Questão 109 — ENEM 2024 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → oxirredução (número de oxidação) aplicada a um processo industrial
• ⚡ Nível: Médio — exige cruzar as etapas do processo de fabricação do H₂SO₄ com a variação do nox do enxofre em cada uma delas
• 🎯 Tema/Habilidade: Identificação da etapa de oxidação em uma cadeia produtiva industrial (Processo de Contato) — competência de relacionar transformações químicas a processos tecnológicos
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre as etapas do fluxograma de produção do ácido sulfúrico, qual delas faz o enxofre atingir o nox +6, que é o seu valor máximo possível?"
• Palavras-chave decisivas: conversão química, enxofre (S), maior estado de oxidação
• Armadilha típica: confundir a primeira etapa (queima do enxofre, que já muda o nox de 0 para +4) com a etapa que leva ao nox máximo (+6); muitos candidatos param na primeira variação de nox que encontram e marcam a alternativa A por reflexo.
• O que a resposta precisa demonstrar: domínio de que "maior estado de oxidação" do enxofre é +6, e capacidade de localizar exatamente em qual etapa do processo esse valor é atingido — não basta identificar "uma" etapa em que o nox muda, é preciso a etapa certa.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Número de oxidação (nox): carga elétrica hipotética que um átomo assumiria se todas as ligações fossem consideradas iônicas. Serve para rastrear ganho e perda de elétrons ao longo de uma sequência de reações.
• Oxidação: processo em que um elemento perde elétrons e, consequentemente, tem seu nox aumentado (fica "mais positivo"). É sempre acompanhada, na mesma reação, por uma redução de outro elemento (aqui, o oxigênio, que vai de 0 para −2).
• Processo de Contato: rota industrial padrão para produção de H₂SO₄, composta essencialmente por três grandes etapas químicas: (I) combustão do enxofre, (II) oxidação catalítica do SO₂ a SO₃ e (III) conversão do SO₃ em H₂SO₄ (via oleum, na prática industrial, para evitar névoa ácida).
• Enxofre e seus estados de oxidação usuais: o enxofre é um elemento versátil, capaz de assumir nox de −2 (sulfetos, H₂S) até +6 (sulfatos, SO₃, H₂SO₄), passando por 0 (enxofre elementar, S₈) e +4 (SO₂, sulfitos). No contexto desta questão, o intervalo relevante é 0 → +4 → +6.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "esquema apresenta, de forma simplificada, as etapas de sua produção" → o enunciado deixa claro que a resposta depende de localizar uma etapa específica dentro de uma sequência, não de um conceito isolado; é preciso reconstruir mentalmente (ou ler no esquema fornecido) a ordem: queima → oxidação catalítica → absorção/diluição.
• Evidência 2: "conversão química do enxofre (S) para o seu maior estado de oxidação" → a palavra "maior" é o ponto crucial: existem duas transformações de nox ao longo do processo (0→+4 e +4→+6), e a questão pede a segunda, que leva ao valor máximo (+6), não a primeira.
• Síntese: juntando as duas evidências, o caminho de resolução é reconstruir as três reações-chave do Processo de Contato, atribuir o nox do enxofre em cada composto (S⁰ → S⁺⁴ → S⁺⁶) e apontar exatamente em qual etapa ocorre o salto até +6.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Reconstruir as reações do processo industrial

O fluxograma simplificado de produção do ácido sulfúrico (Processo de Contato) segue três grandes etapas químicas:

• Etapa I — Queima do enxofre:

S(s) + O₂(g) → SO₂(g)

• Etapa II — Oxidação catalítica do dióxido de enxofre (com catalisador V₂O₅, em condições de alta temperatura e pressão controlada):

2 SO₂(g) + O₂(g) → 2 SO₃(g)

• Etapa III — Absorção do SO₃ e formação do ácido:

SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq)

(industrialmente, o SO₃ costuma ser antes absorvido em H₂SO₄ concentrado, formando oleum, que depois é diluído — mas o efeito líquido sobre o nox do enxofre é o mesmo: nenhuma mudança de nox nessa etapa final.)

Subpasso 4.2 — Calcular o nox do enxofre em cada composto

• No S(s) elementar: nox do S = 0 (substância simples).
• No SO₂: o oxigênio tem nox −2; como a molécula é neutra, S + 2(−2) = 0 → nox do S = +4.
• No SO₃: novamente O = −2; S + 3(−2) = 0 → nox do S = +6.
• No H₂SO₄: H = +1, O = −2; 2(+1) + S + 4(−2) = 0 → 2 + S − 8 = 0 → nox do S = +6.

Logo, a sequência de nox do enxofre ao longo do processo é: 0 (Etapa I, entrada) → +4 (fim da Etapa I / entrada da Etapa II) → +6 (fim da Etapa II, mantido na Etapa III).

Subpasso 4.3 — Verificação

O maior estado de oxidação possível do enxofre nesse processo é +6, e ele é atingido exatamente na transformação SO₂ → SO₃, isto é, na etapa de oxidação do dióxido de enxofre (Etapa II). Nas etapas seguintes (absorção do SO₃ e diluição em água), o nox do enxofre permanece +6 — não há mais oxidação, apenas reações ácido-base/hidratação. Confirmado: a etapa procurada é a oxidação do SO₂, que corresponde à alternativa B.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Queima do enxofre.

❌ Incorreta: nessa etapa o nox do enxofre sai de 0 e vai para +4 (S → SO₂). É de fato uma oxidação, mas não leva ao maior estado de oxidação possível — o enxofre ainda "tem pela frente" mais dois elétrons a perder até chegar a +6. Marcar essa alternativa é o erro mais comum de quem para na primeira mudança de nox que encontra, sem continuar rastreando o processo.

B) Oxidação do dióxido de enxofre.

✅ Correta: é nesta etapa (2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃) que o nox do enxofre sobe de +4 para +6, seu valor máximo. O oxigênio adicional (O₂) oxida o enxofre presente no SO₂, e essa reação — realizada industrialmente com catalisador de V₂O₅ — é justamente a etapa que dá nome ao "Processo de Contato".

C) Absorção do trióxido de enxofre.

❌ Incorreta: nessa etapa o SO₃ é capturado (tipicamente em H₂SO₄ concentrado, formando oleum) para depois ser diluído. O enxofre já está em +6 desde a etapa anterior e permanece em +6 aqui — não há transferência de elétrons, portanto não é uma etapa de oxidação.

D) Diluição em água.

❌ Incorreta: essa etapa converte o oleum (ou o SO₃ absorvido) em H₂SO₄ aquoso por reação com água. É uma reação de hidratação/ácido-base, sem qualquer alteração do nox do enxofre, que continua +6 antes e depois.

E) Filtragem do gás.

❌ Incorreta: trata-se de uma etapa puramente física, de purificação da corrente gasosa (remoção de impurezas e particulados antes da conversão catalítica). Não envolve nenhuma reação química e, portanto, não altera o nox de nenhum elemento.

🏆 Gabarito: B — a oxidação do dióxido de enxofre (SO₂ → SO₃) é a única etapa do processo em que o enxofre atinge seu maior estado de oxidação, +6.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre todas as etapas do Processo de Contato, apenas a transformação SO₂ → SO₃ envolve ganho adicional de nox pelo enxofre, elevando-o ao seu teto de +6; todas as demais etapas ou já ocorreram antes (queima, nox 0→+4) ou não envolvem transferência de elétrons (absorção, diluição, filtragem).
• Padrão de cobrança: o ENEM gosta de testar oxirredução "escondida" dentro de fluxogramas de processos industriais (produção de ácido sulfúrico, nítrico, amônia, ferro-gusa etc.), pedindo que o estudante calcule nox em cada etapa e não apenas decore fórmulas.
• Generalização: sempre que uma questão pedir a etapa de "maior" ou "menor" estado de oxidação dentro de um processo com várias reações, calcule o nox do elemento-alvo em CADA composto do fluxograma e compare todos os valores — não pare na primeira variação encontrada.
• Dica de eliminação rápida: etapas com nomes de operações físicas (filtragem, diluição, absorção, resfriamento) quase nunca envolvem oxirredução — elimine-as de cara; sobrando etapas que descrevem reações com O₂, catalisador ou combustão, calcule o nox e compare.
• Conexões: catalisador V₂O₅ no Processo de Contato; regras de cálculo de nox em compostos neutros; produção industrial de ácido nítrico (outro clássico de oxirredução em cadeia industrial).