O ferro metálico é obtido em altos-fornos pela mistura do minério…

O ferro metálico é obtido em altos-fornos pela mistura do minério hematita ($\alpha\text{-Fe}_2\text{O}_3$) contendo impurezas, coque ($\text{C}$) e calcário ($\text{CaCO}_3$), sendo estes mantidos sob um fluxo de ar quente que leva à queima do coque, com a temperatura no alto-forno chegando próximo a 2 000 °C. As etapas caracterizam o processo em função da temperatura. Entre 200 ºC e 700 ºC:

$$3 \, \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \to 2 \, \text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO}_2$$ $$\text{CaCO}_3 \to \text{CaO} + \text{CO}_2$$ $$\text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO} \to 3 \, \text{FeO} + \text{CO}_2$$

Entre 700 ºC e 1 200 ºC:

$$\text{C} + \text{CO}_2 \to 2 \, \text{CO}$$ $$\text{FeO} + \text{CO} \to \text{Fe} + \text{CO}_2$$

Entre 1 200 ºC e 2 000 ºC: Ferro impuro se funde Formação de escória fundida ($\text{CaSiO}_3$)

$$2 \, \text{C} + \text{O}_2 \to 2 \, \text{CO}$$

BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química: a ciência central. São Paulo: Pearson Education, 2005 (adaptado). No processo de redução desse metal, o agente redutor é o

GABARITO: B

Para identificar o agente redutor no processo de obtenção do ferro metálico, devemos analisar as variações nos números de oxidação (NOX) das espécies envolvidas nas reações apresentadas.

1. Definição de agente redutor: É a espécie química que sofre oxidação (seu NOX aumenta) para promover a redução de outra espécie (cujo NOX diminui).
2. Análise das reações do ferro: Observando as etapas entre $200 \text{ °C}$ e $1200 \text{ °C}$, vemos que os óxidos de ferro ($Fe_2O_3, Fe_3O_4, FeO$) reagem sistematicamente com o monóxido de carbono ($CO$) para produzir ferro metálico ($Fe$).
3. Cálculo do NOX do Carbono no par $CO/CO_2$: No monóxido de carbono ($CO$), o oxigênio tem NOX $-2$, logo o carbono tem NOX $+2$. No dióxido de carbono ($CO_2$), o carbono passa a ter NOX $+4$. Como o NOX do carbono aumentou de $+2$ para $+4$, o $CO$ sofreu oxidação.
4. Conclusão: Sendo o $CO$ a espécie que retira o oxigênio do minério de ferro e sofre oxidação no processo, ele é o agente redutor.

Análise das alternativas:

• Incorreta. O aluno considera o coque ($C$) como o agente direto por ser o combustível inicial, calculando a variação de NOX de $0$ para $+4$, mas ignora que as reações de redução dos óxidos de ferro apresentadas no texto ocorrem via interação gasosa com o monóxido de carbono.
• Correta. O $CO$ reage com os óxidos de ferro, reduzindo o NOX do metal (de $+3, +8/3$ ou $+2$) para $0$ e oxidando seu próprio carbono de $+2$ para $+4$.
• Incorreta. O aluno confunde o produto da oxidação ($CO_2$) com o agente redutor. Ao calcular o NOX do carbono como $+4$, ele não percebe que esta espécie já está em seu estado de oxidação máximo e não pode mais atuar como redutor.
• Incorreta. O aluno confunde a função do óxido de cálcio ($CaO$), que atua na remoção de impurezas ácidas (sílica) para formar a escória ($CaSiO_3$), com o processo de redução química do ferro. O NOX do Cálcio permanece constante em $+2$.
• Incorreta. O aluno identifica o calcário ($CaCO_3$) como agente por ser um reagente de entrada, mas o sal apenas sofre decomposição térmica. O aluno erra ao não notar que o carbono no $CaCO_3$ já possui NOX $+4$, não sofrendo oxidação.