Возможно ли окисление железа кислородом при температуре 381 К (Энтропия = 6,0 Дж/моль*К, Энтальпия = -307 кДж/моль)?

Для решения данной задачи нам понадобится использовать уравнение Гиббса-Гельмгольца \( \Delta G = \Delta H - T \Delta S \), где:
\( \Delta G \) - свободная энергия изменения (в Дж/моль),
\( \Delta H \) - изменение энтальпии (в Дж/моль),
\( T \) - температура (в К),
\( \Delta S \) - изменение энтропии (в Дж/моль К).

Для того чтобы определить, возможно ли окисление железа кислородом при данной температуре, нам нужно рассчитать значение \( \Delta G \) и проверить его знак.

Теперь, подставим известные значения в уравнение Гиббса-Гельмгольца:
\[ \Delta G = -307 \, \text{кДж/моль} - 381 \, \text{К} \cdot 6,0 \, \text{Дж/моль} \cdot \text{К} \]

Для расчетов, нам нужно привести все значения к одним единицам измерения. Переведем -307 кДж/моль в Дж/моль:
\[ \Delta G = -307 \, \text{кДж/моль} = -307 \, \times 10^3 \, \text{Дж/моль} = -307,000 \, \text{Дж/моль} \]

Теперь можем продолжить расчет:
\[ \Delta G = -307,000 \, \text{Дж/моль} - 381 \, \text{К} \cdot 6,0 \, \text{Дж/моль} \cdot \text{К} \]

Вычислим эту величину:
\[ \Delta G = -307,000 \, \text{Дж/моль} - 2286 \, \text{Дж/моль} \]

\[ \Delta G = -3093 \, \text{Дж/моль} \]

Теперь, чтобы определить, можно ли окисление железа кислородом при температуре 381 К, нужно проанализировать знак значения \( \Delta G \):
- Если \( \Delta G < 0 \), то реакция совершится в прямом направлении (т.е. окисление железа кислородом будет возможным).
- Если \( \Delta G > 0 \), то реакция не совершится, окисление железа кислородом не будет возможным.
- Если \( \Delta G = 0 \), то реакция будет находиться в равновесии.

В нашем случае, значение \( \Delta G = -3093 \, \text{Дж/моль} \), что является отрицательным значением. Следовательно, окисление железа кислородом будет возможным при температуре 381 K.

Теперь определим уравнение для данной реакции окисления железа кислородом. Стоит заметить, что окисление железа происходит до оксида железа(III) (Fe2O3).

Уравнение реакции будет выглядеть следующим образом:
\[ 4Fe + 3O2 \rightarrow 2Fe2O3 \]