Na obtenção do ferro, a partir da hematita, uma das reações que ocorrem é
\mathrm{Fe} 2 \mathrm{O} 3(\mathrm{~s})+3 \mathrm{CO}(\mathrm{~g}) \rightarrow 3 \mathrm{CO} 2(\mathrm{~g})+2 \mathrm{Fe}(\mathrm{~s})
Nesta reação,
a) os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no Fe 2 O 3 são reduzidos a íons \mathrm{Fe}^{+}.
b) os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no Fe 2 O 3 são reduzidos a átomos de Fe .
c) cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no Fe 2 O 3 ganha um elétron.
d) cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no Fe 2 O 3 perde um elétron.

Passo 1

O enunciado fornece a reação
\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3(\mathrm{s}) + 3\,\mathrm{CO}(\mathrm{g}) \rightarrow 3\,\mathrm{CO}_2(\mathrm{g}) + 2\,\mathrm{Fe}(\mathrm{s})
e apresenta quatro afirmações (a–d) sobre o que ocorre com os íons \mathrm{Fe}^{3+} no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3. A pergunta é: qual dessas afirmações é correta?
Informações dadas que vamos usar:
\text{Reagentes: }\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3\text{ e } \mathrm{CO}.
\text{Produtos: } \mathrm{CO}_2 \text{ e } \mathrm{Fe}.
As alternativas são:
a) os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 são reduzidos a íons \mathrm{Fe}^{+}.
b) os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 são reduzidos a átomos de Fe.
c) cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 ganha um elétron.
d) cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 perde um elétron.

Passo 2

Vamos identificar o número de oxidação do ferro no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3. Regra básica: a soma dos números de oxidação dos elementos num composto neutro é zero. O oxigénio em óxidos costuma valer -2.
Seja x o número de oxidação do ferro em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3. Então
2x + 3(-2) = 0.
Resolvendo:
2x - 6 = 0 \quad\Rightarrow\quad 2x = 6 \quad\Rightarrow\quad x = 3.
Logo, no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 o ferro está como \mathrm{Fe}^{3+}.

Passo 3

Agora identifique o estado do ferro no produto. O produto indicado é \mathrm{Fe}(\mathrm{s}), ou seja, ferro elementar. O número de oxidação do ferro elemental é 0. Em notação iônica, isso corresponde a átomos de ferro neutros \mathrm{Fe} (não íons).
Portanto o ferro passa de \mathrm{Fe}^{3+} (no minério) para \mathrm{Fe}^{0} (átomos de ferro no produto).

Passo 4

Definição importante (aula rápida): redução é ganho de elétrons (diminuição do número de oxidação). Oxidação é perda de elétrons (aumento do número de oxidação). Cada mudança de número de oxidação corresponde a transferência de elétrons.
No nosso caso, cada \mathrm{Fe}^{3+} tem número de oxidação +3 e passa para 0. A variação é
+3 \longrightarrow 0,
ou seja, o ferro diminui sua carga total em 3 unidades, o que significa que cada íon \mathrm{Fe}^{3+} ganhou 3 elétrons. Escrevendo a meia-reação de redução para cada íon:
\mathrm{Fe}^{3+} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{Fe}.

Passo 5

Vamos ver o que acontece com o carbono em \mathrm{CO} e \mathrm{CO}_2, para confirmar a conservação de elétrons. Calculem os números de oxidação do carbono:
Em \mathrm{CO}: oxigênio -2, composto neutro, logo x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +2.
Em \mathrm{CO}_2: x + 2(-2) = 0 \Rightarrow x = +4.
Portanto o carbono vai de +2 para +4, ou seja, perde 2 elétrons. A meia-reação de oxidação (por molécula de CO) é
\mathrm{CO} \rightarrow \mathrm{CO}_2 + 2\,e^-.

Passo 6

Agora balanceamos os elétrons entre redução e oxidação. Cada \mathrm{Fe}^{3+} requer 3 elétrons; cada \mathrm{CO} fornece 2 elétrons. Para que os elétrons se cancelem, precisamos de um múltiplo comum de 2 e 3, que é 6. Assim:
  • 2 átomos de ferro (ou seja, 2 íons \mathrm{Fe}^{3+}) precisam de 2 \times 3 = 6 elétrons.
  • 3 moléculas de \mathrm{CO} fornecem 3 \times 2 = 6 elétrons.
Isto explica a estequiometria observada na equação
\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 + 3\,\mathrm{CO} \rightarrow 3\,\mathrm{CO}_2 + 2\,\mathrm{Fe},
onde os elétrons liberados pela oxidação do carbono são usados para reduzir os íons \mathrm{Fe}^{3+} a ferro metálico.

Passo 7

Com tudo isso claro, analisamos as alternativas:
a) diz que \mathrm{Fe}^{3+} é reduzido a \mathrm{Fe}^{+}. Errado — o produto é ferro elementar \mathrm{Fe} (número de oxidação 0), não \mathrm{Fe}^{+}.
b) diz que \mathrm{Fe}^{3+} é reduzido a átomos de Fe. Correto — \mathrm{Fe}^{3+} vira ferro elementar \mathrm{Fe}, ou seja, átomos de ferro.
c) diz que cada \mathrm{Fe}^{3+} ganha um elétron. Errado — cada \mathrm{Fe}^{3+} ganha três elétrons, conforme a meia-reação \mathrm{Fe}^{3+} + 3e^- \rightarrow \mathrm{Fe}.
d) diz que cada \mathrm{Fe}^{3+} perde um elétron. Errado — perde/ganha confusão: aqui o ferro ganha elétrons (redução), não perde.

Resposta

b)

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