Уравнение реакции восстановления оксида железа оксидом углерода

Запишите уравнение реакции восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) и рассмотрите в свете ОВР

Ваш ответ

решение вопроса

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e05b7388bb41494 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Восстановление оксидов железа монооксидом углерода

Реакции восстановления оксидов железа:

+ 111 кДж/кг Fe (2.1‑1)

+ 119 кДж/кг Fe (2.1‑2)

– 125 кДж/кг Fe при t>570 O C (2.1‑3)

+ 224 кДж/кг Fe при t>570 O C (2.1‑4)

Реакция 1. Окись железа соединение непрочное (см. упругость диссоциации). Реакция идет слева направо при любом содержании в газовой фазе СО и СО₂ до полного израсходования одного из реагентов (возможна даже термическая диссоциация).

Реакции 2 и 3. Окисел Fe₃O₄ более прочный. Для его восстановления необходим избыток окиси углерода в газовой фазе. В противном случае углекислота окисляет FeO до Fe₃O₄. Для протекания реакций отношение СО₂:СО не должно быть больше определенных значений.

Реакция 4. FeO является самым прочным оксидом железа. Для протекания прямой реакции необходим еще больший избыток СО и меньшее отношение СО₂:СО в газовой фазе.

Отсюда следует, что для каждого окисла при данной температуре существует такое соотношение восстановителя и его окисла (СО и СО₂) в газовой фазе, при котором газовая фаза является нейтральной по отношению к окислу железа и продукту его восстановления, а восстановительно-окислительная реакция находится в подвижном равновесии.

Так как объем газообразных продуктов реакции равен объему газа, вступающему в реакцию, состав равновесной газовой фазы не зависит от давления и меняется только с изменением температуры. Равновесные соотношения СО₂:СО в газовой фазе установлены расчетами в соответствии с законами химической термодинамики и подтверждены экспериментально.

Равновесные составы газовой фазы с окислами железа и железом при разных температурах могут быть представлены следующей диаграммой (рис. 2.1‑3).

На оси ординат отложено содержание монооксида углерода (принято, что газовая фаза состоит из монооксида углерода и углекислого газа, поэтому в каждой точке ординаты сумма (СО₂+СО) равна 100%.), а на оси абсцисс — температуры.

Равновесный состав газовой фазы реакции (1), необратимо протекающей при незначительном содержании СО, практически соответствует при любой температуре 100% СО₂ в газовой фазе. Поэтому линия равновесия этой реакции как бы совпадает с осью абсцисс.

Равновесный состав газовой фазы реакции (2) с изменением температуры меняется по кривой 2. Равновесные составы газовой фазы реакций (3) и (4) изменяются соответственно по кривым 3 и 4. Причем кривая 3 нисходящая, а кривая 4 — восходящая. Это объясняется эндотермичностью реакции (3) (реакция протекает с затратами тепла, тепловой эффект реакции “-“) и экзотермичность реакции (4) (реакция протекает с выделением тепла, тепловой эффект реакции “+“). Повышение температуры в соответствии с принципом Ле Шателье смещает равновесие эндотермической реакции в сторону поглощения тепла, вызывает увеличение содержания СО₂ и снижение содержания СО в газовой фазе (кривая 3 — нисходящая). Равновесие экзотермической реакции с повышением температуры сдвигается, наоборот, в сторону выделения тепла, увеличения содержания СО и уменьшения содержания СО₂ в равновесной газовой фазе (кривая 4 -восходящая).

Таким образом, каждая точка на кривой характеризует равновесие одной из реакций восстановления.

Равновесные кривые делят диаграмму на три области устойчивых состояний: Fe₃O₄, FeO и Fe. При температурах ниже 570 О С область FeO исчезает, происходит восстановление Fe непосредственно из Fe₃O₄.

Любая точка вне кривых 2-4 характеризует нейтральный состав газовой смеси при данной температуре по отношению к тому веществу (окислу или железу), которое устойчиво в области расположения точки. Оно не будет ни восстанавливаться, ни окисляться.

Для других веществ состав газа неравновесный, поэтому реакции пойдут в направлении образования того вещества, которое определяет название данной области.

Например, если в газ, содержащий 40% СО₂ и 60% СО, при температуре 900 О С поместить Fe, FeO и Fe₃O₄, то без изменения останется только FeO. Fe₃O₄ будет восстанавливаться до FeO, а Fe — окисляться до FeO, до тех пор пока не закончатся реагенты или состав газовой фазы не станет равновесным для данной реакции.

Анализ кривых равновесия реакций позволяет сделать следующие выводы:

— Для восстановления гематита достаточно невысокое содержание газа восстановителя;

— Восстановление FeO возможно лишь при высокой концентрации CO в газовой фазе. Причем с повышением температуры величина необходимого избытка восстановителя увеличивается;

— Газ, который не может быть использован для восстановления FeO, используется для восстановления Fe₃O₄ до FeO.

Восстановительные процессы в доменной печи не достигают рассмотренных равновесных состояний. Это обусловлено:

1. непродолжительным временем пребывания газа в печи

2. протеканием реакции взаимодействия углерода кокса и диоксида углерода кокса.

Реакция распада монооксида углерода газификации углерода кокса, получившая название «реакция Белла – Будуара» в честь ее исследователей, описывается уравнением:

5) +166 мДж/кг С. (2.1‑5)

Реакция обратима, протекает с изменение объема газовой фазы. Равновесие данной реакции зависит от температуры и давления. Кривая равновесных составов газовой фазы реакции 5 представлена диаграммой (рис. 2.1‑4).

Кривая разделяет поле диаграммы на 2 области. В левой области реакция идет в сторону образования СО₂ и сажистого С, в правой – в сторону образования СО. Реакция протекает с изменением объема газовой фазы. Поэтому с повышением давления равновесие реакции сдвигается в сторону увеличения содержания в газе углекислоты. Кривая смещается вправо, вниз.

Прямая реакция – реакция распада углерода протекает при низких температурах. Скорость реакция незначительна и для достижения равновесия необходимо длительное время. Реакция практически не оказывает влияния на состав газовой фазы и восстановительные процессы, протекающие в области низких температур.

Обратная реакция – реакция газификации углерода протекает при высоких температурах, отличается высокой скоростью и быстрым достижением равновесия. С ростом температур скорость этой реакции возрастает. Интенсивное развитие реакция получает при температурах 1000¼1100 О С. Реакция оказывает значительное влияние на состав газовой фазы и восстановительные процессы, протекающие в нижней части шахты печи при высоких температурах.

Совмещение диаграмм, описывающих термодинамические условия равновесия в системах Fе–О–С и С–СО–СО₂ позволяет сделать следующие выводы:

— Состав газа левой области препятствует течению восстановительного процесса, состав правой области — способствует.

— Из-за низких скоростей протекания реакции в левой области диаграммы, она не оказывает значительного влияния на восстановительный процесс. Все количество двуокиси углерода, которое образуется в результате рассмотренных реакций, при умеренных температурах (до 700…1000 О С) ни с чем не взаимодействует и уносится газами из печи.

— Реакция оказывает существенное влияние на восстановительный процесс в правой области диаграммы. При температурах 900-1200 О С весь, образующийся в результате восстановления железа, углекислый газ полностью расходуется по этой реакции.

В низкотемпературной зоне за время опускания материала восстановление Fe₂O₃, Fe₃O₄ и части FeO успевает завершиться. В высокотемпературной зоне в нормально работающей печи восстанавливается лишь часть FeO.

На основании сказанного можно просуммировать реакции 4 и 5, то есть реакции, протекающие в области высоких температур.

Результирующая реакция имеет вид:

6) (2.1‑6)

источники:

http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/tetrad-gabrielyan-2020/18/chast-2-zadanie-5.html

http://helpiks.org/3-93907.html