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:
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) –> 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) ∆rH = –25 kJ/mol de Fe2O3
3 FeO (s) + CO2 (g) –> Fe3O4 (s) + CO (g) ∆rH = –36 kJ/mol de CO2
2 Fe3O4 (s) + CO2 (g) –> 3 Fe2O3 (s) + CO (g) ∆rH = +47 kJ/mol de CO2
O calor de reação para a equação do FeO com o CO pode ser determinado pela Lei de Hess através das reações fornecidas, que seriam as etapas de uma equação global, da seguinte forma:
Reação 1: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2
Reação 2: 3 FeO + CO2 → Fe3O4 + CO
Reação 3: 2 Fe3O4 + CO2 → 3 Fe2O3 + CO
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Equação global: FeO + CO → Fe + CO2
A reação 1 é dividida por 2 para equilibrar o Fe com a equação global;
A reação 2 é dividida por 3 para equilibrar o FeO com a equação global;
A reação 3 é dividida por 6 para que o Fe3O4 e o Fe2O3 sejam “cortados” pois não aparecem na equação global. Assim, o CO e o CO2 ficarão ajustados como na equação global.
As mesmas operações são aplicadas aos calores de reação para obter o ⧍H da equação global:
⧍H1/2 + ⧍H2/3 + ⧍H3/6 = (-25)/2 + (-36/3) + 47/6 = -17 kJ/mol