ENEM 2025 — Questão 114 de Química

O que a questão está pedindo?

A questão quer descobrir quanto alumínio deve ser utilizado para produzir 9,3 kg de nióbio.

Entretanto, existe um detalhe adicional: a indústria não utilizará apenas a quantidade exata determinada pela equação química. Será utilizado um excesso de 10% de alumínio.

Portanto, a resolução possui duas etapas principais:

1. calcular a quantidade de alumínio exigida pela proporção da reação;

2. acrescentar 10% a esse valor.

A resposta final será aproximadamente: 5,0 kg de alumínio.

Quais informações são importantes?

Os dados principais são:

• Massa de nióbio que deve ser produzida: 9,3 kg

• Massa molar do nióbio: 93 g/mol

• Massa molar do alumínio: 27 g/mol

• Relação fornecida pela equação: 6 mol de Nb são produzidos a partir de 10 mol de Al.

• Além disso: o alumínio será utilizado com excesso de 10%.

Essas são todas as informações necessárias.

Qual conteúdo precisamos conhecer?

O que é estequiometria?

Estequiometria é a parte da Química utilizada para calcular as quantidades de substâncias envolvidas em uma reação química.

Uma equação química balanceada informa a proporção em que reagentes são consumidos e produtos são formados.

Nesta questão:

Os números colocados antes das substâncias fornecem as proporções da reação.

O trecho que interessa diretamente é:

Isso significa que 10 mol de alumínio produzem 6 mol de nióbio.

O que significam os números da equação?

Na equação:

temos:

• 3 mol de óxido de nióbio;

• 10 mol de alumínio;

• 6 mol de nióbio;

• 5 mol de óxido de alumínio.

Como queremos relacionar alumínio e nióbio, podemos observar apenas:

• 10 mol de Al → 6 mol de Nb

Essa será a proporção utilizada no cálculo.

Primeiro passo: transformar a massa de nióbio em gramas

A massa fornecida é:

9,3 kg

Como as massas molares estão em gramas por mol, é conveniente converter para gramas.

Sabemos que:

Portanto:

Segundo passo: descobrir quantos mols de nióbio serão produzidos

A massa molar do nióbio é 93 g para cada 1 mol, portanto, temos 9 300 g de nióbio

Para descobrir a quantidade de mols:

Portanto, a indústria deseja produzir 100 mol de nióbio.

Terceiro passo: utilizar a proporção da equação química

A reação informa 6 mol de Nb precisam de 10 mol de Al. Mas precisamos produzir 100 mol de Nb.

Podemos montar a relação:

6 mol de Nb → 10 mol de Al

100 mol de Nb → quantidade de Al

Multiplicamos:

Depois dividimos por 6:

Assim, a quantidade estequiométrica de alumínio necessária é aproximadamente: 166,7 mol de Al.

Quarto passo: transformar a quantidade de alumínio em massa

A massa molar do alumínio é 27 g/mol. Temos aproximadamente 166,7 mol de alumínio

Multiplicando:

Portanto, a massa estequiométrica de alumínio é 4 500 g ou 4,5 kg

Se não existisse o excesso de 10%, esse seria o resultado.

Quinto passo: acrescentar os 10% de excesso

O enunciado informa que será utilizado 10% de excesso de alumínio.

A quantidade estequiométrica foi 4,5 kg. Precisamos calcular 10% de 4,5 kg.

Dez por cento corresponde a dividir por 10:

Portanto, serão utilizados 4,5 kg + 0,45 kg. Resultado 4,95 kg

Como a questão pergunta pelo valor mais próximo, temos 5,0 kg

Portanto: Alternativa E.

Visualizando toda a resolução

Alternativa E

Roteiro de resolução

1. 1

   Entenda o comando

   A questão quer descobrir quanto alumínio deve ser utilizado para produzir 9,3 kg de nióbio.

2. 2

   Separe os dados relevantes

   Os dados principais são:

3. 3

   Aplique o conteúdo

   O que é estequiometria?

Resposta

E) 5,0 kg.

Para produzir 9,3 kg de nióbio são necessários, pela proporção estequiométrica da reação, aproximadamente 4,5 kg de alumínio.

Como o processo utiliza alumínio com 10% de excesso, acrescentamos 0,45 kg:

O valor mais próximo entre as alternativas é:

5,0 kg.

Análise das alternativas

A) 2,7 kg — Incorreta

Essa quantidade é insuficiente para produzir os 9,3 kg de nióbio nas condições apresentadas.

Pela proporção da equação, são necessários 4,5 kg de alumínio antes mesmo de considerar o excesso de 10%.

B) 3,0 kg — Incorreta

Esse valor também é inferior à quantidade estequiométrica necessária. A reação exige aproximadamente 4,5 kg de Al. Antes da adição do excesso. Portanto, 3,0 kg não seria suficiente.

C) 4,1 kg — Incorreta

Esse valor ainda está abaixo da quantidade estequiométrica calculada. Como são necessários 4,5 kg na condição estequiométrica, qualquer quantidade inferior já seria incompatível com o rendimento de 100% solicitado.

D) 4,5 kg — Incorreta

Essa alternativa é uma das principais armadilhas da questão. O valor 4,5 kg é exatamente a massa de alumínio necessária sem considerar o excesso. Entretanto, o enunciado determina que o processo utiliza 10% de alumínio em excesso. Portanto, ainda precisamos acrescentar 0,45 kg Chegando a 4,95 kg

Assim, a alternativa D não é a resposta final.

E) 5,0 kg — Correta

A quantidade estequiométrica é 4,5 kg. Acrescentando 10%:

Como o valor mais próximo oferecido é 5,0 kg essa é a alternativa correta.

O que significa quantidade estequiométrica?

Quantidade estequiométrica é a quantidade exatamente prevista pela proporção da equação química.

Nesta questão 10 mol de Al são necessários para 6 mol de Nb.

Se utilizássemos exatamente essa proporção, estaríamos trabalhando com a quantidade estequiométrica.

Para a produção desejada, encontramos 4,5 kg de alumínio como quantidade estequiométrica.

O que significa utilizar um reagente em excesso?

Utilizar um reagente em excesso significa adicionar uma quantidade maior do que a quantidade mínima exigida pela equação química.

Nesta questão. Quantidade necessária: 4,5 kg

Mas a indústria utiliza 10% a mais.

Assim 4,5 kg. 0,45 kg de excesso = 4,95 kg

O excesso pode ser empregado em processos industriais para favorecer o consumo de outro reagente ou garantir determinadas condições de reação.

Por que não basta multiplicar 9,3 kg por 10 e dividir por 6?

Porque os números da equação representam quantidades em mol, e não diretamente massas em quilogramas.

Uma forma alternativa de resolver pela relação de massas

Também podemos transformar diretamente a proporção da equação em massas.

A equação mostra: 10 mol de Al → 6 mol de Nb

Sabemos:

Então:

Também:

Então:

Logo: 270 g de Al produzem 558 g de Nb

Agora queremos produzir: 9 300 g de Nb

Podemos montar a proporção: 558 g de Nb → 270 g de Al

9 300 g de Nb → quantidade de Al

O resultado é 4 500 g de Al ou 4,5 kg.

Depois adicionamos os 10% 4,95 kg aproximadamente 5,0 kg

O que é aluminotermia?

A aluminotermia é um processo no qual o alumínio atua como agente redutor em uma reação, geralmente envolvendo óxidos metálicos. O alumínio possui grande afinidade pelo oxigênio. Nesta questão, ele participa da transformação:

Esse processo permite a obtenção do metal nióbio.

O que significa rendimento de 100%?

O enunciado informa que devemos considerar rendimento de 100%.

Isso significa que, para os cálculos da questão, devemos assumir que toda a quantidade prevista pela estequiometria é efetivamente convertida como esperado.

Não precisamos calcular perdas de processo. Se o rendimento fosse menor, por exemplo 80%, seria necessário utilizar uma quantidade maior de reagentes para obter a mesma quantidade final de produto.

Nesta questão, esse problema não existe porque: rendimento = 100%.

O que aprender com esta questão?

A sequência principal é:

Erro comum

O principal erro é parar o cálculo em 4,5 kg

Esse valor corresponde apenas à quantidade estequiométrica de alumínio. A questão exige mais uma etapa: acrescentar 10% de excesso.

Outro erro é aplicar diretamente a proporção 10 para 6 sobre as massas de alumínio e nióbio. Os coeficientes da equação representam mols.

Como os elementos possuem massas molares diferentes, primeiro precisamos trabalhar com quantidade de matéria ou converter a proporção para massas.

Dica para o ENEM

Em questões de estequiometria com excesso, organize a resolução em duas partes.

Primeiro:

faça a estequiometria normalmente. Descubra quanto reagente seria necessário na proporção exata da equação.

Depois:

aplique o percentual de excesso.

Nesta questão:

estequiometria → 4,5 kg

Depois:

10% de excesso → 0,45 kg

Então:

Valor mais próximo:

5,0 kg

Portanto: Alternativa E.

Conteúdos relacionados

• Estequiometria

• Cálculos estequiométricos

• Massa molar

• Quantidade de matéria

• Mol

• Reagente em excesso

• Reagente limitante

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• Balanceamento químico

• Rendimento de reações

• Aluminotermia

• Nióbio

• Óxidos metálicos

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