Calcule a entalpia padrão da reação para a redução de um mol de óxido de ferro pelo monóxido de carbono, FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g), a partir dos seguintes dados:
cr 3 Fe2 O3(s)+CO(g) 2 Fe3 O4(s)+CO2(g) & De

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente calcular a entalpia padrão da reação de redução de um mol de óxido de ferro (FeO) pelo monóxido de carbono (CO). Estamos lidando com entalpia de reação e Lei de Hess. Para resolver, vamos usar as três reações fornecidas e ajustar elas para chegar na reação que a gente quer. Precisamos manipular essas equações de forma que, ao somá-las, elas resultem na reação desejada.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a reação que queremos encontrar e ver como ela se relaciona com as reações fornecidas:
FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
Queremos achar a entalpia dessa reação, que podemos chamar de ΔH₁.

Passo 3

Agora, vamos olhar para as três reações fornecidas e ver como podemos combiná-las para chegar na reação alvo. A ideia é ajustar os coeficientes e, se necessário, inverter alguma equação para que, ao somar tudo, só reste a reação que queremos.
As reações fornecidas são:
  1. 3 Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe3O4(s) + CO2(g), ΔH° = -48,26 kJ
  2. Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g), ΔH° = -23,44 kJ
  3. Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g), ΔH° = +21,79 kJ

Passo 4

Vamos tentar combinar essas reações. Observando as reações 1 e 3, vemos que Fe3O4 aparece em ambas. Para eliminar esse composto intermediário, podemos reverter a reação 1 e somar com a reação 3.
Primeiro, invertemos a reação 1:
Reação 1 invertida:
2 Fe3O4(s) + CO2(g) 3 Fe2O3(s) + CO(g)
ΔH° = +48,26 kJ
Agora, somamos com a reação 3:
2 times [Fe3O4(s) + CO(g) 3 FeO(s) + CO2(g)]
ΔH° = 2 × (+21,79 kJ) = +43,58 kJ
Ao somar, o Fe3O4 e o CO2 se cancelam:
2 Fe3O4 + 2 CO + 2 CO2 6 FeO + 2 CO2 + 3 Fe2O3 + CO
Simplificando:
3 Fe2O3 + CO 6 FeO + CO2
E a entalpia total até agora é:
ΔH = +48,26 kJ + 43,58 kJ = +91,84 kJ

Passo 5

Agora, vamos usar a reação 2 para ligar tudo. A reação 2 é:
Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2
ΔH° = -23,44 kJ
Queremos que na nossa reação final tenha apenas FeO, então precisamos ajustar os coeficientes. Observando a reação que já formamos:
3 Fe2O3 + CO 6 FeO + CO2
Aqui, temos 3 mols de Fe2O3 reagindo com 1 mol de CO para formar 6 mols de FeO e 1 mol de CO2.
Para combinar com a reação 2, multiplicamos a reação 2 por 3:
3 times [Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2]
3 Fe2O3 + 9 CO 6 Fe + 9 CO2
ΔH° = 3 × (-23,44 kJ) = -70,32 kJ

Passo 6

Agora, vamos somar a reação que obtivemos no Passo 4 com a reação ajustada do Passo 5:
Reação do Passo 4:
3 Fe2O3 + CO 6 FeO + CO2
ΔH° = +91,84 kJ
Reação do Passo 5:
3 Fe2O3 + 9 CO 6 Fe + 9 CO2
ΔH° = -70,32 kJ
Somando as duas:
(3 Fe2O3 + CO) + (3 Fe2O3 + 9 CO) (6 FeO + CO2) + (6 Fe + 9 CO2)
Simplificando:
6 Fe2O3 + 10 CO 6 FeO + 6 Fe + 10 CO2
Entalpia total:
ΔH = +91,84 kJ + (-70,32 kJ) = +21,52 kJ

Passo 7

Agora, queremos a entalpia para a reação desejada:
FeO + CO Fe + CO2
Observando a reação que obtivemos após somar tudo:
6 Fe2O3 + 10 CO 6 FeO + 6 Fe + 10 CO2
Podemos simplificar essa equação dividindo todos os coeficientes por 6:
Fe2O3 + 106 CO FeO + Fe + 106 CO2
Mas para facilitar, multiplicamos tudo por 3 para eliminar as frações:
3 Fe2O3 + 5 CO 3 FeO + 3 Fe + 5 CO2
Então, para cada mol de FeO, a entalpia será:
ΔH° = 21,52 kJ3 = +7,17 kJ/mol

Resposta

A entalpia padrão da reação para a redução de um mol de óxido de ferro pelo monóxido de carbono é +7,17 kJ/mol.

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