七水硫酸锌热解过程的吉布斯自由能最小原理及TG—DTA分析

七水硫酸锌热解过程的吉布斯自由能

最小原理及TG—DTA分析

杨万万，杨军

（1.         北京燕山石化有限公司，北京102500,2.四川大学化学工程学院）

摘要：利用吉布斯自由能最小原理计算了七水硫酸锌在25—1100℃下的平衡组成，并结合TG—DTA研究了其热分解过程。七水硫酸锌的热解大致可以分为脱结晶水和无水物热分解两个阶段。脱水发生在室温—311℃时，无水物热分解则发生在687—1050℃时。脱水段固相含有ZnSO₄•6H₂O、ZnSO₄•H₂O、ZnSO₄•χH₂O [χ∈（0.8,0.9）]等，无水物分解段中间产物有ZnSO₂•ZnSO₄，最终固相产物为ZnO。结果表明，吉布斯自由能最小原理和TG—DTA具有内在一致性。

七水硫酸锌在工业、农业、医药及材料合成领域得到广泛应用，其热解过程也是研究重点之一。物质热分解过程往往伴随气态产物逸出，固相中间产物生成，是一个复杂的多相多物质体系。对于这种复杂体系，采用吉布斯自由能最小原理计算化学平衡组成是最优选择。而物质热解过程还有一显著 特征是体系质量与热焓变化，热重—差热分析（TG-DTA）正好可以检测到这两种变化，并且通过相应的处理方法判断出物质热解产物和热解机理。

1    吉布斯自由能最小原理

对于一个有с组分、π相的多组分多相体系来说，当体系达到平衡时，其吉布斯自由能最小。其数学表达式：

由此考虑，吉布斯自由能最小法就是解决“含约束条件的全局最优化”问题。处理这类问题的方法一般可分为确定型和随机型算法，具体方法见文献[7]。

2    热解过程的平衡组成

七水硫酸锌的热解过程大致可以分为脱结晶水