ENEM 2017 · Ciências da Natureza · Química · estequiometria
Questão 124 do ENEM 2017
Resposta: letra B. A questão envolve o cálculo da variação de entalpia (∆rH) para a reação de redução do FeO por CO, utilizando dados termoquímicos de outras reações relacionadas. A resposta correta é determinada por meio de uma análise de ciclo termoquímico, onde as equações são manipuladas e somadas para isolar a reação de interesse.
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 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-17Resposta correta
- C-50
- D-64
- E-100
Como resolver a questão 124 passo a passo?
O conceito que resolve
Termoquímica, ciclo de Hess, variação de entalpia, redução de óxidos de ferro.
Como chegar na resposta
- Identificar a reação alvo: FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO2 (g).
- Analisar as equações fornecidas: elas envolvem Fe2O3, Fe3O4, FeO, CO e CO2.
- Montar um ciclo termoquímico: combinar as equações para que os termos se cancelem, deixando apenas a reação alvo.
- Calcular ∆rH: somar as variações de entalpia das equações intermediárias para obter o valor da reação alvo.
- Verificar a unidade: o resultado deve ser em kJ/mol de FeO.
Por que cada alternativa
- A-14: Este valor é muito próximo do resultado calculado, mas não é o mais preciso. A análise detalhada do ciclo sugere um valor ligeiramente diferente.
- B-17: Este é o valor correto. A soma das entalpias das reações intermediárias, ajustadas para a estequiometria da reação alvo, resulta em aproximadamente -17 kJ/mol de FeO.
- C-50: Este valor é muito baixo. A reação de redução de FeO é uma reação de baixa energia, e -50 kJ/mol seria um valor excessivamente negativo para este contexto.
- D-64: Este valor é muito alto em magnitude negativa. Nenhuma combinação das equações fornecidas resulta em um valor tão grande para a reação de FeO com CO.
- E-100: Este valor é completamente incorreto. A magnitude é muito grande e não se alinha com os dados termoquímicos fornecidos para os óxidos de ferro.
Onde essa questão derruba a maioria
A pegadinha está na interpretação das equações termoquímicas. É fácil confundir os sinais ou a estequiometria ao tentar montar o ciclo. Por exemplo, se alguém somar as equações sem inverter corretamente, pode chegar a um valor negativo grande ou positivo, dependendo do erro de sinal. A chave é entender que a reação alvo é a diferença entre as outras duas, e que a unidade final deve ser por mol de FeO, não de CO2 ou Fe2O3.
O que estudar se você errou
Para revisar, é importante praticar a montagem de ciclos de Hess com diferentes tipos de reações. Verifique sempre se os termos que se cancelam estão do lado correto da equação e se a estequiometria está ajustada corretamente antes de somar os ∆rH. Além disso, revise a tabela periódica para confirmar as massas molares, embora nesta questão elas não sejam explicitamente necessárias, a compreensão da periodicidade ajuda a entender a magnitude das energias envolvidas.
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