Dos seguintes dados a
Calcule o calor padrão de formação do
e do
.
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),
, e do óxido de ferro(III),
. 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
e
a partir dos seus elementos.
Passo 3
Vamos identificar as reações que envolvem
e
. A primeira reação envolve
reagindo com carbono para formar ferro metálico e monóxido de carbono:
A segunda reação envolve
reagindo com carbono para formar ferro metálico e monóxido de carbono:
Passo 4
Também temos as reações de formação do dióxido de carbono a partir do carbono e do monóxido de carbono:
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
. A reação de formação de
a partir de seus elementos é:
Nosso objetivo é encontrar
para essa reação.
Passo 6
Vamos manipular a segunda reação fornecida para isolarmos
de
. A segunda reação é:
Queremos inverter essa reação para ajudar na montagem da equação de formação:
Passo 7
Agora, precisamos relacionar isso com as reações de formação. Sabemos que a formação de
é:
Vamos usar esta equação para substituir o
na reação invertida.
Passo 8
Substituindo a formação de
na reação invertida:
Simplificando:
Portanto, o calor padrão de formação de
é 127,18 kJ/mol.
Passo 9
Agora, vamos calcular o calor padrão de formação do
. A reação de formação é:
Para isso, vamos usar a primeira reação fornecida e as reações de formação do
e
.
Passo 10
A primeira reação é:
Vamos inverter essa reação para ajudar na montagem da equação de formação:
Passo 11
Agora, precisamos relacionar isso com a formação do
. Sabemos que:
Vamos somar essa equação com a reação invertida da
para eliminar o
.
Passo 12
Somando as duas equações:
Total:
Passo 13
Agora, para obter a reação de formação do
, precisamos considerar que a formação do
a partir dos elementos é:
Comparando com a equação que obtivemos:
Para isolar a formação de
, precisamos considerar que a reação que contém o
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:
Vamos combinar as equações para obtenção da formação de
.
Passo 15
Multiplicando a segunda reação por 2 para alinhar com a primeira:
Agora, subtraímos essa equação da primeira reação:
Simplificando:
E a entalpia:
Passo 16
Agora, para encontrar a entalpia de formação de
, precisamos relacionar essa equação com as reações de formação do
e
.
Sabemos que:
Vamos substituir
da equação anterior por sua formação.
Passo 17
Substituindo
na equação:
Passo 18
Agora, escrevemos a equação de formação de
:
Comparando com a equação que obtivemos:
Para isolar
, precisamos ajustar as equações, considerando que
também foi formada anteriormente.
Passo 19
Finalmente, reunindo todas as informações e resolvendo as equações, obtemos:
Resposta
O calor padrão de formação é de
para
e
para
.