Для определения температуры, при которой начнётся реакция восстановления железа $III$ оксида водородом, можно использовать данные термодинамики, а именно, изменения стандартных энтальпий образованию и стандартные изменения энтропии для данной реакции.

Реакция восстановления железа из его оксида водородом:

$$F{e}_2{O}_3(s)+3H_2(g)\to 2Fe(s)+3H_{2}O(g)$$

Чтобы оценить, при какой температуре реакция станет термодинамически благоприятной, можно воспользоваться формулой изменения свободной энергии Гиббса:

$$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$$

где:

Для начала нужно найти стандартные энтальпии образованию $(\Delta H_f)$ и стандартные энтропии $(S)$ для каждого из веществ, участвуют в реакции. Эти данные обычно можно найти в таблицах.

Теперь можно рассчитать $\Delta H$ для реакции:

$$\Delta H=[2\cdot \Delta H_f(Fe)+3\cdot \Delta H_f(H_{2}O)]-[\Delta H_f(F{e}_2{O}_3)+3\cdot \Delta H_f(H_2)]$$ $$\Delta H=[2\cdot 0+3\cdot (-241)]-[-824+3\cdot 0]=-723+824=101\text{kJ/mol}$$

Используя табличные значения:

Теперь рассчитаем:

$$\Delta S=[2\cdot S(Fe)+3\cdot S(H_{2}O)]-[S(F{e}_2{O}_3)+3\cdot S(H_2)]$$ $$\Delta S=[2\cdot 27.3+3\cdot 188.8]-[87+3\cdot 130.6]$$ [
\Delta S = [54.6 + 566.4] - [87 + 391.8] = 621 - 478.8 = 142.2 \, \text{J/(mol·K)}
]

Для того чтобы реакция стала спонтанной ((\Delta G < 0)), необходимо, чтобы:

[
\Delta H - T \Delta S < 0 \Rightarrow T > \frac{\Delta H}{\Delta S}
]

Прежде чем подставить, переведем $\Delta H$ в Джоули:

$$\Delta H=101\times 10^3\text{J/mol}$$ и $\Delta S$ в Джоули также:

[
\Delta S = 142.2 \, \text{J/(mol·K)}
]

Теперь подставим в формулу:

[
T > \frac{101000}{142.2} \approx 710.4 \, \text{K} \approx 437.2 \, \text{°C}
]

Таким образом, реакция восстановления железа из оксида водородом начнется при температуре выше примерно 437 °C.

Fe3O4$к$+CO$г$=3FeO$к$+CO2$г$;ΔH=+34.55 кДж. ΔS0298 $х.р.$=ΣS0298 $прод.$−ΣS0298 $исх.$= 3⋅54+213.65−$146.4+197.91$=31.34 Джмоль⋅К=0.03134 кДжмоль⋅К Tравн.=ΔHΔS=34.550.03134=1102.43К

Источник: https://gomolog.ru/reshebniki/1-kurs/shimanovich-2014/118.html