Em uma usina siderúrgica, o óxido de ferro(III) presente no minério é reduzido por carbono em um forno. Para…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma usina siderúrgica, o óxido de ferro(III) presente no minério é reduzido por carbono em um forno. Para uma estimativa ideal, considera-se a reação simplificada e balanceada: Fe2O3 + 3 C ? 2 Fe + 3 CO. Em um teste, são colocados no forno 160,0 g de Fe2O3 e 50,0 g de C. As massas molares são: Fe2O3 = 159,69 g·mol?¹, C = 12,01 g·mol?¹ e Fe = 55,85 g·mol?¹. Considerando que a reação ocorre completamente e que os produtos se formam conforme a equação apresentada, qual é a massa aproximada de ferro produzida nesse teste?
- A) Aproximadamente 160,0 g de Fe.
- B) Aproximadamente 224,0 g de Fe.
- C) Aproximadamente 56,0 g de Fe.
- D) Aproximadamente 155,0 g de Fe.
- E) Aproximadamente 112,0 g de Fe.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Calcule a quantidade de matéria de Fe2O3: 160,0 g / 159,69 g/mol = aproximadamente 1,002 mol.
- Calcule a quantidade de matéria de C: 50,0 g / 12,01 g/mol = aproximadamente 4,163 mol.
- Identifique o reagente limitante pela equação Fe2O3 + 3 C -> 2 Fe + 3 CO. Cada 1 mol de Fe2O3 exige 3 mol de C, ou seja, 1,002 mol de Fe2O3 exigiriam cerca de 3,006 mol de C. Como há 4,163 mol de C disponíveis, o C está em excesso e o Fe2O3 é o reagente limitante.
- Calcule o ferro formado a partir do Fe2O3. Pela proporção 1 mol de Fe2O3 para 2 mol de Fe, obtemos 2 x 1,002 = aproximadamente 2,004 mol de Fe.
- Converta para massa: 2,004 mol x 55,85 g/mol = aproximadamente 111,9 g, ou seja, cerca de 112 g de Fe. Logo, a alternativa E está correta, de acordo com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas: A) confunde a massa do reagente com a massa do produto; B) usa 4 mol de Fe, dobrando indevidamente a quantidade de matéria; C) usa apenas 1 mol de Fe, ignorando o coeficiente 2 do ferro na equação; D) usa o carbono como reagente limitante, o que não ocorre neste teste.
💡 Dica: Calcule a quantidade de mols de Fe2O3 e C e determine o reagente limitante.
Alternativa por alternativa
Supõe que a massa de ferro formada é igual à massa de óxido de ferro(III) colocada no forno, como se o óxido fosse transformado em ferro sem alteração de massa molar.
Por que engana: O aluno pode confundir a quantidade de reagentes e calcular a massa de ferro com base em um dos reagentes apenas, sem considerar a relação estequiométrica correta.
Calcula cerca de 4 mol de Fe, provavelmente dobrando a quantidade de Fe2O3 (tratando 160 g como 2 mol) ou aplicando duas vezes o coeficiente 2 do ferro.
Considera 1 mol de Fe para 1 mol de Fe2O3, ignorando o coeficiente 2 do ferro na equação balanceada.
Identifica o carbono como reagente limitante e calcula o ferro a partir dos 4,163 mol de C com a razão 2/3, o que não corresponde à situação real, pois o Fe2O3 é quem se esgota primeiro.
A quantidade de Fe2O3 é 160,0 ÷ 159,69 ≈ 1,00 mol, enquanto a quantidade de C é 50,0 ÷ 12,01 ≈ 4,16 mol. Para reagir com 1,00 mol de Fe2O3, são necessários 3,00 mol de C; portanto, o Fe2O3 é o reagente limitante. Pela equação, 1 mol de Fe2O3 produz 2 mol de Fe. Assim, a massa de ferro é aproximadamente 2 × 55,85 = 111,7 g, ou cerca de 112,0 g.
Raio-X da questão
redução de minério
avaliacao
cálculo estequiométrico · massa molar
Revisar cálculos estequiométricos e reações químicas.
O aluno pode confundir a quantidade de reagentes e calcular a massa de ferro com base em um dos reagentes apenas, sem considerar a relação estequiométrica correta.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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