Questão 109 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

A questão pede a etapa em que o enxofre ($S$) sofre uma conversão química até atingir o seu maior estado de oxidação. Para responder, precisamos acompanhar o Nox do enxofre ao longo das etapas mostradas no esquema de produção do ácido sulfúrico.

Primeiro, um ponto-chave: o enxofre pertence ao grupo 16 (calcogênios) e possui 6 elétrons na camada de valência. Assim, o maior estado de oxidação possível para o enxofre é $+6$, atingido quando ele "cede" (compartilha) todos os 6 elétrons para átomos mais eletronegativos, como o oxigênio.

Vamos calcular o Nox do enxofre nas substâncias de cada etapa do esquema, lembrando que o oxigênio costuma ter Nox $-2$ e o hidrogênio $+1$:

• Etapa 1 — Queima do enxofre $S_{(s)}$ gerando $SO_{2(g)}$:

  • No enxofre elementar $S_{(s)}$, por ser substância simples, o Nox é $0$.
  • No $SO_2$: $Nox(S) + 2\cdot(-2) = 0 \Rightarrow Nox(S) = +4$.
  • Há oxidação, mas apenas de $0$ para $+4$.

• Etapa 2 — Conversão do $SO_{2(g)}$ a $SO_{3(g)}$ (com $O_2$ e catalisador):

  • No $SO_3$: $Nox(S) + 3\cdot(-2) = 0 \Rightarrow Nox(S) = +6$.
  • Aqui o enxofre passa de $+4$ para $+6$, alcançando o seu maior estado de oxidação. É a etapa procurada.

• Etapa 3 — $SO_{3(g)}$ reage com água formando $H_2SO_{4(l)}$:

  • No $H_2SO_4$: $2\cdot(+1) + Nox(S) + 4\cdot(-2) = 0 \Rightarrow Nox(S) = +6$.
  • Não há mudança de Nox; o enxofre já estava no máximo.

• Etapa 4 — $SO_{3(g)}$ absorvido em $H_2SO_{4(l)}$ formando $H_2S_2O_{7(l)}$:

  • No $H_2S_2O_7$: $2\cdot(+1) + 2\cdot Nox(S) + 7\cdot(-2) = 0 \Rightarrow 2\cdot Nox(S) = +12 \Rightarrow Nox(S) = +6$.
  • Novamente sem alteração no estado de oxidação.

• Etapa 5 — Diluição do $H_2S_2O_{7(l)}$ gerando $H_2SO_4$ concentrado:

  • Em ambos os compostos o enxofre tem Nox $+6$; é apenas hidratação, sem oxirredução.

Percorrendo as etapas, a conversão química que leva o enxofre ao seu maior estado de oxidação ($+6$) ocorre na Etapa 2, quando o $SO_2$ ($+4$) é oxidado a $SO_3$ ($+6$). A resposta correta é a alternativa B.