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: FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g). Considere as seguintes equações termoquímicas (valores de ΔrH indicados): O valor mais próximo de ΔrH, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é:

Queremos: $\mathrm{FeO_{(s)} + CO_{(g)} \rightarrow Fe_{(s)} + CO_{2(g)}}$.

Dados:

1. $\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2}$, $\Delta H_1=-25$ kJ (por mol de $\mathrm{Fe_2O_3}$)

2. $\mathrm{3FeO + CO_2 \rightarrow Fe_3O_4 + CO}$, $\Delta H_2=-36$ kJ (por mol de $\mathrm{CO_2}$, que aqui é 1 mol)

3. $\mathrm{2Fe_3O_4 + CO_2 \rightarrow 3Fe_2O_3 + CO}$, $\Delta H_3=+47$ kJ (por mol de $\mathrm{CO_2}$, que aqui é 1 mol)

Pela Lei de Hess, vamos combinar (2) e (3) para eliminar $\mathrm{Fe_3O_4}$:

Multiplicando (2) por 2: $\mathrm{6FeO + 2CO_2 \rightarrow 2Fe_3O_4 + 2CO}$, $\Delta H = 2(-36)=-72$ kJ.

Somando com (3): $\mathrm{2Fe_3O_4 + CO_2 \rightarrow 3Fe_2O_3 + CO}$, $\Delta H=+47$ kJ.

Soma:

• $\mathrm{2Fe_3O_4}$ cancela.
• Reagentes: $\mathrm{6FeO + (2CO_2+CO_2)=6FeO+3CO_2}$
• Produtos: $\mathrm{3Fe_2O_3 + (2CO+CO)=3Fe_2O_3+3CO}$

Logo: $\mathrm{6FeO + 3CO_2 \rightarrow 3Fe_2O_3 + 3CO}$ com $\Delta H = -72 + 47 = -25$ kJ.

Agora somamos com (1): (1) $\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2}$, $\Delta H_1=-25$ kJ.

Para cancelar $\mathrm{Fe_2O_3}$ e ajustar coeficientes, multiplicamos (1) por 3: $\mathrm{3Fe_2O_3 + 9CO \rightarrow 6Fe + 9CO_2}$, $\Delta H = 3(-25)=-75$ kJ.

Somando com a reação obtida de (2)+(3): $\mathrm{6FeO + 3CO_2 \rightarrow 3Fe_2O_3 + 3CO}$, $\Delta H=-25$ kJ.

Soma total:

• $\mathrm{3Fe_2O_3}$ cancela.
• $\mathrm{3CO_2}$ (à esquerda) cancela com parte de $\mathrm{9CO_2}$ (à direita), sobrando $\mathrm{6CO_2}$ à direita.
• $\mathrm{3CO}$ (à direita) cancela com parte de $\mathrm{9CO}$ (à esquerda), sobrando $\mathrm{6CO}$ à esquerda.

Fica: $\mathrm{6FeO + 6CO \rightarrow 6Fe + 6CO_2}$ com $\Delta H = (-25) + (-75) = -100$ kJ.

Dividindo por 6 para obter por 1 mol de $\mathrm{FeO}$: $\mathrm{FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2}$ $\Delta H = \frac{-100}{6} \approx -16{,}7\ \text{kJ/mol}$.

Valor mais próximo: $-17$ kJ/mol.

Alternativa correta: (b).