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Eisen aus dem Hochofen
AFB I–IIIm Hochofen wird Eisenerz (vereinfacht Fe₂O₃) mit Koks reduziert. Im unteren, bis zu 2000 °C heißen Teil reagiert das Erz direkt mit Kohlenstoff zu Eisen und Kohlenstoffmonooxid („direkte Reduktion“). Weiter oben, bei 400–900 °C, reduziert aufsteigendes Kohlenstoffmonooxid das Erz zu Eisen und Kohlenstoffdioxid („indirekte Reduktion“).
| Stoff | Fe₂O₃(s) | C(s) | Fe(s) | CO(g) | CO₂(g) |
|---|---|---|---|---|---|
| \(\Delta_f H^\circ\) (kJ/mol) | −824,2 | 0 | 0 | −110,5 | −393,5 |
| \(S^\circ\) (J/(mol·K)) | 87,4 | 5,7 | 27,3 | 197,7 | 213,8 |
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung der direkten Reduktion und berechnen Sie \(\Delta_r H^\circ\) und \(\Delta_r S^\circ\).
- Berechnen Sie die Umschlagtemperatur und \(\Delta_r G^\circ\) bei 1500 °C.
- Berechnen Sie \(\Delta_r H^\circ\) und \(\Delta_r S^\circ\) der indirekten Reduktion und ordnen Sie die Reaktion in die vier Fälle der Gibbs-Helmholtz-Gleichung ein.
- Beurteilen Sie die Aussage: „Weil die indirekte Reduktion immer exergonisch ist, könnte man Eisen auch bei Raumtemperatur mit CO gewinnen.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Produkte minus Edukte, Koeffizienten beachten.
Hinweis zu Aufgabe b)
\(T_U = \Delta H/\Delta S\); ΔS in kJ umrechnen.
Hinweis zu Aufgabe c)
\(\ce{Fe2O3 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2}\)
Hinweis zu Aufgabe d)
Unterscheiden Sie Thermodynamik und Kinetik.