Em uma etapa da produção de silício para componentes eletrônicos, o quartzo, constituído principalmente por…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma etapa da produção de silício para componentes eletrônicos, o quartzo, constituído principalmente por dióxido de silício, reage com carbono em um forno elétrico. A equação simplificada do processo é: SiO2(s) + 2 C(s) ? Si(l) + 2 CO(g) Considere os valores de entalpia padrão de formação: ?Hf°(SiO2) = -910,9 kJ·mol?¹; ?Hf°(CO) = -110,5 kJ·mol?¹. Para as substâncias simples Si(l) e C(s), adote ?Hf° = 0. Com base no texto e nos dados fornecidos, o processo de obtenção do silício metalúrgico corresponde a uma reação
- A) endotérmica e de combustão, na qual o carbono reage com o oxigênio do ar.
- B) exotérmica e de dupla troca, na qual o carbono substitui o silício no óxido.
- C) endotérmica e de oxirredução, na qual o Si⁴⁺ permanece inalterado no produto.
- D) exotérmica e de oxirredução, na qual o Si⁴⁺ é oxidado a Si.
- E) endotérmica e de oxirredução, na qual o Si⁴⁺ é reduzido a Si.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Calculo a variacao de entalpia (ΔH) pela soma das entalpias de formacao: ΔH = soma(produtos) - soma(reagentes). Produtos: Si(l) = 0 e 2 CO(g) = 2 x (-110,5) = -221 kJ. Reagentes: SiO2(s) = -910,9 kJ e 2 C(s) = 0. Logo ΔH = -221 - (-910,9) = +689,9 kJ por mol de reacao. Como ΔH e positivo, a reacao e endotermica, o que exclui as alternativas A, B e D.
- Analiso os numeros de oxidacao. No SiO2, o silicio tem Nox +4 (o oxigenio tem -2 e sao 2 oxigenios). No Si(l), o Nox e 0. Logo o silicio ganha 4 eletrons, sofre reducao e a reacao e de oxirreducao.
- Confirmo no carbono: no C(s) o Nox e 0 e no CO o Nox e +2, ou seja, o carbono perde eletrons e sofre oxidacao. Como ha transferencia de eletrons entre as especies, o processo e de oxirreducao, com o carbono como redutor e o SiO2 como oxidante.
- Conclusao: o processo e endotermico e de oxirreducao, na qual o Si4+ e reduzido a Si. Isso corresponde a alternativa E, que coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estao erradas: A esta errada porque o carbono nao reage com o oxigenio do ar, e sim com o oxigenio do SiO2, e nao ha combustao; B esta errada porque a reacao e endotermica e nao e de dupla troca; C esta errada porque o Si4+ muda de Nox (vai a 0), nao permanece inalterado; D esta errada porque o silicio sofre reducao, e nao oxidacao, e a variacao de entalpia e positiva.
💡 Dica: Analise a reação química e os dados termodinâmicos para identificar o tipo de reação.
Alternativa por alternativa
Associa qualquer reacao com oxigenio a combustao e acredita que o carbono reage com o oxigenio do ar. Nao percebe que o oxigenio vem do proprio SiO2 e que o processo nao e combustao.
Interpreta a reacao como exotermica e como dupla troca, sem perceber que a variacao de entalpia e positiva e que o carbono nao substitui o silicio em um simples troca de parceiros, mas reage por transferencia de eletrons.
Por que engana: Confundir espontaneidade com exotermia ou interpretar incorretamente os dados termodinâmicos da reação.
Acerta que a reacao e endotermica, mas acredita que o Si4+ permanece inalterado no produto. Nao percebe que o silicio passa do Nox +4 no SiO2 para 0 no Si elementar.
Calcula a entalpia invertendo a subtracao (reagentes menos produtos), obtendo valor negativo e concluindo erradamente que a reacao e exotermica. Tambem inverte o papel do silicio, achando que ele e oxidado quando na verdade ganha eletrons e e reduzido.
A variação de entalpia da reação é ΔH = [2 · (−110,5) + 0] − [−910,9 + 0] = +689,9 kJ·mol⁻¹. Como ΔH é positivo, a reação é endotérmica. Além disso, o silício passa do número de oxidação +4, no SiO₂, para 0, no Si, sofrendo redução; simultaneamente, o carbono é oxidado de 0 para +2 no CO. Portanto, trata-se de uma reação de oxirredução.
Raio-X da questão
reações químicas e termodinâmica
avaliacao
reações químicas básicas · termodinâmica química
estude reações de oxirredução e conceitos de endotermia e exotermia
Confundir espontaneidade com exotermia ou interpretar incorretamente os dados termodinâmicos da reação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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