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

1.
ЛЕКЦИЯ 4
РАВНОВЕСИЕ РЕАКЦИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ВОДОРОДОМ
Пары воды окисляют углерод по следующим реакциям:
С + Н₂О = СО + Н₂ + Q₁ (4.1)
Q₂₉₈ = -31,24 ккал (-130,58 кдж)
С + 2Н₂О = СО₂ + Н₂ + Q₂ (4.2)
Q₂₉₈ = -21,40 ккал (-89,45 кДж)
Обе эти реакции протекают совместно и, поэтому, газовая фаза состоит из смеси СО, СО₂, Н₂ и Н₂О. Кроме того, между этими веществами и углеродом могут протекать ещё две реакции: реакция взаимодействия диоксида углерода с водородом с образованием водяного пара: СО₂ + Н₂ = СО + Н₂О + Q₃ (4.3)
и реакция образования СО (С + СО₂ = 2СО)
Для определения термодинамических данных реакций взаимодействия водяного пара с углеродом (4.1) и (4.2) воспользуемся косвенным методом расчета.
Для реакции (4.1) имеем:

С + СО₂ = 2СО + Q₄

СО₂ + Н₂ = СО + Н₂О + Q₃
С + Н₂О = СО + Н₂ + Q₁
Кр₁=
Для реакции (9) имеем:
С + СО₂ = 2СО + Q₄
2(Н₂О + СО = СО₂ + Н₂) - 2Q₃
С + Н₂О = СО₂ + 2Н₂ + Q₂
Кр₂=
Соответственно: Q₁ = Q₄ – Q₃, G^о₄ - G₃ ^o
Q₂= Q₄ – 2Q₃, G₂ - G^o₄ - 2G^o₃
Так как G^o – 4,57 Ig Kp, то
lg K₁ = lg K₄ - Ig K₃
lg K₂ = lg K₄ – 2Ig K₃
откуда и
Таким образом, зная термодинамические данные для реакций (С+СО₂=2СО) и (2.3), равновесия которых исследованы экспериментально, можно, путем комбинирования, определить и термодинамические данные для реакций (2.1) и (2.2). Уравнения зависимости констант равновесия реакций (2.1) и (2.2) имеют следующий вид:
IgKp₁ = - + 1,75 IgT + 2,5
IgKp₂ = - + 1,75 IgT + 0,8
lgKp₂ = - 4300 + 1,75 lgT + 0,8 T
Так как обе эти реакции эндотермические, то, согласно принципу Ле-Шателье, с повышением температуры равновесие сдвигается вправо, т.е. в сторону уменьшения содержания водяного пара и увеличения концентрации водорода, оксида и диоксида углерода.
Так как обе эти реакции сопровождаются увеличением объема, то с понижением давления равновесие их сдвигается в сторону увеличения содержания Н₂, СО и СО₂ или в сторону уменьшения содержания водяного пара.