[ENEM − 2017] O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (α−Fe₂O₃), a magnetita (Fe₃O₄) e a wustita (FeO). Na siderurgia, o ferro-gusa é obtido pela fusão de minérios de ferro em altos fornos em condições adequadas. Uma das etapas nesse processo é a formação de monóxido de carbono. O CO (gasoso) é utilizado para reduzir o FeO (sólido), conforme a equação química
FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g)
Considere as seguintes equações termoquímicas:
Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g) ΔᵣHº = −25 kJ/mol de Fe₂O₃
3 FeO (s) + CO₂ (g) → Fe₃O₄ (s) + CO (g) ΔᵣHº = −36 kJ/mol de CO₂
2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂
O valor mais próximo de ΔᵣHº, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é
a) −14.
b) −17.
c) −50.
d) −64.
e) −100.
Ciências da Natureza e Suas Tecnologias. Química. Termoquímica.
FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g)
Considere as seguintes equações termoquímicas:
Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g) ΔᵣHº = −25 kJ/mol de Fe₂O₃
3 FeO (s) + CO₂ (g) → Fe₃O₄ (s) + CO (g) ΔᵣHº = −36 kJ/mol de CO₂
2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂
O valor mais próximo de ΔᵣHº, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é
a) −14.
b) −17.
c) −50.
d) −64.
e) −100.
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Alternativa bFeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g) é a equação resultante que queremos calcular a ΔᵣHº, em kJ/mol
Vamos considerar as equações termoquímicas e quando multiplicarmos os mols, temos que multiplicar o ΔᵣHº, o mesmo se invertermos a equação, deve-se inverter o sinal de ΔᵣHº.
Desta forma temos:
Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g) ΔᵣHº = −25 kJ/mol de Fe₂O₃
3 FeO (s) + CO₂ (g) → Fe₃O₄ (s) + CO (g) ΔᵣHº = −36 kJ/mol de CO₂
2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂
Vamos multiplicar a segunda equação por 2:
6 FeO (s) + 2CO₂ (g) → 2Fe₃O₄ (s) + 2CO (g) ΔᵣHº = 2 *−36 kJ/mol de CO₂
= −72 kJ/mol de CO₂
Vamos somar com a terceira equação:
6 FeO (s) + 2CO₂ (g) → 2Fe₃O₄ (s) + 2CO (g) ΔᵣHº = −72 kJ/mol de CO₂
2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂
6 FeO (s) + 3CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + 3CO (g) ΔᵣHº = −72 kJ/mol de CO₂ + +47 kJ/mol de CO₂ = -25 kJ/mol de CO₂
Agora vamos usar a primeira equação, multiplicada por 3:
3Fe₂O₃ (s) + 9 CO (g) → 6 Fe (s) + 9 CO₂ (g) ΔᵣHº = 3 * −25 kJ/mol de Fe₂O₃ ΔᵣHº =−75 kJ/mol de Fe₂O₃
Somando com a anterior, temos:
3Fe₂O₃ (s) + 9 CO (g) → 6 Fe (s) + 9 CO₂ (g) ΔᵣHº = −75 kJ/mol de Fe₂O₃
6 FeO (s) + 3CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + 3CO (g) ΔᵣHº = -25 kJ/mol de CO₂
6 FeO (s) + 6CO (g) → 6 Fe (s) + 6 CO₂ (g) ΔᵣHº = -100 kJ/mol
Dividindo todos por 6, temos:
FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g) ΔᵣHº = -100/6 = -16.666 ≈ 17 kJ/mol
O calor de reação para a equação do FeO com o CO pode ser determinado pela Lei de Hess através das reações fornecidas, que seriam as etapas de uma equação global, da seguinte forma:
Reação 1: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
Reação 2: 3 FeO + CO2 → Fe3O4 + CO
Reação 3: 2 Fe3O4 + CO2 → 3 Fe2O3 + CO
————————————————————-
Equação global: FeO + CO → Fe + CO2
A reação 1 é dividida por 2 para equilibrar o Fe com a equação global;
A reação 2 é dividida por 3 para equilibrar o FeO com a equação global;
A reação 3 é dividida por 6 para que o Fe3O4 e o Fe2O3 sejam “cortados” pois não aparecem na equação global. Assim, o CO e o CO2 ficarão ajustados como na equação global.
⧍H1/2 + ⧍H2/3 + ⧍H3/6 = (-25)/2 + (-36/3) + 47/6 = -17 kJ/mol