Questão 103 do ENEM 2024 — Química
O titânio é encontrado na natureza em minerais, dos quais o rutilo (TiO2) está presente na principal mina do Brasil, localizada no Rio Grande do Norte. Para obtenção do titânio metálico, o TiO2 é submetido a duas operações industriais. A primeira consiste na cloração, produzindo tetracloreto de titânio, conforme a equação:
TiO2 + 2 Cl2 + 2 CO → ← TiCI4 + 2 CO2
A segunda operação consiste na redução do tetracloreto de titânio, utilizando magnésio metálico:
2 Mg + TiCl4 → ← 2 MgCl2 + Ti
Considere as massas molares:
Cl = 35,5 g
; Ti = 48 g
.
mol
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Qual a massa de gás cloro necessária para produzir 480 kg de titânio metálico?
Resolução comentada
A questão pede a massa de gás cloro (Cl₂) necessária para produzir 480 kg de titânio. É um problema de estequiometria com duas etapas encadeadas, em que o produto da primeira reação é o reagente da segunda.
Os coeficientes das equações dão as proporções em mols. Na cloração: 1 TiO₂ + 2 Cl₂ + 2 CO → 1 TiCl₄ + 2 CO₂. Na redução: 2 Mg + 1 TiCl₄ → 2 MgCl₂ + 1 Ti. Veja que 1 mol de TiCl₄ forma 1 mol de Ti, e 1 mol de TiCl₄ consome 2 mols de Cl₂. Assim, 1 mol de Ti exige 2 mols de Cl₂.
Os números:
Quantidade de Ti: 480 kg = 480 000 g; n = 480 000/48 = 10 000 mol.
Mols de TiCl₄ necessários: 10 000 mol (proporção 1 : 1).
Mols de Cl₂: 2 · 10 000 = 20 000 mol.
Massa molar do Cl₂ = 2 · 35,5 = 71 g/mol.
Massa de Cl₂ = 20 000 · 71 = 1 420 000 g = 1 420 kg.
A resposta é 1 420 kg. Quem esquece que o Cl₂ tem dois átomos usa 35,5 g/mol e chega a 710 kg; quem ignora o coeficiente 2 do Cl₂ também chega a 710 kg. Os valores de 179 kg e 359 kg vêm de erros de proporção, e 480 kg é só a massa do titânio, que não tem relação direta com a massa de cloro.