A hematita (a-Fe2O3), além de ser utilizada para obtenção do aço, também é utilizada como um catalisador de processos químicos, como na síntese da amônia, importante matéria-prima da indústria agroquímica.
MEDEIROS, M. A. F. Química Nova na Escola, São Paulo, v. 32, n. 3, ago. 2010 (adaptado).
O uso da hematita viabiliza economicamente a produção da amônia, porque
A) diminui a rapidez da reação.
B) diminui a energia de ativação da reação.
C) aumenta a variação da entalpia da reação.
D) aumenta a quantidade de produtos formados.
E) aumenta o tempo do processamento da reação.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
– Química (Cinética Química)
– Química (Catálise e energia de ativação)
🎯 Tema/Objetivo Geral:
Função dos catalisadores em reações químicas e seus efeitos na velocidade e viabilidade econômica do processo.
🎯 Nível da Questão:
Fácil. A questão cobra um conceito fundamental de catálise, muito presente nos estudos de cinética química e frequentemente abordado no ensino médio. É essencial apenas lembrar da função de um catalisador.
✅ Gabarito:
Letra B.
Correta porque o catalisador diminui a energia de ativação da reação, oferecendo um caminho alternativo mais rápido, o que acelera o processo sem alterar o rendimento final.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial 📌
“O uso da hematita viabiliza economicamente a produção da amônia, porque…”
1.2 O que está sendo pedido? 📌
Explicar por que o uso da hematita (catalisador) torna a produção de amônia mais viável economicamente.
1.3 Objetivo Cristalino 📌
Identificar o papel do catalisador e o efeito que ele causa na energia da reação química.
1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você lembra o que o catalisador faz com a energia de ativação e com a velocidade da reação?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos 📌
Catalisador:
– Substância que aumenta a velocidade da reação química, sem ser consumida no processo.
– Atua criando um caminho alternativo com menor energia de ativação.
Energia de ativação (Ea):
– É a barreira energética que os reagentes precisam vencer para se transformarem em produtos.
– Quanto menor essa energia, mais rápida é a reação.
Importância econômica do catalisador:
– Ao acelerar a reação, ele aumenta a produtividade, reduz o tempo de produção e economiza energia.
– Isso viabiliza processos industriais, como a síntese da amônia (processo de Haber-Bosch).
Equilíbrio químico e catalisadores:
– Não alteram a quantidade de produtos finais, apenas alcançam o equilíbrio mais rapidamente.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada 📌
A hematita (óxido de ferro) é usada como catalisador na produção de amônia. Isso significa que ela acelera a reação, mas não muda o resultado final. O enunciado quer saber por que isso é economicamente vantajoso.
3.2 Estratégia Geral 📌
→ Lembrar o efeito do catalisador: menor energia de ativação
→ Relacionar com maior velocidade da reação
→ Concluir que isso reduz custos e aumenta a eficiência
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado 📌
1. A reação da amônia (síntese de Haber-Bosch):
- N2+3H2→2NH3
2. Desafio dessa reação:
– Envolve moléculas estáveis (como N2), que são difíceis de quebrar.
– Reação lenta sem catalisador → alto custo.
3. Com a hematita (catalisador):
– Cria caminho alternativo com menor energia de ativação (Ea)
– A reação ocorre mais rapidamente
4. Conclusão:
– Maior velocidade → menos tempo de reação → menos energia gasta
– Logo, o processo se torna economicamente viável
4.2 Verificação Intermediária 📌
A função do catalisador foi cumprida: reduziu Ea, acelerou a reação, sem alterar os produtos.
4.3 Possível armadilha ❓/ ✔
Você pode ter pensado que catalisador aumenta a quantidade de produtos ou muda a entalpia da reação.
⚠️ Cuidado! Catalisador não interfere no rendimento final, apenas na velocidade com que ele é atingido.
4.4 Fechamento e Expectativa
A alternativa correta precisa mencionar redução da energia de ativação, sem falar em aumento de produtos ou entalpia.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) Diminui a rapidez da reação.
B) Diminui a energia de ativação da reação.
C) Aumenta a variação da entalpia da reação.
D) Aumenta a quantidade de produtos formados.
E) Aumenta o tempo do processamento da reação.
5.2 Justificativa Individual
🔴 A)
Errada. O catalisador aumenta, e não diminui, a rapidez da reação.
🟢 B)
Correta. O catalisador diminui a energia de ativação, acelerando a reação.
🔴 C)
Errada. A entalpia não é alterada por um catalisador. Ela depende apenas dos estados iniciais e finais da reação.
🔴 D)
Errada. A quantidade de produtos depende do equilíbrio químico, que não é modificado pela presença do catalisador.
🔴 E)
Errada. O tempo diminui, pois a reação ocorre mais rápido com catalisador.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio 📌
O catalisador reduz a energia de ativação, permitindo que a reação ocorra mais rapidamente, o que reduz o custo e tempo de produção.
6.2 Gabarito Reafirmado 📌
✅ Alternativa correta: Letra B – Diminui a energia de ativação da reação.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
(⚡) Catalisador = menor energia de ativação = reação mais rápida.
