O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita
, a magnetita
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:
Calcule a variação de entalpia da seguinte reação:
Considerando as equações termoquímicas a seguir:
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:
Passo 5
Queremos encontrar
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
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:
Passo 9
Em seguida, vamos usar a terceira reação multiplicada por 1:
Passo 10
Agora, somamos as duas reações ajustadas:
Passo 11
Somando as duas reações:
Simplificando:
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:
Vamos usar as reações fornecidas para isolar essa transformação.
Passo 15
Vamos começar com a primeira rea��ão:
Queremos chegar a
, então essa reação já nos dá 2 moles de
.
Passo 16
Agora, vamos usar a segunda reação invertida:
Passo 17
E a terceira reação:
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:
Resposta
A variação de entalpia da reação
é
.