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 g/mol e 16 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
A) 28.
B) 75.
C) 175.
D) 275.
E) 303.
Resolução em Texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Química (Reações químicas e estequiometria)
- Regra de três
- Porcentagem
📔 Nível da Questão:
- Intermediário — envolve cálculos em massa com transformação química e análise de pureza.
✅ Gabarito:
- D
🎯 Tema/Objetivo Geral:
- Química Geral – Cálculo estequiométrico e porcentagem em massa
🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Comando Essencial
“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:”
❓ O que está sendo pedido?
A massa de gás carbônico (CO₂) formada durante a conversão de ferro-gusa em aço doce.
🎯 Objetivo Cristalino
Determinar a massa de CO₂ liberada, a partir da diferença no teor de carbono entre o ferro-gusa e o aço doce.
💬 Armadilha Comum
“Devo usar a diferença de porcentagem de carbono direto ou converter tudo por estequiometria desde o início?”
→ Primeiro encontramos a diferença de carbono, depois convertemos essa massa em CO₂ via estequiometria.
✔ Pergunta de Atenção
Se parte do carbono do ferro-gusa é eliminada durante a purificação, em que forma ele sai do sistema?
🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
🧪 Etapas principais:
- Calcular massa de carbono no ferro-gusa (3,3% de 2,5 t).
- Calcular massa de carbono remanescente no aço doce (0,3% de 2,5 t).
- A diferença entre as duas massas é o carbono que foi oxidado e transformado em CO₂.
- Usar reação química balanceada para converter massa de C em massa de CO₂.
🔁 Reação de oxidação envolvida:
- C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g)
1 mol de carbono (12 g/mol) forma 1 mol de dióxido de carbono (44 g/mol).
🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação de Texto
- Ferro-gusa: 3,3% de carbono → perda parcial do carbono.
- Aço doce: 0,3% de carbono → parte do C permanece.
- A diferença se transforma em CO₂.
🔷 Passo 4: Desenvolvimento do raciocínio e cálculos
🔹 Etapa 1: massa de carbono no ferro-gusa
- massa_ferro_gusa = 2,5 t = 2500 kg
- carbono_fg = 3,3% de 2500 = (3,3 / 100) × 2500 = 82,5 kg
🔹 Etapa 2: massa de carbono no aço doce
- carbono_aço = 0,3% de 2500 = (0,3 / 100) × 2500 = 7,5 kg
🔹 Etapa 3: massa de carbono que foi oxidada
- carbono_oxidado = 82,5 kg – 7,5 kg = 75 kg
🔹 Etapa 4: regra de três com estequiometria
A reação nos mostra:
- 12 g de C → 44 g de CO₂
Agora montamos a proporção:
- 12 g C → 44 g CO₂
- 75000 g C → x g CO₂
- x = (44 × 75000) / 12 = 275000 g = 275 kg
🔷 Passo 5: Análise das Alternativas
A) 28 kg → muito abaixo.
B) 75 kg → corresponde ao C oxidado, não ao CO₂ formado.
C) 175 kg → insuficiente.
D) ✔ 275 kg → corresponde à massa correta de CO₂.
E) 303 kg → acima do valor real.
🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Durante o processo de conversão de 2,5 toneladas de ferro-gusa em aço doce, aproximadamente 75 kg de carbono são oxidados. Isso resulta na formação de cerca de 275 kg de dióxido de carbono (CO₂).
✅ Alternativa correta: D
