При заданной температуре равновесной константы 2 для гетерогенной реакции Fe3O4(с) + H2(г) ⇌ 3FeO(с) + H2O(г

Eduard

29

Для начала, давайте установим, что равновесная константа (K) для гетерогенной реакции определяется как отношение произведения концентраций реагентов (возведенных в соответствующие степени) к произведению концентраций продуктов (возведенным в соответствующие степени), и она выражается следующим образом:

\[K = \frac{{[FeO]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot [H_2]}}\]

Здесь [FeO] и [H2O] обозначают концентрации соответствующих продуктов реакции (FeO и H2O), а [Fe3O4] и [H2] - концентрации реагентов (Fe3O4 и H2).

Нам дано, что температуре равновесной константы K равно 2. Мы также знаем начальную концентрацию H2, которая составляет 0,9 моль/л.

Теперь нам нужно выразить равновесную концентрацию водорода ([H2]) через известные величины. Мы можем сделать это, переставив уравнение для K и заменив концентрации продуктов и реагентов на их равновесные концентрации:

\[K = \frac{{[FeO]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot [H_2]}}\]

Переставим это уравнение, чтобы изолировать [H2]:

\[2 = \frac{{[H_2]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot [FeO]^3}}\]

Теперь мы можем заменить [FeO], [H2O] и [Fe3O4] выражениями, используя стехиометрию реакции. Смотря на уравнение реакции, мы видим, что коэффициент перед H2 (газом) равен 1, а коэффициент перед H2O (газом) равен 1. Коэффициенты перед Fe3O4 (твердым веществом) и FeO (твердым веществом) также равны 1 и 3 соответственно. Поэтому мы можем записать:

\[2 = \frac{{[H_2]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot [FeO]^3}} = \frac{{[H_2]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot ([H_2] / 3)^3}}\]

Так как у нас только один неизвестный параметр, это [H2], мы можем решить это уравнение, чтобы найти равновесную концентрацию водорода ([H2]). Подставим начальную концентрацию H2 (0,9 моль/л) и решим уравнение:

\[2 = \frac{{[0,9]^3 \cdot [H_2O]}}{{[Fe_3O_4] \cdot (0,9/3)^3}}\]

Теперь мы можем решить это уравнение численно, чтобы найти [H2O]. Но поскольку мы не знаем начальные концентрации Fe3O4 и FeO, мы не можем найти точное значение [H2] без дополнительной информации.

Однако я надеюсь, что объяснение шаг за шагом поможет вам понять, как использовать равновесную константу и заданную начальную концентрацию H2 для определения равновесной концентрации водорода ([H2]). Если у вас есть дополнительные данные, пожалуйста, предоставьте их, чтобы мы могли дать более точный ответ.