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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 8.1 - Ex. 82

Determine se o dióxido de titânio pode ser reduzido pelo carbono em 1000 K nas seguintes reações:

A )   T i O 2 s + 2 C s   →     T i s +     2 C O ( g )

B )   T i O 2 s + C s   →     T i s +     C O 2 g

sabendo que, em 1000K, ΔGf°(CO, g) = –200. kJ·mol-1, ΔGf°(CO2, g) = –396 kJ·mol-1; e ΔGf°(TiO2, s) = –762 kJ·mol-1

Passo 1

O exercício requer que o discente avalie as equações demonstradas acima e posteriormente aplique a equação para energia de Gibbs, dessa maneira determinando a espontaneidade da reação e consequentemente se a substância pode ou não ser reduzida a carbono nesta temperatura.

Passo 2

  • Primeiramente o aluno deve aplicar a formula de Gibbs para determinar os valores de energia livre, recordar que elementos simples possuem energia livre = 0;

    • ∆ G° =  ∑ n . ∆ G f °  produtos     -  ∑ n . ∆ G f ° (reagentes)

  • Posteriormente dado o valor apresentado nas equações será possível julgar a espontaneidade da reação e consequentemente sua veracidade;

Passo 3

  1. T i O 2 s + 2 C s   →     T i s +     2 C O ( g )

    2. ∆ G° = 1mol .  ∆ G f ° Ti,s + 2mol . ∆ G f ° CO,g  -  [ 1mol . ∆ G f ° Ti O 2 ,s + 2mol .  ∆ G f ° C,s ]

    ∆ G° = 1mol .  0 +  2mol .( -200kJmo l -1 )  -  [ 1mol . (-762kJmo l -1 )+ 2mol .  0]

    ∆ G ° =   -   400   k J - ( - 762   k J )

    ∆ G ° =   362   k J

  2. T i O 2 s + C s   →     T i s +     C O 2 ( g )

∆ G° = 1mol .  ∆ G f ° Ti,s + 1 mol . ∆ G f ° C O 2 ,g  -  [ 1mol . ∆ G f ° Ti O 2 ,s + 1 mol .  ∆ G f ° C,s ]

∆ G° = 1mol .  0 +  2mol .( -396 kJmo l -1 )  -  [ 1mol . (-762kJmo l -1 )+ 1 mol .  0]

∆ G ° =   -   369   k J - ( - 762   k J )

∆ G ° =   36 6   k J

Resposta

Em ambos os casos a energia livre de Gibbs apresenta valor positivo, isto implica que a reação não é espontânea, ou seja, não pode ocorrer de forma natural sem a aplicação de trabalho. Assim pode-se concluir que em ambos os casos não é possível reduzir a substância pelo carbono.

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