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Questão 77 do ENEM 2013

1º dia · Ciências da Natureza · H26 · Química: Cálculo estequiométrico

A produção de aço envolve o aquecimento do minério de ferro, junto com carvão (carbono) e ar atmosférico em uma série de reações de oxirredução. O produto é chamado de ferro-gusa e contém cerca de 3{,}3\% de carbono. Uma forma de eliminar o excesso de carbono é a oxidação a partir do aquecimento do ferro-gusa com gás oxigênio puro. Os dois principais produtos formados são aço doce (liga de ferro com teor de 0{,}3\% de carbono restante) e gás carbônico. As massas molares aproximadas dos elementos carbono e oxigênio são, respectivamente, 12\ \text{g/mol} e 16\ \text{g/mol}.

LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. São Paulo: Edgard Blucher, 1999 (adaptado).

Considerando que um forno foi alimentado com 2{,}5 toneladas de ferro-gusa, a massa de gás carbônico formada, em quilogramas, na produção de aço doce, é mais próxima de

  1. A
    28.
  2. B
    75.
  3. C
    175.
  4. D
    275.
  5. E
    303.
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Resolução comentada

O ferro-gusa tem 3{,}3\% de carbono e o aço doce deve ficar com 0{,}3\%. O carbono que sai do metal é o que vira \ce{CO2} ao reagir com o oxigênio.

  1. Massa de gusa: 2{,}5\ \text{t} = 2500\ \text{kg}.
  2. Carbono inicial: 0{,}033 \times 2500 = 82{,}5\ \text{kg}.
  3. Massa de ferro (sem carbono): 2500 - 82{,}5 = 2417{,}5\ \text{kg}.
  4. No aço doce, o carbono é 0{,}3\% da massa total. Como o ferro é 99{,}7\%, a massa do aço é 2417{,}5/0{,}997 \approx 2425\ \text{kg}, e o carbono restante é 0{,}003 \times 2425 \approx 7{,}3\ \text{kg}.
  5. Carbono oxidado: 82{,}5 - 7{,}3 \approx 75\ \text{kg}.

A reação é \ce{C + O2 -> CO2}. A proporção é 1 mol de C (12 g) para 1 mol de \ce{CO2} (44 g).

  1. Massa de \ce{CO2}: \dfrac{44}{12} \times 75 \approx 275\ \text{kg}.

Portanto, cerca de 275\ \text{kg} de gás carbônico.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa E engana quem oxida todo o carbono do gusa, ignorando que 0{,}3\% permanece no aço; a B engana quem para na massa de carbono.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa apenas 3% de carbono e ignora a relação 44/12, ou erra a conta de porcentagem.
  • BCalcula a massa de carbono oxidado (cerca de 75 kg), mas esquece de converter para massa de CO2.
  • CValor sem base estequiométrica clara, não corresponde à conversão correta do carbono removido.
  • EConverte todo o carbono do gusa (82,5 kg) em CO2 (≈ 303 kg), esquecendo os 0,3% que permanecem no aço.

Assunto: Cálculo estequiométrico.

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