Chemia - Test diagnostyczny CKE Grudzień 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 15.
W wysokiej temperaturze tlenki żelaza można zredukować wodorem do metalicznego żelaza. Redukcja tlenku Fe3O4 przebiega zgodnie z równaniem:
Fe3O4(s) + 4H2(g) ⇄ 3Fe(s) + 4H2O(g)
Z reaktora o pojemności 8,0 dm3, zawierającego 420 g tlenku Fe3O4, odpompowano powietrze i wprowadzono 6,0 g wodoru. Zawartość reaktora ogrzano do temperatury 𝑇, w której stała równowagi powyższej reakcji wynosi 0,20.
Oblicz stężenie pary wodnej w reaktorze po ustaleniu się stanu równowagi oraz masę otrzymanego żelaza.
Stężenie pary wodnej:
Masa żelaza:
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyników
z poprawnymi jednostkami.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
• popełnienie błędów rachunkowych.
LUB
• podanie wyniku z błędną jednostką lub bez jednostki.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Stała równowagi reakcji: K = [H2O]4[H2]4 = 0,20
Ze względu na taki sam wykładnik potęgi w liczniku i w mianowniku, stężenia można
zastąpić równowagowymi liczbami moli.
Początkowa liczba moli H2 = 6,0 g2,0 g∙mol−1 = 3,0 mol
Oznaczamy:
𝑥 – równowagowa liczba moli H2O,
(3 – 𝑥) – równowagowa liczba moli H2
Po podstawieniu 𝐾 = 𝑥4(3–𝑥)4 = 0,20
stąd
𝑥(3−𝑥) = 40,20 = 0,67
Liczba moli żelaza: 𝑛Fe = ¾ 𝑛H2O = 0,9 mol
Stężenie pary wodnej: 𝑐 = 1,2 mol/8,0 dm3 = 0,15 mol·dm–3
Masa żelaza: 𝑚Fe = 0,9 mol ∙ 55,85 g·mol–1 ≅ 50 g
