20.69 (b) Escreva as semi-reações balanceadas envolvidas na oxidação ao ar de \mathrm{Fe}^{2+}(a q) para \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3} \cdot 3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}.

Passo 1

O enunciado pede as semi-reações redox que ocorrem quando íons \mathrm{Fe}^{2+} em solução aquosa são oxidados ao ar formando o precipitado de \mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}\cdot3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}. O conteúdo é reação de oxidação de ferro(II) e redução de oxigênio, e vamos balancear ambas em meio ácido (para depois, se necessário, adaptar ao meio neutro ou básico).

Passo 2

Balanceando a semi-reação de oxidação do ferro(II) até o sólido hidratado:
2\,\mathrm{Fe}^{2+}(aq)\;+\;3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l) \;\longrightarrow\; \mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}\cdot3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(s) \;+\;2\,e^{-} \;+\;6\,\mathrm{H}^{+}(aq)
Aqui garantimos massa e carga:
  • Fe: 2\to2
  • O: 3\times1 da água à esquerda e 3+3 do óxido hidratado à direita (esse “ +3” vem das 3 moléculas de água de cristalização)
  • H: 3\times2=6 à esquerda e 6 em \mathrm{H}^{+} à direita
  • Carga: 2\times(+2)=+4 à esquerda; à direita (\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3\cdot3\mathrm{H}_2\mathrm{O}) é neutro, mais -2 dos elétrons e +6 dos prótons dá +4.

Passo 3

Balanceando a semi-reação de redução do oxigênio molecular em meio ácido:
\mathrm{O}_{2}(g)\;+\;4\,\mathrm{H}^{+}(aq)\;+\;4\,e^{-} \;\longrightarrow\; 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l)
Aqui:
  • O: 2\to2
  • H: 4 prótons dão 2\times2=4 hidrogênios na água
  • Carga: +4 dos prótons e -4 dos elétrons somam 0 à esquerda, igual à água (neutra) à direita.

Resposta

Semi-reação de oxidação:
2\,\mathrm{Fe}^{2+}(aq)\;+\;3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l) \;\longrightarrow\; \mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}\cdot3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(s) \;+\;2\,e^{-} \;+\;6\,\mathrm{H}^{+}(aq)
Semi-reação de redução:
\mathrm{O}_{2}(g)\;+\;4\,\mathrm{H}^{+}(aq)\;+\;4\,e^{-} \;\longrightarrow\; 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l)

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