Fe₃O₄ 稳定区逐渐收窄并向更低 Eh 移动
  • 在 300 °C 附近,可出现 FeO(wüstite)Hematite→Magnetite 转移线
  • 水稳定窗缩小,腐蚀/钝化界限更贴近工业设备工作电位

2. 将 Eh-pH 图换算为 log fO₂(简式)

 logfO2=Eh[ET00.05916(T/298)pH]0.05916(T/298)/4 \boxed{\ \log f_{O_2} = \dfrac{Eh - \left[E^{0}_{T} - 0.05916\,(T/298)\,pH\right]}{0.05916\,(T/298)/4}\ }
  • 公式来自反应 O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ ⇌ 2 H₂O。
  • Eh(V,SHE 标度)与温度依赖 E⁰_T 后,即可把已发表 Eh-pH 图中的任何等位线转换为 log fO₂ 轴。

3. 实用获取方案

需求方法
快速查看直接下载以上文献 PDF;Beverskog & Puigdomenech 论文对每个温度给出了清晰大图,可放大后截图。
自行绘制HSC Chemistry、OLI Studio Corrosion Analyzer、PHREEQC 均支持 200-350 °C 范围;只需设置系统 Fe-H₂O、离子活度(常用 10⁻⁶ M)和压力,即可重现文献相图。
比对氧逸度缓冲把上式加入 Excel / Python,叠加常用缓冲线(IW, QFM, Magnetite-Hematite)即可得到 log fO₂ – pH 热力学底图,用于地球化学或腐蚀分析。

4. 典型相区解读(200 °C vs 300 °C)

  • 200 °C

    • pH 2-5,高 Eh/高 fO₂:Fe³⁺(aq) 稳定;低 Eh:Fe²⁺(aq) 溶解;
    • pH 6-11:Fe₃O₄ 被动膜区最宽;大于此 pH 可出现 Fe(OH)₂ 钝化层。
  • 300 °C

    • Fe₃O₄ 稳定域显著向更低 Eh 移动;高 fO₂ 端 Hematite 可先行生成;
    • 中性-碱性下若 Cl⁻ 丰度高(参见 OLI 图),Fe²⁺-氯配合物区扩大,钝化膜耐久性下降。

小结
  • 文献:首选 Beverskog & Puigdomenech 1996(覆盖 25-300 °C)与 Townsend 1970(60-200 °C)。
  • 换算:用上式即可把任何 Eh-pH 图转成 氧逸度 – pH 相图
  • 应用:可用于超临界水冷堆、地热流体、热液蚀变和高温腐蚀场景的 Fe 稳定性预测。

如需进一步的数值表或自定义计算脚本,请告诉我!

分享这个问答