I) FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
II) FeO(s)+C(s) Fe(s)+CO(g)
a) Para cada reação, construa uma tabela de controle de balanço de massas.
b) Calcule o total de carbono consumido na produção de 1 tonelada de Fe.
c) O montante de monóxido de carbono necessário para a reação I pode ser fornecido exclusivamente pela reação II?

Passo 1

Resumindo o problema: temos duas reações de redução de óxido de ferro (FeO) – via monóxido de carbono (CO) e via carbono sólido © – e precisamos montar tabelas de balanço de massa, calcular quanto de carbono é consumido para produzir 1 t de Fe e verificar se todo o CO da reação I pode vir da reação II.

Passo 2

Para montar as tabelas de balanço de massa, coletamos as massas molares necessárias (FeO: 71,84 g/mol; CO: 28,01 g/mol; Fe: 55,85 g/mol; CO₂: 44,01 g/mol; C: 12,01 g/mol) e aplicamos a estequiometria das reações I e II.

Passo 3

Tabela de balanço de massa (por 1 mol de Fe produzido):
Reação I: FeO + CO → Fe + CO₂
Espécie │ Coef. esteq. │ Mmassa (g/mol) │ Massa (g)
FeO │ 1 │ 71,84 │ 71,84
CO │ 1 │ 28,01 │ 28,01
Fe │ 1 │ 55,85 │ 55,85
CO₂ │ 1 │ 44,01 │ 44,01
Total reagentes = 99,85 g; total produtos = 99,86 g (≈ conservação de massa).
Reação II: FeO + C → Fe + CO
Espécie │ Coef. esteq. │ Mmassa (g/mol) │ Massa (g)
FeO │ 1 │ 71,84 │ 71,84
C │ 1 │ 12,01 │ 12,01
Fe │ 1 │ 55,85 │ 55,85
CO │ 1 │ 28,01 │ 28,01
Total reagentes = 83,85 g; total produtos = 83,86 g (≈ conservação de massa).

Passo 4

Para produzir 1 t (1×10⁶ g) de Fe via cada rota isolada: nFe = 1×10⁶ g / 55,85 g/mol ≃ 17 903 mol.
  • Rota I (usando CO externo): 1 mol Fe consome 1 mol CO ↦ 17 903 mol C em forma de CO → mC = 17 903·12,01 g ≃ 2,15×10⁵ g = 215 kg.
  • Rota II (direta): 1 mol Fe consome 1 mol C ↦ idem → 215 kg C.

Passo 5

Se todo o CO requerido pela reação I vier exclusivamente da reação II, somamos as duas reações:
FeO + C → Fe + CO
FeO + CO → Fe + CO₂

2 FeO + C → 2 Fe + CO₂
Logo, para produzir 2 mol Fe consome 1 mol C, ou seja, 0,5 mol C/mol Fe. Para 17 903 mol Fe: nC = 0,5·17 903 ≃ 8 952 mol → mC = 8 952·12,01 g ≃ 1,08×10⁵ g = 108 kg.

Passo 6

Portanto, todo o CO da reação I pode vir da reação II, reduzindo o consumo total de carbono para cerca de 108 kg por tonelada de Fe produzida.

Resposta

a) Tabelas de balanço de massa apresentadas para as reações I e II.
b) Se usar CO externo (rota I) ou C direto (rota II), consome ≃215 kg C por tonelada de Fe; se gerar todo o CO pela reação II e usar a rota combinada, consome ≃108 kg C por tonelada de Fe.
c) Sim. Todo o CO necessário na reação I pode ser fornecido exclusivamente pela reação II, resultando em consumo total de ≃108 kg C/t Fe.

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