Considere a reação de produção do ferro a partir da redução da magnetita: FeX3OX4(s)+C(grafita)Fe(s)+COX2(g) Suponha que ΔHr∘ e ΔSr∘ são independentes da temperatura.
Assinale a alternativa que mais se aproxima da menor temperatura em que a redução da magnetita é espontânea.
A
529K
B
950K
C
1710K
D
3060K
E
5500K
Dados
FeX3OX4(s)
COX2(g)
C(grafite)
Fe(s)
ΔHf∘/molkJ
−1120
−394
Sm∘/K⋅molJ
146
214
5,74
27,3
Gabarito
Gabarito
A temperatura mínima para que a reação se torne espontânea pode ser obtida impondo a condição-limite ΔGr∘=0. Para isso, primeiro calcula-se a entalpia padrão e a entropia padrão da reação balanceada e, em seguida, usa-se a relação ΔGr∘=ΔHr∘−TΔSr∘.
Etapa 1.Escreva a reação balanceada de redução da magnetita.
FeX3OX4(s)+2C(grafite)3Fe(s)+2COX2(g)
Etapa 2.Calcule a entropia padrão da reação.
De ΔSr∘=∑produtosnSm∘−∑reagentesnSm∘,ΔSr∘=3Sm,Fe(s)∘+2Sm,COX2(g)∘−2Sm,C(grafite)∘−Sm,FeX3OX4(s)∘ logo, ΔSr∘={3(27,3)+2(214)−2(5,74)−(146)}K⋅molJ=352,4J⋅K−1⋅mol−1
Etapa 3.Calcule a entalpia padrão da reação.
De ΔHr∘=∑produtosnΔHf∘−∑reagentesnΔHf∘,ΔHr∘=2ΔHf,COX2(g)∘−ΔHf,FeX3OX4(s)∘ logo, ΔHr∘={2(−394)−(−1120)}molkJ=332kJ⋅mol−1
Etapa 4.Calcule a menor temperatura para a reação ser espontânea.
No limite entre o processo não espontâneo e o espontâneo, ΔGr∘=0 Assim, 0=ΔHr∘−TΔSr∘ logo, T=ΔSr∘ΔHr∘=352,4K⋅molJ332000molJ=942K