Question

[ENEM − 2017] O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (α−Fe₂O₃), a magnetita (Fe₃O₄) 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), conforme a equação química

FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g)

Considere as seguintes equações termoquímicas:

Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g) ΔᵣHº = −25 kJ/mol de Fe₂O₃

3 FeO (s) + CO₂ (g) → Fe₃O₄ (s) + CO (g) ΔᵣHº = −36 kJ/mol de CO₂

2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂


O valor mais próximo de ΔᵣHº, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é

a) −14.
b) −17.
c) −50.
d) −64.
e) −100.

Ciências da Natureza e Suas Tecnologias. Química. Termoquímica.

Answer 1

Alternativa b


FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g) é a equação resultante que queremos calcular a ΔᵣHº, em kJ/mol

Vamos considerar as equações termoquímicas e quando multiplicarmos os mols, temos que multiplicar o ΔᵣHº, o mesmo se invertermos a equação, deve-se inverter o sinal de ΔᵣHº.

Desta forma temos:

Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g) ΔᵣHº = −25 kJ/mol de Fe₂O₃

3 FeO (s) + CO₂ (g) → Fe₃O₄ (s) + CO (g) ΔᵣHº = −36 kJ/mol de CO₂

2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂

Vamos multiplicar a segunda equação por 2:

6 FeO (s) + 2CO₂ (g) → 2Fe₃O₄ (s) + 2CO (g) ΔᵣHº = 2 *−36 kJ/mol de CO₂
=  −72 kJ/mol de CO₂

Vamos somar com a terceira equação:

6 FeO (s) + 2CO₂ (g) → 2Fe₃O₄ (s) + 2CO (g) ΔᵣHº = −72 kJ/mol de CO₂
2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) ΔᵣHº = +47 kJ/mol de CO₂

6 FeO (s) + 3CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + 3CO (g) ΔᵣHº = −72 kJ/mol de CO₂ + +47 kJ/mol de CO₂ = -25  kJ/mol de CO₂

Agora vamos usar a primeira equação, multiplicada por 3:

3Fe₂O₃ (s) + 9 CO (g) → 6 Fe (s) + 9 CO₂ (g)  ΔᵣHº = 3 * −25 kJ/mol de Fe₂O₃  ΔᵣHº =−75 kJ/mol de Fe₂O₃

Somando com a anterior, temos:

3Fe₂O₃ (s) + 9 CO (g) → 6 Fe (s) + 9 CO₂ (g) ΔᵣHº = −75 kJ/mol de Fe₂O₃
6 FeO (s) + 3CO₂ (g) → 3 Fe₂O₃ (s) + 3CO (g) ΔᵣHº = -25  kJ/mol de CO₂

6 FeO (s) + 6CO (g) → 6 Fe (s) + 6 CO₂ (g) ΔᵣHº = -100 kJ/mol

Dividindo todos por 6, temos:

FeO (s) + CO (g) →  Fe (s) +  CO₂ (g) ΔᵣHº = -100/6 = -16.666 ≈ 17 kJ/mol 

Answer 2

O calor de reação para a equação do FeO com o CO pode ser determinado pela Lei de Hess através das reações fornecidas, que seriam as etapas de uma equação global, da seguinte forma:  

 

Reação 1: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

Reação 2: 3 FeO + CO2 → Fe3O4 + CO

Reação 3: 2 Fe3O4 + CO2 → 3 Fe2O3 + CO

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Equação global: FeO + CO → Fe + CO2

 

A reação 1 é dividida por 2 para equilibrar o Fe com a equação global;

A reação 2 é dividida por 3 para equilibrar o FeO com a equação global;

A reação 3 é dividida por 6 para que o Fe3O4 e o Fe2O3 sejam “cortados” pois não aparecem na equação global. Assim, o CO e o CO2 ficarão ajustados como na equação global.

⧍H1/2 + ⧍H2/3 + ⧍H3/6 = (-25)/2 + (-36/3) + 47/6 = -17 kJ/mol