1. Uma amostra de minério de ferro contém \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3} juntamente com outras substäncias. A reação do minério com CO produz ferro metálico:
\mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3(\mathrm{~s})}+\mathrm{CO}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{Fe}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{CO}_{2(\mathrm{~g})}
a) Balanceie a equação acima.

Passo 1

O enunciado fornece a reação não balanceada
\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + \mathrm{CO} \rightarrow \mathrm{Fe} + \mathrm{CO}_2
e pede para balanceá-la.
Informações relevantes dadas:
  • Reagentes: \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 e \mathrm{CO}.
  • Produtos: \mathrm{Fe} e \mathrm{CO}_2.
  • Deve-se respeitar a conservação de átomos (mesmo número de cada elemento em ambos os lados).

Passo 2

Vamos listar os elementos que aparecem na reação para sabermos o que balancear:
  • Ferro: elemento \mathrm{Fe}.
  • Oxigênio: elemento \mathrm{O}.
  • Carbono: elemento \mathrm{C}.
Sempre que faço isso, gosto de anotar quantos átomos de cada elemento aparecem em cada espécie:
  • \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 tem 2 átomos de \mathrm{Fe} e 3 átomos de \mathrm{O}.
  • \mathrm{CO} tem 1 átomo de \mathrm{C} e 1 átomo de \mathrm{O}.
  • \mathrm{Fe} tem 1 átomo de \mathrm{Fe}.
  • \mathrm{CO}_2 tem 1 átomo de \mathrm{C} e 2 átomos de \mathrm{O}.

Passo 3

Escolhemos uma estratégia simples por inspeção (método rápido): balancear primeiro o ferro, depois o carbono e o oxigênio. Alternativamente, pode-se usar um método algébrico colocando coeficientes. Vou mostrar os dois jeitos — assim você aprende a pensar rápido na prova.
Método por inspeção (intuitivo):
  • À esquerda há 2 átomos de \mathrm{Fe} na molécula \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3. Para ter também 2 átomos de ferro no lado direito, preciso de coeficiente 2 em \mathrm{Fe}. Ou seja, proponho: \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + \mathrm{CO} \rightarrow 2\,\mathrm{Fe} + \mathrm{CO}_2Agora conte os oxigênios e carbonos e ajuste o coeficiente de \mathrm{CO}.
Método algébrico (sistematizado):
  • Coloco coeficientes desconhecidos \,a,b,c,d e escrevo: a\,\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + b\,\mathrm{CO} \rightarrow c\,\mathrm{Fe} + d\,\mathrm{CO}_2Agora escrevo para cada elemento a igualdade entre número de átomos à esquerda e à direita.

Passo 4

Continuando o método algébrico, escrevo as equações de conservação de átomos:
Fe:
2a = c
C:
b = d
O:
3a + b = 2d
Podemos escolher a=1 (usar o menor inteiro simples para a molécula \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3). Então das equações:
  • Se a=1 então c = 2a = 2.
  • Da equação de carbono temos d=b.
  • Substituindo na equação de oxigênio: 3\cdot 1 + b = 2d = 2b \quad\Rightarrow\quad 3 + b = 2b \quad\Rightarrow\quad b = 3.
  • Assim d=b=3.
Então os coeficientes inteiros mínimos são a=1, b=3, c=2, d=3.

Passo 5

Escrevendo a equação balanceada com esses coeficientes:
\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + 3\,\mathrm{CO} \rightarrow 2\,\mathrm{Fe} + 3\,\mathrm{CO}_2
Agora verifico rapidamente (sempre cheque!):
  • Ferro: esquerda 2 (de \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3), direita 2 (de 2\,\mathrm{Fe}) — OK.
  • Carbono: esquerda 3 (de 3\,\mathrm{CO}), direita 3 (de 3\,\mathrm{CO}_2) — OK.
  • Oxigênio: esquerda 3 (de \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3) + 3 (de 3\,\mathrm{CO}) =6; direita 3\cdot 2=6 (de 3\,\mathrm{CO}_2) — OK.
Dica de prova: equações químicas devem ter os menores coeficientes inteiros possíveis; confira elemento por elemento.

Resposta

\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + 3\,\mathrm{CO} \rightarrow 2\,\mathrm{Fe} + 3\,\mathrm{CO}_2

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