Questão 119 do ENEM 2023 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos analisar as três etapas do processo de produção do ácido nítrico e aplicar o Princípio de Le Chatelier, que nos diz como um sistema em equilíbrio reage a perturbações externas.

O nosso objetivo, segundo o enunciado, é diminuir a quantidade do subproduto $\text{NO}$ (monóxido de nitrogênio) que sobra no final do processo. Vamos observar o papel do $\text{NO}$ em cada uma das etapas:

• Etapa 1: $4 \text{ NH}_3 \text{ (g)} + 5 \text{ O}_2 \text{ (g)} \rightarrow 4 \text{ NO (g)} + 6 \text{ H}_2\text{O (l)}$ Nesta etapa, o $\text{NO}$ é produzido.
• Etapa 2: $2 \text{ NO (g)} + \text{O}_2 \text{ (g)} \rightarrow 2 \text{ NO}_2 \text{ (g)}$ Nesta etapa, o $\text{NO}$ é consumido (reage com o oxigênio).
• Etapa 3: $3 \text{ NO}_2 \text{ (g)} + \text{H}_2\text{O (l)} \rightarrow 2 \text{ HNO}_3 \text{ (aq)} + \text{NO (g)}$ Nesta etapa, o $\text{NO}$ volta a ser produzido como um subproduto.

O próprio texto da questão nos dá uma dica valiosa: "É importante o seu reaproveitamento, senão ele pode ser liberado para o ambiente, onde reagirá com o oxigênio, formando $\text{NO}_2$."

Esse reaproveitamento do $\text{NO}$ ocorre justamente na Etapa 2. Se quisermos diminuir a quantidade de $\text{NO}$ que sobra no sistema, precisamos forçar a Etapa 2 a consumir mais desse gás.

Pelo Princípio de Le Chatelier, se aumentarmos a concentração de um dos reagentes, o equilíbrio da reação se desloca no sentido de consumi-lo (para a direita, formando mais produto). Portanto, ao aumentarmos a quantidade de oxigênio ($\text{O}_2$) na Etapa 2, a reação será deslocada para a direita. Isso fará com que mais $\text{NO}$ seja consumido para formar $\text{NO}_2$, diminuindo assim a quantidade do subproduto $\text{NO}$ e, de quebra, aumentando o rendimento global da produção de ácido nítrico.

Vamos analisar rapidamente por que as outras alternativas estão incorretas:

• A) e C) Aumentar a pressão de $\text{O}_2$ ou a quantidade de $\text{NH}_3$ na Etapa 1 deslocaria o equilíbrio dessa etapa para a direita, aumentando a formação de $\text{NO}$.
• B) Aumentar a concentração de $\text{NO}_2$ na Etapa 3 deslocaria o equilíbrio para a direita, aumentando a formação do subproduto $\text{NO}$.
• E) Como todas as etapas são exotérmicas (liberam calor), aumentar a temperatura na Etapa 1 deslocaria o equilíbrio para a esquerda (sentido endotérmico), diminuindo a formação de $\text{NO}$. No entanto, isso prejudicaria todo o processo industrial, pois paralisaria a produção do intermediário necessário para fabricar o ácido nítrico. Além disso, a questão foca no reaproveitamento do subproduto, o que nos remete diretamente à Etapa 2.

Logo, a melhor estratégia é aumentar a quantidade de oxigênio na Etapa 2.