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.
e) os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no Fe 2 O 3 são oxidados.

Passo 1

O enunciado dá 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 pede que eu escolha, entre as alternativas (a) a (e), qual é a correta sobre o que acontece com os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3.
Informações relevantes fornecidas:
  • Reagente contendo ferro: \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3.
  • Produto contendo ferro: \mathrm{Fe}(\mathrm{s}) (ferro metálico).
  • Preciso analisar mudanças de estado de oxidação dos átomos de ferro e interpretar as afirmações (a)–(e).

Passo 2

Conceitos-chave que vamos usar (explicado de forma simples):
  • Número de oxidação é um número que representa a “carga formal” de um átomo numa substância, usado para acompanhar transferência de elétrons.
  • Regras básicas úteis:
    1. O número de oxidação de um átomo puro (elemento no seu estado simples) é 0. Ex.: \mathrm{Fe}(\mathrm{s}) tem oxidação 0.
    2. Oxigênio em compostos simples costuma ter número de oxidação -2 (salvo exceções que não aparecem aqui).
    3. A soma dos números de oxidação dos átomos em uma molécula neutra é 0.
  • Redução é a diminuição do número de oxidação de um átomo (ganho de elétrons).
  • Oxidação é o aumento do número de oxidação de um átomo (perda de elétrons).

Passo 3

Calcular o número de oxidação do ferro em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3:
  • Chamo o número de oxidação do ferro de x. Cada oxigênio vale -2. A soma deve ser 0 porque \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 é neutra.
2x + 3(-2) = 0
2x - 6 = 0
2x = 6 \implies x = 3
Portanto, em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 cada átomo de ferro tem número de oxidação +3, ou seja, corresponde a \mathrm{Fe}^{3+}.

Passo 4

Calcular o número de oxidação do ferro no produto \mathrm{Fe}(\mathrm{s}):
  • Como é o elemento no estado simples, o número de oxidação de \mathrm{Fe}(\mathrm{s}) é 0.
  • Comparando: ferro passa de +3 (em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3) para 0 (em \mathrm{Fe}(\mathrm{s})).
  • Como o número de oxidação diminui de +3 para 0, o ferro foi reduzido. Redução significa ganho de elétrons.
  • Quantos elétrons ganha cada \mathrm{Fe}^{3+}? A variação é +3 \to 0, ou seja, ganho de 3 elétrons por íon:
\mathrm{Fe}^{3+} + 3\,e^- \rightarrow \mathrm{Fe}(0)

Passo 5

Checar de onde vêm os elétrons (apenas para completar o raciocínio):
  • Em \mathrm{CO}: com \mathrm{O} = -2, a equação y + (-2) = 0 y = +2. Logo carbono em \mathrm{CO} tem +2.
  • Em \mathrm{CO}_2: cada oxigênio é -2, soma -4, para neutralidade o carbono deve ser +4.
  • Carbono passa de +2 para +4: aumenta o número de oxidação, portanto é oxidado (perde elétrons). Cada carbono perde 2 elétrons.
  • Na reação há 3 moléculas de \mathrm{CO}, totalizando perda de 3\times 2 = 6 elétrons. Esses 6 elétrons são os que reduzem os 2 átomos de ferro (cada um precisa de 3 elétrons: 2\times 3 = 6). Portanto a contabilidade de elétrons fecha.

Passo 6

Agora avaliamos as afirmações com base no que encontramos:
  • (a) “os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 são reduzidos a íons \mathrm{Fe}^{+}.”
    • Incorreto: produto é \mathrm{Fe}(\mathrm{s}) com oxidação 0, não \mathrm{Fe}^{+} (que seria oxidação +1).
  • (b) “os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 são reduzidos a átomos de Fe.”
    • Correto: cada \mathrm{Fe}^{3+} vira átomo neutro \mathrm{Fe}(0).
  • (c) “cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 ganha um elétron.”
    • Incorreto: cada \mathrm{Fe}^{3+} ganha 3 elétrons (não 1).
  • (d) “cada íon \mathrm{Fe}^{3+} presente no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 perde um elétron.”
    • Incorreto: perde não — ele ganha elétrons (redução).
  • (e) “os íons \mathrm{Fe}^{3+} presentes no \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3 são oxidados.”
    • Incorreto: são reduzidos (oxidação é o oposto).

Resposta

b)

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