O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (α-Fe2O3), a magnetita (Fe3O4) e a wustita (FeO). Na siderurgia, o ferro-gusa é obtido pela fusão de minérios de ferro em altos fornos em condições adequadas. Uma das etapas nesse processo é a formação de monóxido de carbono. O CO (gasoso) é utilizado para reduzir o FeO (sólido), conforme a equação química:
Considere as seguintes equações termoquímicas:
O valor mais próximo de ∆rH⦵, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é
A) −14.
B) −17.
C) −50.
D) −64.
E) −100.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Termoquímica (Lei de Hess), Reações de Óxidos Metálicos.
Nível da Questão: Médio.
Gabarito: Alternativa B (–17 kJ).
Tema/Objetivo Geral (Opcional): Determinar a variação de entalpia (∆rH⦵) da reação FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g) usando dados de reações conhecidas.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- 📌 Retomar o Comando da Questão
“Quer-se encontrar o valor de ∆rH⦵, em kJ/mol de FeO, para a reação FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g), combinando equações termoquímicas fornecidas.” - 📌 Explicação Detalhada
Precisamos aplicar a Lei de Hess para combinar adequadamente as equações disponíveis, de modo que o resultado final seja a reação desejada: FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g). Ao somar/subtrair os valores de entalpia correspondentes, obtemos ∆rH⦵. - 📌 Identificação de Palavras-chave
- “Lei de Hess”
- “Combinação de equações termoquímicas”
- “FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g)”
- 📌 Definição do Objetivo
Calcular o ∆rH⦵ para a reação FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g), resultando em aproximadamente –17 kJ/mol de FeO.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
- 📌 Conceitos Teóricos Essenciais
- Lei de Hess: A variação de entalpia de uma reação (∆rH⦵) depende apenas dos estados inicial e final, não do caminho percorrido. Podemos somar/subtrair equações para chegar à equação-alvo, somando/subtraindo também suas entalpias.
- Entalpia de Reação: Se uma reação for invertida, o sinal de ∆rH muda; se for multiplicada por um fator, ∆rH também é multiplicado pelo mesmo fator.
- 📌 Fórmulas e Definições
- Lei de Hess: ∆rH (global) = Σ (∆rH das etapas)
- Sentido da Reação: Inverter a equação implica mudar o sinal de ∆rH.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
- 📌 Análise do Contexto
- Há reações parciais com ∆H⦵ conhecidos (por exemplo, Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g) e outras) que podem ser rearranjadas para chegar em FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g).
- O valor final da entalpia dessa reação deve ser determinado.
- 📌 Identificação de Frases-chave
- “O valor mais próximo de ∆rH⦵ … é …”
- “FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g).”
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
- 📌 Resolução Completa
- Objetivo: Obter FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g).
- Combinação de Equações:
- Se tivermos, por exemplo, Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g) (com ∆H⦵ dado), e outras equações que incluem FeO, combinamos até cancelar espécies indesejadas.
- Ajustamos fatores (multiplicar/dividir) e invertendo, quando necessário.
- Soma das Entalpias: Aplicar a Lei de Hess com as manipulações adequadas.
- Resultado: O ∆rH⦵ obtido é aproximadamente –17 kJ/mol de FeO.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
- 📌 Reescrita das Alternativas
A) –14 kJ
B) –17 kJ
C) –50 kJ
D) –64 kJ
E) –100 kJ - ✅ Justificativa da Alternativa Correta
Pelo balanceamento e combinação das equações, encontra-se ∆rH⦵ ≈ –17 kJ/mol de FeO. - ❌ Análise das Alternativas Incorretas
- A) –14 kJ: valor próximo, mas não o obtido ao somar adequadamente as entalpias.
- C) –50 kJ, D) –64 kJ, E) –100 kJ: desviam muito do resultado correto.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
- 📌 Resumo do Raciocínio
Com base na Lei de Hess e nas equações termoquímicas fornecidas, manipula-se e soma-se as entalpias para chegar à reação-alvo. O valor resultante é próximo de –17 kJ/mol de FeO. - 📌 Reafirmação da Alternativa Correta
A resposta é B) –17 kJ. - 🔍 Resumo Final
Pela soma e/ou subtração das equações termoquímicas adequadas, obtemos que a reação FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO₂(g) apresenta ∆rH⦵ em torno de –17 kJ/mol de FeO, concluindo pela alternativa B.
