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) ΔrH⦵ = -25 kJ/mol de Fe2 O3
3 FeO (s) + CO2 (g) → Fe3O4 (s) + CO (g) ΔrH⦵= -36 kJ/mol de CO2
2 Fe3 O4 (s) + CO2 (g) → 3 Fe2O3 (s) + CO (g) ΔrH⦵= +47 kJ/mol de CO2
O valor mais próximo de ΔrH⦵, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é
- A
-14.
- B
-17.
gabarito - C
-50.
- D
-64.
- E
-100.
Resolução
De modo geral, a Termoquímica é a parte da química que estuda a quantidade de calor (energia) envolvida nas reações químicas. Quando uma reação libera calor, ela é classificada como exotérmica. A absorção de calor em uma reação, faz com que ela seja endotérmica. Nessa questão, será utilizada para o calor de reação da equação do FeO com o CO a Lei de Hess, a qual estabelece que a energia não pode ser nem criada nem destruída; somente pode ser trocada de uma forma em outra. A soma de equações químicas pode levar a mesma equação resultante Desse modo, seriam as etapas de uma reação 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
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.
As mesmas operações são aplicadas aos calores de reação para obter o ⧍H da equação global:
⧍H1/2 + ⧍H2/3 + ⧍H3/6 = (-25)/2 + (-36/3) + 47/6 = -17 kJ/mol