冶炼炉：哪种还原剂有效？
在虚拟冶炼炉里把各种矿石与焦炭、一氧化碳、氢气、铝粉、镁配对，调节炉温，用埃林汉姆图的热力学判断能不能炼出金属。
实验目的 找出每种氧化物能用哪些还原剂、在什么温度以上还原；解释为什么碳能炼铁和锌，却炼不出铝。
操作步骤
- 从 FeO 与焦炭开始，炉温 800 K。记录 ΔG° 的符号，然后每次升高 100 K，找出 ΔG° 变号的温度。
- 对 ZnO 重复：注意锌在 1180 K 沸腾后，得到的是锌蒸气。打开和关闭“计入金属熔化/沸腾”，比较转折温度。
- 换成 Fe₂O₃ 和一氧化碳（高炉的实际还原剂），在 600–1800 K 之间检查 ΔG°。
- 试着用每一种还原剂还原 Cr₂O₃、TiO₂ 和 Al₂O₃，把结果记入炉前记录。
- 对照埃林汉姆图，用“线的上下关系”解释你的记录。
注意观察
- 碳（生成 CO）约在 1020 K 以上还原 FeO，约在 1220–1260 K 以上还原 ZnO；对 Al₂O₃ 和 MgO，在一般炉温下 ΔG° 远大于零。
- CO 还原 Fe₂O₃ 在任何温度下都可行，但 CO 还原 FeO 在高温下 ΔG° 略大于零——需要 CO 占绝大多数的气氛。
- 铝能还原 Cr₂O₃（铝热法），镁能还原 TiO₂：它们的线在这些氧化物的下方。
- 炉膛的颜色从暗红到橙黄再到近白，是按普朗克定律算出的黑体辐射——铁匠正是用火色判断温度的。
真实实验室
- 真实的冶炼要考虑速率：固体之间的反应在 700 K 以下极慢，即使 ΔG° < 0 也看不到变化。
- 碳与许多金属生成碳化物（TiC、Al₄C₃），得到的不是纯金属；钛工业上走“氯化—镁还原”的克罗尔法。
- 铝热反应温度超过 2000 °C，会喷溅熔融金属，只能在专业条件下演示；一氧化碳有剧毒。
- 埃林汉姆直线忽略了热容和氧化物熔化，交点温度可能有几十 K 的误差。