A obtenção de ferro a partir do seu minério envolve reações com monóxido de carbono. Algumas etapas são representadas abaixo.
Etapa 1: Fe2 O3(s)+3 CO(g) 2 Fe(s)+3 CO2(g)
Etapa 2: 3 Fe2 O3(s)+CO(g) 2 Fe3 O4(s)+CO2(g)
Etapa 3: Fe3 O4(s)+CO(g) 3 FeO(s)+CO2(g)
a) Com os dados apresentados no quadro, calcule a variação de entalpia ( De ) para cada uma das reações.
Composto De )
Fe(s) 0
FeO(s) -272,0
Fe2 O3(s) -824,2
Fe3 O4(s) -1118,4
CO3(g) -110,53
CO2(g) -393,51
b) Considere que a obtenção de ferro possa ser representada por:
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
Determine a variação de entalpia para esse processo. Indique se o processo é ou não espontâneo e justifique sua resposta.

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos três reações envolvidas na obtenção de ferro a partir do seu minério usando monóxido de carbono. Além disso, temos uma tabela com as variações de entalpia de formação ( ) para cada composto envolvido. No item a), precisamos calcular a variação de entalpia padrão ( ) para cada uma das três reações. Para isso, vamos usar a tabela de entalpias de formação e a lei de Hess, que nos permite calcular a variação de entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação dos reagentes e produtos.

Passo 2

Vamos relembrar como calcular a variação de entalpia de uma reação ( De=ntes) ). A fórmula básica é:
Isso significa que a entalpia dos produtos menos a entalpia dos reagentes nos dá a variação total de entalpia para a reação.

Passo 3

Vamos começar calculando Fe2 O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g) para a Etapa 1:
De
Usando a tabela:
  • De
  • De
  • De
Calculando:

Passo 4

Agora, vamos para a Etapa 2:
3 Fe2 O3(s) + CO(g) 2 Fe3 O4(s) + CO2(g)
Usando a tabela:
  • De
Calculando:
De
De
De
-2236,8 - 393,51 = -2630,31
(Nota: Houve um erro nesta etapa. Vamos corrigir.)
Calculando corretamente:
-2472,6 - 110,53 = -2583,13
De

Passo 5

Passando para a Etapa 3:
Fe3 O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)
Usando a tabela:
  • De
Calculando:
De
De
De

Passo 6

Agora, vamos para o item b). A reação apresentada é:
FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
Usando a mesma fórmula:
De
Substituindo os valores da tabela:
De
De
De

Passo 7

Agora, vamos analisar se o processo é espontâneo. A espontaneidade de uma reação depende de dois fatores principais: a variação de entalpia ( ) e a variação de entropia ( ). No entanto, na ausência de informações sobre a entropia, podemos considerar apenas a variação de entalpia para uma análise simplificada.
Como , a reação libera calor, ou seja, é exotérmica. Reações exotérmicas tendem a ser espontâneas porque liberam energia, favorecendo a reação no sentido em que ocorre.

Resposta

a) As variações de entalpia ( ) para cada reação são:
  • Etapa 1:
  • Etapa 2:
  • Etapa 3:
b) A variação de entalpia para o processo é . Como a variação de entalpia é negativa, o processo é exotérmico e, portanto, espontâneo.

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