Questão 100 — ENEM 2017 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Reações de Oxirredução (número de oxidação, agente redutor/oxidante) aplicadas à metalurgia extrativa do ferro
• ⚡ Nível: Médio — exige rastrear o nox do carbono e do ferro em três equações simultâneas, sem cair na armadilha de confundir o coque com o verdadeiro agente redutor
• 🎯 Tema/Habilidade: Identificação do agente redutor em uma sequência de reações redox industriais (produção do ferro-gusa no alto-forno)
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Dentre as espécies presentes nas equações do alto-forno, qual delas se oxida enquanto reduz os óxidos de ferro, atuando como agente redutor do metal?"
• Palavras-chave decisivas: processo de redução do metal, agente redutor, CO / CO2
• Armadilha típica: apontar o carbono sólido (C, coque) como resposta, por ser o combustível "óbvio" do alto-forno — sem perceber que, nas equações fornecidas, o carbono sólido nunca reage diretamente com Fe2O3, Fe3O4 ou FeO.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de comparar o nox de um mesmo elemento antes e depois em cada equação e apontar exatamente a espécie que se oxida ao reagir com os óxidos de ferro.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Agente redutor: espécie que perde elétrons (se oxida) e, ao fazer isso, provoca a redução de outra espécie; seu nox aumenta ao longo da reação.
• Agente oxidante: espécie que ganha elétrons (se reduz), fazendo outra espécie se oxidar; seu nox diminui.
• Nox do ferro na cadeia de reações: Fe2O3 (Fe = +3) → Fe3O4 (valência mista, nox médio +8/3) → FeO (Fe = +2) → Fe metálico (Fe = 0) — uma sequência de reduções sucessivas.
• Nox do carbono no CO e no CO2: no CO, o carbono tem nox +2; no CO2, tem nox +4. A transformação CO → CO2 é, portanto, uma oxidação do carbono.
• Papel metalúrgico do coque (C): na siderurgia, o carbono sólido funciona sobretudo como combustível e como fonte regeneradora do gás redutor (CO), e não como redutor direto do minério nesse esquema de reações.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2" / "Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2" / "FeO + CO → Fe + CO2" → nas três únicas reações em que um composto de ferro é convertido em outro de nox menor (isto é, nas três reações de redução do ferro), o reagente que acompanha o óxido de ferro é sempre o CO, e o produto gasoso liberado é sempre CO2.
• Evidência 2: "C + CO2 → 2 CO" e "2 C + O2 → 2 CO" → o carbono sólido só aparece em reações que regeneram CO a partir de CO2 e O2; ele nunca toca diretamente em Fe2O3, Fe3O4 ou FeO nesse conjunto de equações.
• Síntese: como a pergunta trata do "processo de redução desse metal" — ou seja, das reações em que o ferro efetivamente passa de óxido a metal —, a espécie que participa diretamente dessas reações, se oxida (C: +2 → +4) e provoca a redução do ferro é o monóxido de carbono, CO.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Mapear o nox do ferro ao longo do processo

No alto-forno, o ferro percorre a sequência: Fe2O3 (nox do Fe = +3) → Fe3O4 (valência mista, nox médio = +8/3) → FeO (nox do Fe = +2) → Fe metálico (nox = 0). Em cada uma dessas três etapas, o nox do ferro diminui, ou seja, o ferro está sendo reduzido (ganhando elétrons) em todas elas. É exatamente esse conjunto de três reações que a questão chama de "processo de redução desse metal".

Subpasso 4.2 — Identificar quem se oxida em cada etapa de redução do ferro

Observando os reagentes gasosos dessas três equações:

• 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
• Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2
• FeO + CO → Fe + CO2

Em todas elas, o CO (nox do C = +2) se transforma em CO2 (nox do C = +4). O carbono do monóxido perde 2 elétrons (+2 → +4): ele se oxida. Como o CO se oxida exatamente nas mesmas reações em que o ferro se reduz, o CO é o agente redutor do ferro — é ele quem "empresta" elétrons que reduzem os íons de ferro até Fe⁰.

Subpasso 4.3 — Verificação: por que o carbono sólido (C) não é a resposta

O carbono sólido aparece em apenas duas reações do texto:

• C + CO2 → 2 CO (entre 700 °C e 1 200 °C)
• 2 C + O2 → 2 CO (entre 1 200 °C e 2 000 °C)

Em nenhuma delas o C reage com Fe2O3, Fe3O4 ou FeO — ele reage com CO2 e O2, regenerando o CO que será, de fato, consumido na redução do minério. O carbono é, portanto, a fonte primária do poder redutor do sistema (sem ele não haveria CO), mas quem executa fisicamente a redução do ferro — quem se combina com o óxido e se oxida no ato — é o CO. Confrontando essa conclusão com as alternativas, o resultado aponta diretamente para a letra B.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) C.

❌ Incorreta: o carbono sólido (coque) é o combustível do alto-forno e a fonte que regenera o CO (via C + CO2 → 2 CO e 2 C + O2 → 2 CO), mas, nas equações fornecidas, ele nunca reage diretamente com Fe2O3, Fe3O4 ou FeO. Quem participa fisicamente da redução do minério é o CO, não o C.

B) CO.

✅ Correta: o monóxido de carbono é o único reagente presente nas três equações que reduzem o ferro (Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe). Nelas, o nox do carbono no CO sobe de +2 para +4 (formando CO2), evidenciando que o CO se oxida enquanto o ferro se reduz — a definição exata de agente redutor.

C) CO2.

❌ Incorreta: o CO2 é o produto formado quando o CO se oxida; ele contém o carbono já no maior nox do sistema (+4), sendo o "resíduo" da redução, e não quem a promove. Aliás, na reação C + CO2 → 2 CO, é o próprio CO2 que se reduz (C: +4 → +2), comportando-se como oxidante do carbono sólido — papel oposto ao de agente redutor do ferro.

D) CaO.

❌ Incorreta: o óxido de cálcio é formado pela decomposição térmica do calcário (CaCO3 → CaO + CO2) e serve para formar a escória (CaSiO3), removendo impurezas de sílica do minério. Não participa de nenhuma reação de oxirredução com o ferro; sua função é de fundente, não de agente redutor.

E) CaCO3.

❌ Incorreta: o carbonato de cálcio (calcário) sofre apenas uma decomposição térmica (reação de análise, sem transferência de elétrons) para gerar CaO e CO2. Não há variação de nox em nenhum átomo dessa reação, logo o CaCO3 não é agente redutor de nada no processo.

🏆 Gabarito: B — o CO é o único reagente comum às três equações em que o ferro é efetivamente reduzido (Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe), oxidando-se a CO2 em cada uma delas: a marca registrada do agente redutor.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só o CO aparece como reagente em todas as reações que reduzem compostos de ferro a ferro metálico; o carbono sólido apenas repõe esse CO, sem tocar diretamente no minério.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora usar processos industriais reais (siderurgia, produção de amônia, obtenção de alumínio) como pretexto para testar oxirredução, quase sempre pedindo para identificar oxidante/redutor a partir de uma sequência de equações — e quase sempre com uma "pegadinha" opondo a substância mais famosa (aqui, o carbono) à espécie que de fato reage.
• Generalização: para achar o agente redutor em qualquer sequência de reações, compare o nox de um mesmo elemento antes e depois em CADA equação; a espécie cujo nox aumenta é sempre o agente redutor daquela etapa — não confie na "fama" da substância (combustível, matéria-prima), confie na variação de nox.
• Dica de eliminação rápida: primeiro descarte quem não muda de nox em nenhuma reação do texto (CaO e CaCO3, que só participam de decomposição térmica sem redox) — isso já elimina D e E em segundos; depois compare C e CO: só o segundo aparece "colado" ao ferro nas três equações-chave de redução.
• Conexões: o mesmo raciocínio se aplica à redução de outros minérios metálicos (por exemplo, obtenção de cobre) e a questões sobre efeito estufa/combustão incompleta, que usam o par CO/CO2 como subproduto de processos industriais.