Меню

Fe2o3 в токе водорода

Реакция водорода с оксидом железа

Реакция взаимодействия водорода с оксидом железа.

Уравнение реакции взаимодействия водорода с оксидом железа:

Водород взаимодействует с оксидом железа (II), оксидом железа (III) и оксидом железа (II, III). Данная реакция также называется реакцией восстановления железа из оксидов железа водородом.

FeO + H2 → Fe + H2O (t = 350 °C),

Реакция водорода с оксидом железа (II) протекает при условии: при температуре 350 °C.

Реакция водорода с оксидом железа (III) протекает при условии: при температуре 1000 °C.

Реакция водорода с оксидом железа (II, III) протекает при условии: при температуре 1000 °C.

В результате реакции взаимодействия водорода с оксидом железа (II), оксидом железа (III) или оксидом железа (II, III) образуется железо и вода .

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Справочники

Мировая экономика

Востребованные технологии

  • Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (106 202)
  • Экономика Второй индустриализации России (102 041)
  • Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (25 925)
  • Метан, получение, свойства, химические реакции (21 822)
  • Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (19 896)
  • Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (19 178)
  • Крахмал, свойства, получение и применение (18 268)
  • Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (17 197)
  • Целлюлоза, свойства, получение и применение (16 946)
  • Мотор-колесо Дуюнова (16 899)

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Источник

Пример 4. Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

Реакция восстановления Fe2O3 водородом протекает по уравнению:

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S = 0,1387 кДж / (моль· К)? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?

Решение. Вычисляем G o реакции:

G = H – T S = 96,61 – 298 · 0,1387 = + 55,28 кДж.

Так как G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия). Найдем температуру, при которой G = 0:

H = T S; T = = =696,5 К.

Следовательно, при температуре 696,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.

Пример.5. Вычислите H o , S o , и G o Т реакции протекающей по уравнению

Возможна ли реация восстановления Fe2O3(кр.) углеродом при температурах 500 и 1000 К?

Решение. H o х.р. и S o х.р находим из соотношений (1) и (2) так же, как в примере 3:

Читайте также:  Как да сметна тока

H o х.р. = [3(-110,52) + 2·0]-[-822,10 + 3·0] = -331,56 + 822,10 = +490,54

S o х.р = (2· 27,2 + 3·197,91) – (89,96 + 3· 5,69) = 541,1 Дж/К.

Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения

G o Т = =H o – T S o :

G o 500 = 490,54 — 500· = +219,99 кДж;

G o 1000 = 490,54 — 1000· = -50,56 кДж;

Так как G o 500 > 0, а G o 1000

Источник

Восстановление оксидов железа водородом

Вторым восстановителем НВ в доменной печи, является водород. Он образуется в горне при разложении влаги дутья и природного газа, если последний вдувают в доменную печь, а также летучих кокса. Количество водорода в газе составляет 1 – 2% если печь работает на увлажненном дутье. При вдувании природного газа содержание водорода в газе повышается до 6 – 12% и роль его в восстановительных процессах значительно возрастает.

Восстановление оксидов железа водородом протекают по уравнениям:

при температуре ниже 570° С

при температуре выше 570° С

FeO + n’H2 = Fe + (n’ — l)H2 + H2O — 6620 ккал. (61)

Реакция восстановления Fe2О3 до Fe3О4 идет необратимо, т. е. до полного использования Н2 или Fe2О3. Реакции восстановления Fe3О4 и FeO обратимы. Направление протекания реакции зависит от отношения Н22Огаз в газе и от температуры. Равновесный состав газовой смеси для реакций (57) – (61) зависит только от температуры, так как они идут без изменения объема газообразных веществ. На рисунке 26 показано равновесие газовых смесей Н2 и Н2Огаз с оксидами железа и железом в зависимости от температуры. Равновесные кривые делят диаграмму на три поля: Fe, FeO и Fe3О4.

Рисунок 26 — Кривые равновесия газовых смесей Н2 и Н2Огаз с оксидами железа и железом

Отличие диаграммы на рисунке 26 от диаграммы на рисунке 25 состоит в том, что равновесные кривые 2′ и 3′ с повышением температуры изображены нисходящими линиями, т. к. восстановление водородом Fe3О4 до Fe по реакции (58) и FeO до Fe по реакции (61) идет с поглощением тепла в отличие от аналогичных реакций восстановления оксидом углерода, где реакция восстановления FeO до Fe идет с выделением тепла. Для сопоставления восстановительной способности СО и Н2 совместим диаграммы равновесных газовых смесей Н2 — Н2Огаз и СО – СО2 с оксидами железа и железом.

При температуре 810° С равновесные кривые 3 и 4 диаграммы на рисунке 25 пересекаются с соответствующими равновесными кривыми 3′ и 4′ на рисунке 26 (см. рисунок 27). В точках пересечения равновесных кривых отношение Н22Огаз равно отношению СО/СО2, т. е. восстановительная способность Н2 и СО, или их химическое сродство к кислороду, одинакова. При температуре ниже 810°С отношение Н22Огаз в равновесной смеси выше отношения СО/СО2, следовательно, для восстановления оксидов железа и железа водородом, его концентрация в газовой смеси должна быть выше, чем концентрация окиси углерода при восстановлении оксидом углерода. Это значит, что при температурах ниже 810° С химическое сродство водорода к кислороду выражено слабее, чем у оксида углерода, и он обладает меньшей восстановительной способностью.

Рисунок 27 — Кривые равновесия газовых смесей Н2 – Н2Огаз и СО – СО2 с оксидами железа и железом

При температуре выше 810 °С, наоборот, отношение Н22Огаз в равновесной смеси ниже отношения СО/СО2, т. е. восстановительная способность водорода выше, чем восстановительная способность окиси углерода.

Читайте также:  Патогенное действие механических факторов действие электрического тока

В связи с тем что ниже 810° С сродство к кислороду у окиси углерода больше, чем у водорода, СО может взаимодействовать с водяным паром, образующимся при восстановлении, например:

FeО +CO→ Fe + CО2 . (62)

Аналогичные реакции можно написать для Fe2O3 и Fe3О4.

Выше 810° С сродство к кислороду у окиси углерода меньше, чем у водорода, однако взаимодействие водорода с СО не получает развития по той причине, что при 900– 1000 °С и водяной пар, и диоксид углерода активно взаимодействуют с углеродом, превращаясь в водород и оксид углерода.

Таким образом, водород в доменной печи как при умеренных, так и при высоких температурах является промежуточным реагентом или переносчиком кислорода от оксидов железа к оксиду углерода или углероду.

Источник

Расчет термодинамических величин (энтальпии, энтропии, энергии Гиббса) реакций восстановления оксидов железа

Реакция восстановления железа оксида железа (3) водородом

Задача 14.
Вычислите ∆Hº, ∆Sº и ∆Gтºреакции, протекающей по уравнению:
Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)
Возможна ли реакция восстановления Fe2O3(к) водородом при 500 и 1000ºК?
Решение:

1. Расчет энтальпии реакции

В химической реакции, протекающей по уравнению:

Тепловой эффект реакции (∆Нх.р.), исходя из следствия закона Гесса, равен сумме теплот образования ∆Нобр. продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции.

— теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю;
— теплота образования Н2О (г) равна -241.83 кДж;
— теплота образования Fe2O3(к) равна -822.10 кДж .

Исходя из указанных данных получим:

∆Нх.р.= 3(-241.83) – (-822.10) = -725.49 – (-822.10) = 96.61 кДж.

Ответ: ∆Нх.р.= 96.61 кДж

2. Расчет энтропии реакции

Изменение энтропии продуктов химической реакции, протекающей по уравнению:

Рассчитывается по формуле:

∆S°Fe(к) = 27,2 Дж/(моль . К);
∆S°Н2О (г)) = 188,72 Дж/(моль . К)
∆S° Fe2O3(к) = 89,96 Дж/(моль . К)
∆S° O/H2(г) = 130,59 Дж/(моль . К)

С учетом этих данных рассчитаем изменение энтропии реакции, получим:

∆S°х.р.= 2(27,2) + 3(188,72) – (89,96) + 3(130,59) = 620,56 — 481,73 = 138.83 Дж/(моль . К).

Ответ: ∆S°х.р.= 138.83 Дж/(моль . К)

3. Расчет термического потенциала или энергии Гиббса

Мерой химического сродства (∆G°) является убыль энергии Гиббса (изменение изобарно- термического потенциала или энергии Гиббса).

Убыль энергии Гиббса ∆G°х.р. в химической реакции:

вычисляем по формуле:

∆G°х.р. = ∆Н° — Т . ∆S°

∆G°х.р. = 96,61 – (298 . 0.,3883 = 96,61- 41.37 = +55.24 кДж.

Ответ: ∆G°х.р. = +55.24 кДж

Т.к. ∆G°х.р. > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; при этих условиях пойдет обратная реакция — окисление железа (коррозия).

4. Определение температуры начала реакции восстановления Fe2O3 CO

∆Н = Т . ∆S, отсюда Т = ∆Н/∆S = 96,61/0,13883 = 695.9°К.

5. Расчитаем энергию Гиббса данной реакции при 500°К.

∆G 0 500 = 96,61-(500 . 0,13883) = +27,19 кДж.

Таким образом, ∆G при температуре 500°К составляет +27.19 кДж, т.е. ∆G > 0 и это означает, что реакция при 500°К. невозможна 1 .

6. Расчитаем энергию Гиббса данной реакции при 1000 К

При температуре 1000°К находим ∆G 0 1000 аналогично:

∆G 0 1000 = 96,61 – (1000 . 0,13883 = 96,61 — 138,83 = -42,22 кДж. ∆G 0 1000 = -42,22 кДж.

Реакция восстановления оксида железа (2) оксидом углерода (2)

Задача 15.
Подсчитайте значения ?Н, ?S, ?G рекции: FeO + CO = Fe + CO2, определите, при каких условиях она возможна?
Решение:
∆Н°(FeO) = -264,8 кДж/моль;
∆Н°(CO) = -110,5 кДж/моль;
∆Н°(CO2) = -393,5 кДж/моль;
∆S°(Fe) = 27,15 Дж/(моль К);
∆S°(FeO) = 60,8 Дж/(моль К);
∆S°(CO) = 197,5 Дж/(моль К);
∆S°(CO2) = 213,7 Дж/(моль К);
∆G°(FeO) = -244,3 кДж/моль;
∆G°(CO) = -137,1 кДж/моль;
∆G°(CO2) = -394,4 кДж/моль.

Читайте также:  Измерение сопротивления постоянному току обмоток трансформатора мостом р333
1. Рассчитаем ?Н реакции, получим:

Расссчитывается по формуле:

∆Н°х.р. = ∆Н°(СO2) — [∆Н°(FeO) + ∆Н°(CeO)] = -393,5 — [(-264,8) + (-110,5)] = -393,5 — (-375,3) = -18,2 кДж/моль.

2. Рассчитать ∆S° реакции,получим:

Расссчитывается по формуле:

∆S°х.р. = [∆S°(CO2) + ∆S°(Fe)] — [∆S°(FeO) + ∆S°(CO)] = (213,7 + 27,15) — (60,8 + 197,5) = -17,45 Дж/(моль К).

Отрицательное значение изменения энтропии (убывание энтропии) свидетельствует об увеличении упорядоченности данной системы и, действительно, хотя в реакции объем газов не изменяется, но Fe значительно более устойчив чем FeO.

3. Рассчитаем G° реакции, получим:

Расссчитывается по формуле:

Расчеты показали, что ∆G°х.р.

1 Примечание:
Поскольку изначальная температура, при которой начинается реакция по уравнению:
Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г), из вышеприведенных расчетов равна 695.9°К, то путем сравнения температур можно сразу определить, что при температуре 500°К реакция не пойдет, а при температуре выше 695.9, т.е. при 1000°К пойдет с получением продуктов согласно уравнению.

  • Вы здесь:
  • Главная
  • Задачи
  • Физическая химия
  • Реакции восстановления оксидов железа. Задачи 14 — 15

Источник



Оксид железа (III)

Оксид железа (III)

Оксид железа (III) – это твердое, нерастворимое в воде вещество красно-коричневого цвета.

Способы получения

Оксид железа (III) можно получить различными методами :

1. Окисление оксида железа (II) кислородом.

2. Разложение гидроксида железа (III) при нагревании :

Химические свойства

Оксид железа (III) – амфотерный .

1. При взаимодействии оксида железа (III) с кислотными оксидами и кислотами образуются соли.

Например , оксид железа (III) взаимодействует с азотной кислотой:

2. Оксид железа (III) взаимодействует с щелочами и основными оксидами. Реакция протекает в расплаве, при этом образуется соответствующая соль (феррит) .

Например , оксид железа (III) взаимодействует с гидроксидом натрия:

3. Оксид железа (III) не взаимодействует с водой.

4. Оксид железа (III) окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI).

Например , хлорат калия в щелочной среде окисляет оксид железа (III) до феррата:

Нитраты и нитриты в щелочной среде также окисляют оксид железа (III):

5. Оксид железа (III) проявляет окислительные свойства . Но есть интересный нюанс — при восстановлении оксида железа (III), как правило, образуется смесь продуктов: это может быть оксид железа (II), просто вещество железо, или железная окалина Fe3O4. Но в реакции мы записываем при этом только один продукт. А вот какой именно это будет продукт, зависит от условий реакции. Как правило, в экзаменах по химии нам даются указания на возможный продукт (цвет образовавшегося вещества или дальнейшие характерные реакции).

Например , оксид железа (III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до простого железа, так и до оксида железа (II) или железной окалины:

При восстановлении оксида железа (III) водородом также возможно образование различных продуктов, например, простого железа:

Железом можно восстановить оксид железа только до оксида железа (II):

Оксид железа (III) реагирует с более активными металлами .

Например , с алюминием (алюмотермия):

Оксид железа (III) реагирует также с некоторыми другими сильными восстановителями.

Например , с гидридом натрия:

Fe2O3 + 3NaH → 3NaOH + 2Fe

6. Оксид железа (III) – твердый, нелетучий и амфотерный. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например , из карбоната натрия:

Источник