Лекция 4 равновесие реакций восстановления оксидов металлов водородом пары воды окисляют углерод по следующим реакциям

Равновесие реакций восстановления оксидов
металлов водородом
Все, что говорилось о восстановлении оксидов металлов оксидом углерода, в равной мере относится и к восстановлению водородом, только вместо соотношения СО и СО₂ в данном случае будем пользоваться соотношением Н₂ и Н₂О.
Для реакции МеО + Н₂ = Ме + Н₂О_пар (4.4)
тепловые эффекты отличаются от тепловых эффектов реакций восстановления оксидов металлов оксидом углерода, так как теплота образования парообразной воды из элементов, равная 57,8 ккал (241,6 кДж), меньше теплоты образования СО₂ из СО и О₂, равной 67,6 ккал (282,6 кДж).
В частности, реакция
FeO + H₂ = Fe + H₂O_пар
эндотермическая
Q_FeО = 64,3 ккал (268,8 кДж)
Q_Н2О = 57,8 ккал (241,6 кДж)
Q₂₉₈ = 57,8 – 64,3 = -6,5 ккал (-27,2 кдж)
в то же время для реакции
FeO + CO = Fe CO₂
Q₂₉₈ = 67,6 – 64,3 = 3,3 ккал (13,8 кДж)
Реакция экзотермическая.
Константа равновесия реакции (2.4) в случае конденсированных фаз МеО и Ме, образующих одна с другой насыщенные растворы будет равна: К=Р_Н2О /Рн₂.
Её можно пересчитать на равновесный состав смеси Н₂+Н₂О, не зависящий от давления, так как реакция идёт без изменения объема газовой фазы (рис.2.1).

Рис.2.1. Кривые равновесия реакций восстановления оксидов железа водородом в зависимости от температуры

Температура,^оС
Условия протекания этой реакции в сторону восстановления металла определяются соотношением Р¹н₂о/Р¹н₂ в исходном состоянии (точка а для FeО) и в состоянии равновесия (Р¹н₂о/Р¹н₂) (при данной температуре точка О). Если Р¹н₂о /Р¹н₂  Рн₂о / Рн₂ (точка а), то металл восстанавливается водородом.
Если Р¹н₂о /Р¹н₂  Рн₂о / Рн₂ (точка б) – металл окисляется парами воды.
Как видно на диаграммы (рис.3), равновесное содержание Н₂ в составе газовой смеси при восстановлении FeО с повышением температуры понижается, в то время как при восстановлении FeО с оксидом углерода содержание СО в равновесном составе газов с повышением температуры увеличивается. Это связано с различными знаками тепловых эффектов этих реакций (Правило Ле-Шателье).