Задача по Химии, Экзамен. Рассчитайте стандартное измерение энергии Гиббса и константу равновесия при Т=1000Кдля гетерогенной реакции 3Fе (т) + 4Н2О (г) ↔ Fе3О4(т) + 4Н2(г). Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для расчета стандартного изменения энергии Гиббса ((\Delta G^\circ)) и константы равновесия ((K)) используем уравнение:

[
\Delta G^\circ = -RT\ln(K)
]

где (R) - универсальная газовая постоянная ((8,314 \text{ Дж/(моль}\cdot\text{К)})), (T) - температура ((1000 \text{ К})).

Сначала необходимо рассчитать значение (\Delta G^\circ). Для этого найдем разницу в стандартных энергиях Гиббса продуктов и реактантов:

[
\Delta G^\circ = \sum \Delta G^\circ{\text{продукты}} - \sum \Delta G^\circ{\text{реактанты}}
]

Из таблиц стандартных энергий образования известно, что (\Delta G^\circ_{\text{Fe_3O4}} = -1116,1 \text{ кДж/моль}), (\Delta G^\circ{\text{H2}} = 0 \text{ кДж/моль}), (\Delta G^\circ{\text{H2O}} = -237,13 \text{ кДж/моль}), (\Delta G^\circ{\text{Fe}} = 0 \text{ кДж/моль}).

Подставим значения и найдем:

[
\Delta G^\circ = (-1116,1 \text{ кДж/моль} + 4\cdot0 \text{ кДж/моль}) - (3\cdot0 \text{ кДж/моль} + 4\cdot(-237,13 \text{ кДж/моль})) = -142,24 \text{ кДж/моль}
]

Теперь посчитаем константу равновесия:

[
\Delta G^\circ = -RT\ln(K)
]

[
K = e^{-\frac{\Delta G^\circ}{RT}} = e^{\frac{(-142,24\cdot10^3 \text{ Дж/моль})}{(8,314 \text{ Дж/(моль}\cdot\text{К)}\cdot1000 \text{ К}})} \approx 2,89\cdot10^{-64}
]

Так как константа равновесия очень мала, это означает, что при температуре 1000К реакция будет протекать в обратном направлении, то есть образование реактантов.