Questão 100 do ENEM 2017 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos identificar qual substância atua como agente redutor nas reações em que o ferro metálico ($\text{Fe}$) é obtido a partir de seus minérios.

Primeiro, vamos relembrar o conceito de oxirredução. O agente redutor é a espécie química que sofre oxidação (ou seja, perde elétrons e tem seu Número de Oxidação - Nox - aumentado) para provocar a redução de outra substância (que ganha elétrons e tem seu Nox diminuído).

O enunciado nos fornece várias equações químicas que ocorrem no alto-forno. O nosso foco deve estar nas reações onde os compostos de ferro ($\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{Fe}_3\text{O}_4$ e $\text{FeO}$) são transformados até chegar ao ferro metálico ($\text{Fe}$). Vamos observar essas etapas:

$3 \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{CO} \rightarrow 2 \text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO}_2$

$\text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{CO} \rightarrow 3 \text{FeO} + \text{CO}_2$

$\text{FeO} + \text{CO} \rightarrow \text{Fe} + \text{CO}_2$

Em todas essas reações, o óxido de ferro reage com o monóxido de carbono ($\text{CO}$). Vamos analisar a variação do Número de Oxidação (Nox) dos elementos na última etapa, que é a formação direta do ferro metálico:

• Ferro ($\text{Fe}$): No óxido de ferro II ($\text{FeO}$), o oxigênio tem Nox $-2$, logo o ferro tem Nox $+2$. No produto, o ferro metálico ($\text{Fe}$) é uma substância simples, portanto, seu Nox é $0$. Como o Nox do ferro diminuiu de $+2$ para $0$, ele sofreu redução.
• Carbono ($\text{C}$): No monóxido de carbono ($\text{CO}$), o oxigênio tem Nox $-2$, então o carbono tem Nox $+2$. No dióxido de carbono ($\text{CO}_2$), cada oxigênio tem Nox $-2$ (totalizando $-4$), o que faz com que o carbono tenha Nox $+4$. Como o Nox do carbono aumentou de $+2$ para $+4$, ele sofreu oxidação.

Como o monóxido de carbono ($\text{CO}$) é a substância que se oxida, ele é o responsável por fornecer os elétrons para que o ferro seja reduzido. Portanto, o $\text{CO}$ atua como o agente redutor no processo de obtenção do metal.

Embora o coque ($\text{C}$) seja adicionado ao alto-forno e também atue como redutor em outras etapas (como na reação com o $\text{CO}_2$ para formar mais $\text{CO}$), a substância que efetivamente reage com os óxidos de ferro, reduzindo-os a ferro metálico, é o monóxido de carbono ($\text{CO}$).