Równanie reakcji:

$3\mathrm{Fe}+4\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})\rightleftarrows \mathrm{Fe}{}_3\mathrm{O}{}_4+4\mathrm{H}{}_2(\mathrm{g})$

Wyrażenie na stałą równowagi:

$K=\frac{{\left[\mathrm{H}{}_2\right]}^4}{[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}{]}^4}=4,61$

Warto pamiętać, że do wyrażenia na stałą równowagi bierzemy stężenia reagentów w najmniej skondensowanym stanie skupienia. W przypadku tej reakcji do wyrażenia na K bierzemy jedynie stężenia gazów.

Tego typu zadania związane ze stałą równowagi, najlepiej rozwiązywać przy pomocy tabelki. Zapiszemy w niej stężenia substancji występujących w wyrażeniu na K:

Substancja	$C_{pocz.}$	$\Delta C$	$C_{r\acute{o}w.}$
H2O	0,8	-4x	0,8-4x
H2	0,1	+4x	0,1+4x

Cpocz. - stężenie molowe substancji przed rozpoczęciem reakcji (gdy w zadaniu nie podano objętości naczynia reakcyjnego, to przyjmując że jest ona równa 1 dm3 liczba moli reagenta jest równa jego stężeniu molowemu)

ΔC - zmiana stężenia molowego substancji w związku z zachodzeniem reakcji i osiągnięciem stanu równowagi (-x dla substratów, +x dla produktów; liczba stojąca przy x jest taka sama co współczynnik stechiometryczny występujący w równaniu reakcji przy danej substancji)

Crów. - stężenie substancji w stanie równowagi

 
Podstawmy wartości stężeń równowagowych do wyrażenia na K:

$4,61=\frac{{\left(0,1+4x\right)}^4}{{\left(0,8-4x\right)}^4}$

W celu rozwiązania tego równania należy spierwiastkować obie strony równania przez pierwiastek 4-tego stopnia:

$\sqrt[4]{4,61}=\sqrt[4]{\frac{{\left(0,1+4x\right)}^4}{{\left(0,8-4x\right)}^4}}$

$1,47=\frac{\sqrt[4]{{\left(0,1+4x\right)}^4}}{\sqrt[4]{{\left(0,8-4x\right)}^4}}$

$1,47=\frac{0,1+4x}{0,8-4x}$

$1,47\cdot \left(0,8-4x\right)=0,1+4x$

$1,176-5,88x=0,1+4x$

$1,076=9,88x$

$x=0,11\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]=0,8-4\cdot x$
$\left[\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right]=0,8-4\cdot 0,11=0,36\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$\left[\mathrm{H}{}_2\right]=0,1+4x$
$[\mathrm{H}{}_2]=0,1+4\cdot 0,11=0,54\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Odpowiedź. Stężenia gazowych reagentów w stanie równowagi wynoszą: 0,36 mol/dm³ w przypadku wody oraz 0,54 mol/dm³ w przypadku wodoru.