Questão 124 do Enem 2017: a entalpia da redução do FeO pela lei de Hess

Enem 2017 · 2º dia · caderno azul · Química · Físico-química

Nos outros cadernos: amarelo 116 · cinza 112 · rosa 110

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B −17.

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:

$\text{FeO}(s) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{Fe}(s) + \text{CO}_2(g)$

Considere as seguintes equações termoquímicas:

$\text{Fe}_2\text{O}_3(s) + 3\ \text{CO}(g) \rightarrow 2\ \text{Fe}(s) + 3\ \text{CO}_2(g) \qquad \Delta_r H^\circ = -25\ \text{kJ/mol de Fe}_2\text{O}_3$

$3\ \text{FeO}(s) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + \text{CO}(g) \qquad \Delta_r H^\circ = -36\ \text{kJ/mol de CO}_2$

$2\ \text{Fe}_3\text{O}_4(s) + \text{CO}_2(g) \rightarrow 3\ \text{Fe}_2\text{O}_3(s) + \text{CO}(g) \qquad \Delta_r H^\circ = +47\ \text{kJ/mol de CO}_2$

O valor mais próximo de Δ_rH°, em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso) é

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Resolução comentada

O que a questão pede

O ΔH da reação FeO + CO → Fe + CO₂, por mol de FeO, usando a lei de Hess.

Escolhendo os multiplicadores

Precisamos de FeO como reagente e Fe como produto, eliminando Fe₃O₄ e Fe₂O₃.

Equação 2 × 2: 6 FeO + 2 CO₂ → 2 Fe₃O₄ + 2 CO, ΔH = −72 kJ
Equação 3 × 1: 2 Fe₃O₄ + CO₂ → 3 Fe₂O₃ + CO, ΔH = +47 kJ
Equação 1 × 3: 3 Fe₂O₃ + 9 CO → 6 Fe + 9 CO₂, ΔH = −75 kJ

Somando

O Fe₃O₄ e o Fe₂O₃ se cancelam. Do CO e do CO₂ sobram 6 CO à esquerda e 6 CO₂ à direita:

6\ \text{FeO} + 6\ \text{CO} \rightarrow 6\ \text{Fe} + 6\ \text{CO}_2 \qquad \Delta H = -72 + 47 - 75 = -100\ \text{kJ}

Por mol de FeO

\Delta H = \frac{-100}{6} \approx -17\ \text{kJ/mol}

Alternativa B.

B Gabarito: alternativa B

Por que as outras alternativas estão erradas

A
Foi a mais marcada. −14 não sai de nenhuma combinação correta das equações dadas. (25,3% marcaram)
C
−50 seria dividir os −100 kJ por 2, mas a soma das equações tem 6 mol de FeO, não 2. (19,4% marcaram)
D
−64 é −25 − 36 − ... somando as equações sem os fatores 2 e 3 necessários para cancelar os óxidos. (22,1% marcaram)
E
−100 kJ é a variação para 6 mol de FeO. A questão pede por mol: falta dividir por 6. (9% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 4.435.081 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIDifícilParâmetro B: 712 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 11ª mais difícil de 45 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram23,8%dos candidatos marcaram a B

Habilidade 26 · Competência 7Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.

Como os candidatos responderam

A25,3% mais marcada
B23,8% ✓ gabarito
C19,4%
D22,1%
E9%

Em branco: 0,3% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50022,9%
500 a 60024,2%
600 a 70024,6%
700 ou mais47,5%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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