Решение:

Задание 4. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены водородом до свободного металла при 298 К: \(CaO\), \(ZnO\), \(SnO_2\), \(NiO\), \(Al_2O_3\)? Решение: Для определения возможности протекания реакции восстановления оксида водородом при стандартных условиях (\(T = 298\) К) необходимо вычислить изменение стандартной энергии Гиббса реакции \(\Delta G^0_{298}\). Реакция возможна самопроизвольно, если \(\Delta G^0_{298} < 0\). Общее уравнение реакции восстановления оксида металла (\(Me_xO_y\)) водородом: \[Me_xO_y + yH_2 \rightarrow xMe + yH_2O_{(г)}\] Энергия Гиббса реакции рассчитывается по формуле: \[\Delta G^0_{xp} = \sum \Delta G^0_{f, \text{продукты}} - \sum \Delta G^0_{f, \text{реагенты}}\] Стандартные значения энергии Гиббса образования (\(\Delta G^0_f\)) при 298 К (в кДж/моль): 1. \(\Delta G^0_f(H_2O_{(г)}) = -228,6\) 2. \(\Delta G^0_f(CaO) = -604,0\) 3. \(\Delta G^0_f(ZnO) = -318,3\) 4. \(\Delta G^0_f(SnO_2) = -515,8\) 5. \(\Delta G^0_f(NiO) = -211,7\) 6. \(\Delta G^0_f(Al_2O_3) = -1582,3\) (Для простых веществ \(H_2\) и \(Me\) значение \(\Delta G^0_f = 0\)). Проведем расчеты для каждого оксида: 1) Для \(CaO\): \(CaO + H_2 \rightarrow Ca + H_2O\) \[\Delta G^0 = -228,6 - (-604,0) = +375,4 \text{ кДж/моль} > 0\] (реакция невозможна) 2) Для \(ZnO\): \(ZnO + H_2 \rightarrow Zn + H_2O\) \[\Delta G^0 = -228,6 - (-318,3) = +89,7 \text{ кДж/моль} > 0\] (реакция невозможна) 3) Для \(SnO_2\): \(SnO_2 + 2H_2 \rightarrow Sn + 2H_2O\) \[\Delta G^0 = 2 \cdot (-228,6) - (-515,8) = -457,2 + 515,8 = +58,6 \text{ кДж/моль} > 0\] (реакция невозможна) 4) Для \(NiO\): \(NiO + H_2 \rightarrow Ni + H_2O\) \[\Delta G^0 = -228,6 - (-211,7) = -16,9 \text{ кДж/моль} < 0\] (реакция возможна) 5) Для \(Al_2O_3\): \(Al_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Al + 3H_2O\) \[\Delta G^0 = 3 \cdot (-228,6) - (-1582,3) = -685,8 + 1582,3 = +896,5 \text{ кДж/моль} > 0\] (реакция невозможна) Ответ: При 298 К водородом может быть восстановлен только оксид никеля \(NiO\).