Нужно решение задачи по химии
Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления
железа из его оксида водородом, протекающая по уравнению:
Fе2О3(к) + 3Н2(г) = 2Fе(к) + 3Н2О(г).

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для определения температуры, при которой начнётся реакция восстановления железа (III) оксида водородом, можно использовать данные термодинамики, а именно, изменения стандартных энтальпий образованию и стандартные изменения энтропии для данной реакции.

Реакция восстановления железа из его оксида водородом:

[
Fe_2O_3(s) + 3H_2(g) \rightarrow 2Fe(s) + 3H_2O(g)
]

Чтобы оценить, при какой температуре реакция станет термодинамически благоприятной, можно воспользоваться формулой изменения свободной энергии Гиббса:

[
\Delta G = \Delta H - T \Delta S
]

где:

Для начала нужно найти стандартные энтальпии образованию (( \Delta H_f )) и стандартные энтропии (( S )) для каждого из веществ, участвуют в реакции. Эти данные обычно можно найти в таблицах.

Теперь можно рассчитать (\Delta H) для реакции:

[
\Delta H = [2 \cdot \Delta H_f(Fe) + 3 \cdot \Delta H_f(H_2O)] - [\Delta H_f(Fe_2O_3) + 3 \cdot \Delta H_f(H_2)]
]
[
\Delta H = [2 \cdot 0 + 3 \cdot (-241)] - [-824 + 3 \cdot 0] = -723 + 824 = 101 \, \text{kJ/mol}
]

Используя табличные значения:

Теперь рассчитаем:

[
\Delta S = [2 \cdot S(Fe) + 3 \cdot S(H_2O)] - [S(Fe_2O_3) + 3 \cdot S(H_2)]
]
[
\Delta S = [2 \cdot 27.3 + 3 \cdot 188.8] - [87 + 3 \cdot 130.6]
]
[
\Delta S = [54.6 + 566.4] - [87 + 391.8] = 621 - 478.8 = 142.2 \, \text{J/(mol·K)}
]

Для того чтобы реакция стала спонтанной ((\Delta G < 0)), необходимо, чтобы:

[
\Delta H - T \Delta S < 0 \Rightarrow T > \frac{\Delta H}{\Delta S}
]

Прежде чем подставить, переведем (\Delta H) в Джоули:

[
\Delta H = 101 \times 10^3 \, \text{J/mol}
]
и (\Delta S) в Джоули также:

[
\Delta S = 142.2 \, \text{J/(mol·K)}
]

Теперь подставим в формулу:

[
T > \frac{101000}{142.2} \approx 710.4 \, \text{K} \approx 437.2 \, \text{°C}
]

Таким образом, реакция восстановления железа из оксида водородом начнется при температуре выше примерно 437 °C.

Fe3O4(к)+CO(г)=3FeO(к)+CO2(г);ΔH=+34.55 кДж. ΔS0298 (х.р.)=ΣS0298 (прод.)−ΣS0298 (исх.)= 3⋅54+213.65−(146.4+197.91)=31.34 Джмоль⋅К=0.03134 кДжмоль⋅К Tравн.=ΔHΔS=34.550.03134=1102.43К

Источник: https://gomolog.ru/reshebniki/1-kurs/shimanovich-2014/118.html