Questão 117 do ENEM 2025 — Química
O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio (massa molar = 93 g mol−1), metal utilizado na fabricação de vários tipos de aço: automotivos, estruturais e inoxidáveis. O processo utilizado na produção do nióbio é a redução aluminotérmica de Nb2O5 com excesso de 10% de Al (massa molar = 27 g mol−1), em relação à quantidade estequiométrica da reação, representada pela equação química:
3 Nb2O5 (s) + 10 Al (s) → 6 Nb (s) + 5 Al2O3 (s)
Uma engenheira metalúrgica estimou a massa de alumínio necessária para produzir 9,3 kg de nióbio, nas condições descritas, para a produção de um lote de peças de aço encomendado por uma indústria, considerando um rendimento de 100%.
Disponível em: www.cbmm.com.br. Acesso em: 17 out. 2015 (adaptado).
A massa de alumínio, em quilograma, estimada pela engenheira é mais próxima de
Resolução comentada
A questão cobra estequiometria com excesso de reagente. A equação é 3 Nb2O5 + 10 Al → 6 Nb + 5 Al2O3. Os dados são: massa de nióbio a obter (9,3 kg), massas molares (Nb = 93 g/mol e Al = 27 g/mol), rendimento de 100% e uso de 10% de alumínio em excesso em relação à quantidade estequiométrica.
Primeiro, converta a massa de nióbio em quantidade de matéria: 9,3 kg = 9.300 g, e n(Nb) = 9.300 / 93 = 100 mol. Pela proporção da equação, 6 mol de Nb exigem 10 mol de Al; logo, n(Al) = 100 × 10 / 6 ≈ 166,7 mol. A massa estequiométrica de alumínio é 166,7 × 27 = 4.500 g = 4,5 kg. Como se usa 10% a mais, a massa real é 4,5 × 1,10 = 4,95 kg, valor mais próximo de 5,0 kg.
Veja de onde vêm os erros. Parar em 4,5 kg é esquecer o excesso de 10%. Chegar a 2,7 kg decorre de usar a proporção 1:1 (100 mol de Al, 2,7 kg), ignorando os coeficientes 10 e 6, e somando o excesso a esse erro obtém-se 3,0 kg. O valor de 4,1 kg vem de dividir 4,5 kg por 1,10 em vez de multiplicar. Lembre-se: excesso significa acrescentar, e o fator multiplicador correto é 1,10.