Dos seguintes dados a
Calcule o calor padrão de formação do
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Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma reação química onde queremos descobrir o calor padrão de formação do óxido de ferro (FeO). O conteúdo que vamos usar aqui é a Termodinâmica, especificamente a Lei de Hess, que nos ajuda a calcular entalpias de reações combinando outras reações conhecidas. Para resolver isso, vamos precisar analisar as equações fornecidas e manipular elas para chegar à formação do FeO.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é o calor padrão de formação. É a quantidade de energia liberada ou absorvida quando 1 mol de um composto é formado a partir de seus elementos em suas formas padrão. No nosso caso, queremos a formação de FeO a partir de Fe e O₂.
Passo 3
Agora, olhemos as equações fornecidas:
- Fe₂O₃(s) + 3C(grafita) → 2Fe(s) + 3CO(g) ΔH°= +492,6 kJ/mol
- FeO(s) + C(grafita) → Fe(s) + CO(g) ΔH°= +155,8 kJ/mol
- C(grafita) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH°= −393,51 kJ/mol
- CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g) ΔH°= −282,98 kJ/mol
Queremos manipular essas equações para chegar à formação de FeO a partir de Fe e O₂.
Passo 4
Vamos usar a Lei de Hess, que diz que se duas reações químicas têm os mesmos reagentes e produtos, a soma de suas entalpias será igual à entalpia da reação combinada. Isso nos permite combinar as equações dadas para encontrar a entalpia desejada.
Passo 5
Vamos tentar isolar a formação de FeO. A equação que já tem FeO é a segunda:
FeO(s) + C(grafita) → Fe(s) + CO(g) ΔH°= +155,8 kJ/mol
Queremos inverter essa equação para termos FeO sendo formado:
Fe(s) + CO(g) → FeO(s) + C(grafita) ΔH°= −155,8 kJ/mol
Passo 6
Agora, precisamos encontrar uma maneira de eliminar as outras substâncias e chegar à formação de FeO a partir de Fe e O₂. Vamos combinar as equações 3 e 4 para relacionar CO e CO₂.
Passo 7
Multiplicando a equação 4 por 3:
3CO(g) + 1.5O₂(g) → 3CO₂(g) ΔH°= 3 × (−282,98) = −848,94 kJ/mol
Passo 8
Agora, somamos essa equação com a equação 1:
Fe₂O₃(s) + 3C(grafita) + 3CO(g) + 1.5O₂(g) → 2Fe(s) + 3CO(g) + 3CO₂(g) ΔH°= +492,6 −848,94 = −356,34 kJ/mol
Simplificando, os 3CO se cancelam:
Fe₂O₃(s) + 3C(grafita) + 1.5O₂(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g) ΔH°= −356,34 kJ/mol
Passo 9
Agora, usamos a equação invertida da Passo 5:
Fe(s) + CO(g) → FeO(s) + C(grafita) ΔH°= −155,8 kJ/mol
Multiplicando por 2 para coincidir com o Fe₂O₃:
2Fe(s) + 2CO(g) → 2FeO(s) + 2C(grafita) ΔH°= 2 × (−155,8) = −311,6 kJ/mol
Passo 10
Somamos essa equação com a do Passo 8:
Fe₂O₃(s) + 3C(grafita) + 1.5O₂(g) + 2Fe(s) + 2CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g) + 2FeO(s) + 2C(grafita) ΔH°= −356,34 −311,6 = −667,94 kJ/mol
Simplificando:
Fe₂O₃(s) + 1.5O₂(g) → 2FeO(s) + 3CO₂(g) ΔH°= −667,94 kJ/mol
Passo 11
Para encontrar o calor de formação do FeO, observamos que a formação de 2 mols de FeO libera −667,94 kJ. Portanto, por mol de FeO, será:
ΔH°f FeO(s) = −667,94 kJ / 2 = −333,97 kJ/mol
Resposta
O calor padrão de formação do FeO(s) é −333,97 kJ/mol.