Questão 124 do ENEM 2017

Question

O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (\alpha-\ce{Fe2O3}), a magnetita (\ce{Fe3O4}) e a wustita (\ce{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 \ce{CO} (gasoso) é utilizado para reduzir o \ce{FeO} (sólido), conforme a equação química:

\ce{FeO (s) + CO (g) -> Fe (s) + CO2 (g)}

Considere as seguintes equações termoquímicas:

\begin{array}{ll} \ce{Fe2O3 (s) + 3 CO (g) -> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = -25\ \text{kJ/mol de Fe}_2\text{O}_3 \\ \ce{3 FeO (s) + CO2 (g) -> Fe3O4 (s) + CO (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = -36\ \text{kJ/mol de CO}_2 \\ \ce{2 Fe3O4 (s) + CO2 (g) -> 3 Fe2O3 (s) + CO (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = +47\ \text{kJ/mol de CO}_2 \end{array}

O valor mais próximo de \Delta_{\text{r}}H^\ominus, em \text{kJ/mol de FeO}, para a reação indicada do \ce{FeO} (sólido) com o \ce{CO} (gasoso) é

A
-14.
B
-17.
C
-50.
D
-64.
E
-100.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 124 do ENEM 2017

2º dia · Ciências da Natureza · H26 · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (\alpha-\ce{Fe2O3}), a magnetita (\ce{Fe3O4}) e a wustita (\ce{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 \ce{CO} (gasoso) é utilizado para reduzir o \ce{FeO} (sólido), conforme a equação química:

\ce{FeO (s) + CO (g) -> Fe (s) + CO2 (g)}

Considere as seguintes equações termoquímicas:

\begin{array}{ll} \ce{Fe2O3 (s) + 3 CO (g) -> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = -25\ \text{kJ/mol de Fe}_2\text{O}_3 \\ \ce{3 FeO (s) + CO2 (g) -> Fe3O4 (s) + CO (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = -36\ \text{kJ/mol de CO}_2 \\ \ce{2 Fe3O4 (s) + CO2 (g) -> 3 Fe2O3 (s) + CO (g)} & \Delta_{\text{r}}H^\ominus = +47\ \text{kJ/mol de CO}_2 \end{array}

O valor mais próximo de \Delta_{\text{r}}H^\ominus, em \text{kJ/mol de FeO}, para a reação indicada do \ce{FeO} (sólido) com o \ce{CO} (gasoso) é

A
-14.
B
-17.
C
-50.
D
-64.
E
-100.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Use a lei de Hess: combine as três equações dadas de modo que, somadas, resultem em \ce{FeO + CO -> Fe + CO2}.

Equações:

(I) \ce{Fe2O3 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2}, \Delta H = -25

(II) \ce{3 FeO + CO2 -> Fe3O4 + CO}, \Delta H = -36

(III) \ce{2 Fe3O4 + CO2 -> 3 Fe2O3 + CO}, \Delta H = +47

O \ce{FeO} é reagente só em (II), e o \ce{Fe} é produto só em (I). Então:

Multiplique (II) por 2, para ter 2\ \ce{Fe3O4} e cancelar com (III): \ce{6 FeO + 2 CO2 -> 2 Fe3O4 + 2 CO}, \Delta H = -72.
Mantenha (III): \ce{2 Fe3O4 + CO2 -> 3 Fe2O3 + CO}, \Delta H = +47.
Multiplique (I) por 3, para cancelar 3\ \ce{Fe2O3}: \ce{3 Fe2O3 + 9 CO -> 6 Fe + 9 CO2}, \Delta H = -75.

Soma: \ce{6 FeO + 2 CO2 + CO2 + 9 CO -> 6 Fe + 9 CO2 + 2 CO + CO}.

Simplificando: \ce{6 FeO + 6 CO -> 6 Fe + 6 CO2}.

\Delta H = -72 + 47 - 75 = -100\ \text{kJ} para 6 mol de FeO.

Por mol de FeO:

\Delta H = \frac{-100}{6} \approx -16{,}7 \approx -17\ \text{kJ/mol de FeO}

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa E (-100) é o resultado da soma para 6 FeO; o enunciado pede kJ por mol de FeO, então é preciso dividir por 6.

Por que as outras alternativas estão erradas

AValor sem correspondência com a soma correta; erro de conta ao combinar as equações.
CNão corresponde à combinação correta das equações multiplicadas.
DErro de sinal ou de coeficiente ao somar as entalpias das etapas.
EÉ o total para 6 mol de FeO; esqueceu de dividir por 6.

Assunto: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.

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