No processo siderúrgico de produção do ferro ocorre a seguinte reação:
), cuja constante de equilíbrio K possui a seguinte dependência com a temperatura:
700
800
900
1000
K
0,678
0,552
0,466
0,403
Discuta em termos da temperatura e da concentração dos gases presentes como aumentar o rendimento da produção de ferro metálico.
), cuja constante de equilíbrio K possui a seguinte dependência com a temperatura:
|
700 | 800 | 900 | 1000 |
K | 0,678 | 0,552 | 0,466 | 0,403 |
Passo 1
O enunciado trata da reação de redução de óxido de ferro pelo monóxido de carbono
e fornece a constante de equilíbrio
em função da temperatura. O objetivo é discutir, com base em Le Chatelier, como variar a temperatura e as concentrações dos gases para maximizar o rendimento em ferro metálico.
Passo 2
Como apenas os gases entram na expressão de
(os sólidos têm atividade unitária), temos
Da tabela nota-se que, quando a temperatura aumenta,
diminui (
de
C a
C). Pela relação de Van’t Hoff, uma queda de
com o aumento de
indica reação exotérmica (libera calor ao formar produtos).
Passo 3
Pela regra de Le Chatelier, para uma reação exotérmica, diminuir a temperatura desloca o equilíbrio para o lado dos produtos (direita), aumentando a formação de
. Portanto, quanto mais baixa a temperatura de operação (desde que a cinética ainda seja aceitável), maior o rendimento em ferro metálico.
Passo 4
Para o mesmo princípio, alterar as pressões parciais dos gases desloca o equilíbrio. Como
manter
alto e remover continuamente
faz com que a razão
fique abaixo de
, forçando o sistema para a direita e produzindo mais
. Aumentar a alimentação de CO (ou purgar CO
) é a estratégia.
Passo 5
Em resumo, para maximizar o rendimento em ferro metálico deve-se operar na menor temperatura viável (favorecendo o produto em reação exotérmica) e empregar alto suprimento de
com remoção rápida de
, deslocando o equilíbrio para a direita.
Resposta
Operar à menor temperatura possível (para favorecer a reação exotérmica em direção aos produtos), aumentar a concentração (ou pressão parcial) de CO e remover continuamente o C
.