Zadanie 15, diagnoza maturalna 2022 grudzień
W wysokiej temperaturze tlenki żelaza można zredukować wodorem do metalicznego żelaza. Redukcja tlenku Fe3O4 przebiega zgodnie z równaniem:
Fe3O4(s) + 4H2(g) ⇄ 3Fe(s) + 4H2O(g)
Z reaktora o pojemności 8,0 dm3, zawierającego 420 g tlenku Fe3O4, odpompowano powietrze i wprowadzono 6,0 g wodoru. Zawartość reaktora ogrzano do temperatury 𝑇, w której stała równowagi powyższej reakcji wynosi 0,20.
Oblicz stężenie pary wodnej w reaktorze po ustaleniu się stanu równowagi oraz masę otrzymanego żelaza.
Stała równowagi reakcji: K = [H2O]4 : [H2]4 = 0,20
Ze względu na taki sam wykładnik potęgi w liczniku i w mianowniku, stężenia można zastąpić równowagowymi liczbami moli.
Początkowa liczba moli H2 = 6,0 g : (2,0 g · mol-1) = 3,0 mol
Oznaczamy: 𝑥 – równowagowa liczba moli H2O,
(3 – 𝑥) – równowagowa liczba moli H2
Po podstawieniu 𝐾 = 𝑥4 : (3–𝑥)4 = 0,20 stąd 𝑥 : (3−𝑥) = 4√20 = 0,67
𝑥 = 0,67(3– 𝑥) 1,669𝑥 = 2 𝑥 = 1,2 mol 3 − 𝑥 = 1,8 mol
Liczba moli żelaza: 𝑛Fe = ¾ 𝑛H2O= 0,9 mol
Stężenie pary wodnej: 𝑐 = 1,2 mol/8,0 dm3 = 0,15 mol · dm–3
Masa żelaza: 𝑚Fe = 0,9 mol · 55,85 g · mol–1 ≅ 50 g
Załóż bezpłatne konto, aby uzyskać dostęp do rozwiązania tego zadania.