Questão Q07 da 2ª fase da FUVEST 2009
O titânio pode ser encontrado no mineral ilmenita, \ce{FeTiO3}. O metal ferro e o óxido de titânio (IV) sólido podem ser obtidos desse mineral, a partir de sua reação com monóxido de carbono. Tal reação forma, além dos produtos indicados, um composto gasoso.
a) Escreva a equação química balanceada da reação da ilmenita com monóxido de carbono, formando os três produtos citados.
b) Um outro método de processamento do mineral consiste em fazer a ilmenita reagir com cloro e carvão, simultaneamente, produzindo cloreto de titânio (IV), cloreto de ferro (III) e monóxido de carbono. Considere que, na ilmenita, o estado de oxidação do ferro é +2. Preencha a tabela da folha de respostas, indicando, para a reação descrita neste item, todos os elementos que sofrem oxidação ou redução e também a correspondente variação do número de oxidação.
c) Que massa de ferro pode ser obtida, no máximo, a partir de 1{,}0 \times 10^3\text{ mols} de ilmenita? Mostre os cálculos.
Dados: massas molares (g/mol)
O ...... 16
Ti ...... 48
Fe ..... 56
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Resolução comentada
a) O ferro da ilmenita passa a \ce{Fe} metálico e o titânio fica como \ce{TiO2}. O composto gasoso extra é o \ce{CO2}, que vem da oxidação do \ce{CO} (o carbono vai de +2 para +4). Na ilmenita, o ferro é +2 e o titânio é +4 (pois +2+4-6=0). O ferro vai de +2 para 0 e o carbono de +2 para +4, então 1 \ce{CO} para 1 \ce{FeTiO3} já equilibra os elétrons. Conferindo os oxigênios: à esquerda 3+1=4; à direita 2+2=4.
Equação: \ce{FeTiO3 + CO -> Fe + TiO2 + CO2}
b) A reação é \ce{FeTiO3 + Cl2 + C -> TiCl4 + FeCl3 + CO}. Compare os números de oxidação (NOX) de cada elemento antes e depois:
- Ferro: de +2 (na ilmenita) para +3 (no \ce{FeCl3}). Sofre oxidação, com variação de +1.
- Titânio: continua +4 (em \ce{FeTiO3} e em \ce{TiCl4}). Não varia.
- Oxigênio: continua -2. Não varia.
- Cloro: de 0 (no \ce{Cl2}) para -1 (nos cloretos). Sofre redução, com variação de -1 por átomo.
- Carbono: de 0 (no carvão) para +2 (no \ce{CO}). Sofre oxidação, com variação de +2.
Equação balanceada, para conferir: 2\,\ce{FeTiO3} + 7\,\ce{Cl2} + 6\,\ce{C} -> 2\,\ce{TiCl4} + 2\,\ce{FeCl3} + 6\,\ce{CO}.
| Elemento | Processo | NOX inicial → final | Variação |
|---|---|---|---|
| Fe | oxidação | +2 \to +3 | +1 |
| C | oxidação | 0 \to +2 | +2 |
| Cl | redução | 0 \to -1 | -1 |
Fe e C oxidam (variações +1 e +2); Cl reduz (variação -1).
c) Pela equação do item a, 1 mol de \ce{FeTiO3} produz 1 mol de \ce{Fe}. Assim, 1{,}0\times10^3 mol de ilmenita dão, no máximo, 1{,}0\times10^3 mol de ferro.
m = 5{,}6\times10^4\ \text{g} (56 kg) de ferro.
Assuntos: reações de oxirredução, balanceamento de equações, estequiometria.
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