Chemia · 2022
Test diagnostyczny CKE grudzień, PR (F‑2023)
Poziom rozszerzony · Formuła 2023
Zadanie 15.
(2 pkt)(0–2) 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.
Odpowiedzi
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 [H2O]4Stała równowagi reakcji: K = = 0,20 [H2]4 Ze względu na taki sam wykładnik potęgi w liczniku i w mianowniku, stężenia można zastąpić równowagowymi liczbami moli. 6,0 g Początkowa liczba moli H2 = = 3,0 mol 2,0 g∙mol−1 Oznaczamy: 𝑥 – równowagowa liczba moli H2O, (3 – 𝑥) – równowagowa liczba moli H2 𝑥4 𝑥 4 Po podstawieniu 𝐾 = = 0,20 stąd = √0,20 = 0,67 (3–𝑥)4 (3−𝑥) 𝑥 = 0,67(3– 𝑥) 1,669𝑥 = 2 𝑥 = 1,2 mol 3 − 𝑥 = 1,8 mol 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