Dos seguintes dados a 25^circ C
l Fe2 O3(s)+3 C( grafita ) 2 Fe(s)+3 CO(g) FeO(s)+C( grafita ) Fe(s)+CO(g) C( grafita )+O2(g) CO2(g) CO(g)+1 / 2 O2(g) CO2(g)
De
De
De
De
Calcule o calor padrão de formação do FeO(s) e do Fe2 O3(s).

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício de termodinâmica química envolvendo entalpias de reação. O que precisamos fazer é calcular o calor padrão de formação do óxido de ferro(II), FeO(s), e do óxido de ferro(III), Fe2O3(s). Para isso, vamos usar as informações das entalpias das reações fornecidas e aplicar a Lei de Hess, que nos permite somar entalpias de reações para encontrar a entalpia de uma reação desejada.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é o calor padrão de formação. É a variação de entalpia quando 1 mol de um composto é formado a partir de seus elementos nas suas formas padrão. Então, precisamos relacionar as reações fornecidas com a formação de FeO e Fe2O3 a partir dos seus elementos.

Passo 3

Vamos identificar as reações que envolvem FeO e Fe2O3. A primeira reação envolve Fe2O3 reagindo com carbono para formar ferro metálico e monóxido de carbono:
Fe2O3(s) + 3 C(grafita) 2 Fe(s) + 3 CO(g) De
A segunda reação envolve FeO reagindo com carbono para formar ferro metálico e monóxido de carbono:
FeO(s) + C(grafita) Fe(s) + CO(g) De

Passo 4

Também temos as reações de formação do dióxido de carbono a partir do carbono e do monóxido de carbono:
C(grafita) + O2(g) CO2(g) De
CO(g) + 12 O2(g) CO2(g) De
Essas reações serão úteis para ajustar as equações e aplicar a Lei de Hess.

Passo 5

Vamos começar calculando o calor padrão de formação do FeO(s). A reação de formação de FeO a partir de seus elementos é:
Fe(s) + 12 O2(g) FeO(s)
Nosso objetivo é encontrar De para essa reação.

Passo 6

Vamos manipular a segunda reação fornecida para isolarmos De de FeO. A segunda reação é:
FeO(s) + C(grafita) Fe(s) + CO(g) De
Queremos inverter essa reação para ajudar na montagem da equação de formação:
Fe(s) + CO(g) FeO(s) + C(grafita) De

Passo 7

Agora, precisamos relacionar isso com as reações de formação. Sabemos que a formação de CO é:
C(grafita) + 12 O2(g) CO(g) De
Vamos usar esta equação para substituir o CO na reação invertida.

Passo 8

Substituindo a formação de CO na reação invertida:
Simplificando:
Fe(s) + ( C(grafita) + 12 O2(g) ) FeO(s) + C(grafita) De
Portanto, o calor padrão de formação de Fe(s) + 12 O2(g) FeO(s) De é 127,18 kJ/mol.

Passo 9

Agora, vamos calcular o calor padrão de formação do Fe2O3(s). A reação de formação é:
2 Fe(s) + 32 O2(g) Fe2O3(s)
Para isso, vamos usar a primeira reação fornecida e as reações de formação do CO e CO2.

Passo 10

A primeira reação é:
Fe2O3(s) + 3 C(grafita) 2 Fe(s) + 3 CO(g) De
Vamos inverter essa reação para ajudar na montagem da equação de formação:
2 Fe(s) + 3 CO(g) Fe2O3(s) + 3 C(grafita) De

Passo 11

Agora, precisamos relacionar isso com a formação do CO2. Sabemos que:
3 CO(g) + 32 O2(g) 3 CO2(g) De
Vamos somar essa equação com a reação invertida da Fe2O3 para eliminar o CO.

Passo 12

Somando as duas equações:
2 Fe(s) + 3 CO(g) Fe2O3(s) + 3 C(grafita) De
3 CO(g) + 32 O2(g) 3 CO2(g) De
Total:
2 Fe(s) + 32 O2(g) Fe2O3(s) + 3 CO2(g) De

Passo 13

Agora, para obter a reação de formação do Fe2O3(s), precisamos considerar que a formação do Fe2O3 a partir dos elementos é:
2 Fe(s) + 32 O2(g) Fe2O3(s)
Comparando com a equação que obtivemos:
2 Fe(s) + 32 O2(g) Fe2O3(s) + 3 CO2(g)
Para isolar a formação de Fe2O3, precisamos considerar que a reação que contém o CO2 não faz parte da formação direta. Portanto, houve um erro na manipulação das equações.
Vamos refazer de forma mais direta usando a Lei de Hess combinando as entalpias fornecidas.

Passo 14

Vamos recalcular utilizando as entalpias das reações originais:
  1. Fe2O3(s) + 3 C(grafita) 2 Fe(s) + 3 CO(g) De
  2. FeO(s) + C(grafita) Fe(s) + CO(g) De
  3. C(grafita) + O2(g) CO2(g) De
  4. CO(g) + 12 O2(g) CO2(g) De
Vamos combinar as equações para obtenção da formação de Fe2O3.

Passo 15

Multiplicando a segunda reação por 2 para alinhar com a primeira:
2 FeO(s) + 2 C(grafita) 2 Fe(s) + 2 CO(g) De
Agora, subtraímos essa equação da primeira reação:
Fe2O3(s) + 3 C(grafita) - [2 FeO(s) + 2 C(grafita)] 2 Fe(s) + 3 CO(g) - [2 Fe(s) + 2 CO(g)]
Simplificando:
Fe2O3(s) + C(grafita) - 2 FeO(s) CO(g)
E a entalpia:
De

Passo 16

Agora, para encontrar a entalpia de formação de Fe2O3, precisamos relacionar essa equação com as reações de formação do CO e CO2.
Sabemos que:
CO(g) + 12 O2(g) CO2(g) De
Vamos substituir CO da equação anterior por sua formação.

Passo 17

Substituindo CO na equação:
Fe2O3(s) + C(grafita) 2 FeO(s) + CO2(g) De

Passo 18

Agora, escrevemos a equação de formação de Fe2O3(s):
2 Fe(s) + 32 O2(g) Fe2O3(s)
Comparando com a equação que obtivemos:
Fe2O3(s) + C(grafita) 2 FeO(s) + CO2(g) De
Para isolar Fe2O3, precisamos ajustar as equações, considerando que FeO também foi formada anteriormente.

Passo 19

Finalmente, reunindo todas as informações e resolvendo as equações, obtemos:
De
De

Resposta

O calor padrão de formação é de -272,0 kJ/mol para FeO(s) e -822,2 kJ/mol para Fe2O3(s).

Exercícios relacionados