O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (Fe2 O3), a magnetita (Fe3 O4) 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).
Considerando as equações termoquímicas a seguir:
ll Fe2 O3(g)+3 CO(g) 2 Fe(s)+3 CO2(g) & De
Calcule a variação de entalpia da seguinte reação:
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)

Passo 1

Então, vamos lá! Temos uma questão sobre siderurgia, especificamente sobre como calcular a variação de entalpia ( ) de uma reação química envolvendo óxido de ferro (FeO) e monóxido de carbono (CO). Vamos precisar entender um pouco sobre reações termoquímicas e a lei de Hess para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que é entalpia. A entalpia é uma medida de energia total em um sistema químico. Quando uma reação ocorre, a mudança de entalpia ( ) nos diz se a reação libera energia (exotérmica) ou absorve energia (endotérmica).

Passo 3

Agora, vamos falar sobre a Lei de Hess. Ela nos diz que se uma reação pode ser expressa como a soma de duas ou mais reações, a variação total de entalpia da reação global é a soma das variações de entalpia das reações individuais. Isso é super útil quando não temos a entalpia da reação que queremos diretamente, mas temos outras reações relacionadas.

Passo 4

Dado isso, vamos olhar para as reações fornecidas:
  1. Fe2 O3(g) + 3, CO(g) 2, Fe(s) + 3, CO2(g) De
  2. 3, FeO(s) + CO2(g) Fe3 O4(s) + CO(g) De
  3. 2, Fe3 O4(s) + CO2(g) 3, Fe2 O3(s) + CO(g) De

Passo 5

Queremos encontrar FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) para a reação:
Vamos usar a Lei de Hess para combinar as reações fornecidas e chegar à reação desejada.

Passo 6

Primeiro, vamos organizar as reações de forma que, quando somadas, as substâncias intermediárias se cancelem, deixando apenas os reagentes e produtos da reação que queremos.

Passo 7

Vamos inverter a segunda reação para que o Fe3 O4(s) + CO(g) 3, FeO(s) + CO2(g) De apareça nos reagentes:
(Note que ao inverter a reação, mudamos o sinal de .)

Passo 8

Agora, vamos multiplicar esta reação por 1 para manter os coeficientes:
Fe3 O4(s) + CO(g) 3, FeO(s) + CO2(g) De

Passo 9

Em seguida, vamos usar a terceira reação multiplicada por 1:
2, Fe3 O4(s) + CO2(g) 3, Fe2 O3(s) + CO(g) De

Passo 10

Agora, somamos as duas reações ajustadas:
  1. Fe3 O4(s) + CO(g) 3, FeO(s) + CO2(g) De
  2. 2, Fe3 O4(s) + CO2(g) 3, Fe2 O3(s) + CO(g) De

Passo 11

Somando as duas reações:
3, Fe3 O4(s) + 2, CO(g) + CO2(g) 9, FeO(s) + 2, CO2(g) + 3, Fe2 O3(s) + CO(g)
Simplificando:
3, Fe3 O4(s) + CO(g) 9, FeO(s) + 3, Fe2 O3(s)

Passo 12

Agora, precisamos ajustar para chegar à reação desejada. Vamos observar que nossa meta é obter e . Precisamos encontrar uma maneira de combinar as reações para obter isso.

Passo 13

Para facilitar, vamos reconsiderar as reações e aplicar a Lei de Hess de maneira mais direta. Vamos expressar a reação alvo como uma combinação das reações fornecidas.

Passo 14

Reescrevendo a reação alvo:
FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
Vamos usar as reações fornecidas para isolar essa transformação.

Passo 15

Vamos começar com a primeira rea��ão:
Fe2 O3(g) + 3, CO(g) 2, Fe(s) + 3, CO2(g) De
Queremos chegar a , então essa reação já nos dá 2 moles de .

Passo 16

Agora, vamos usar a segunda reação invertida:
Fe3 O4(s) + CO(g) 3, FeO(s) + CO2(g) De

Passo 17

E a terceira reação:
2, Fe3 O4(s) + CO2(g) 3, Fe2 O3(s) + CO(g) De

Passo 18

Agora, combinamos as reações de forma que e apareçam nos reagentes e e apareçam nos produtos.

Passo 19

Após combinar e simplificar as reações, encontramos que a variação de entalpia da reação alvo é:
De

Resposta

A variação de entalpia da reação é .

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