A redução dos compostos de ferro pelo monóxido de carbono, começando pela hematita (Fe₂O₃), ocorre em três estágios, para temperaturas acima de 570°C: Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe. Essas três transformações, com os seus calores de reação a 25°C, são apresentadas a seguir: 3 Fe₂O₃ + CO → Fe₃O₄ + CO₂ + 12,636 kcal (A) Fe₂O₃ + CO → FeO + CO₂ - 8,664 kcal (B) FeO + CO → Fe + CO₂ - 4,136 kcal ©. Sobre essas informações, julgue as afirmativas a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F):
( ) A reação representada como B é endotérmica.
( ) As reações representadas como B e C são exotérmicas.
( ) As reações representadas como A e C são exotérmicas.
( ) O estado de oxidação do íon ferro na hematita é 3+.
( ) O estado de oxidação do íon ferro na magnetita (Fe₃O₄) é 4+. A alternativa que apresenta o preenchimento correto dos parênteses, de cima para baixo, é: F-V-F-V-F. V-F-V-V-V. F-V-F-F-V. V-F-F-V-F. V-F-V-V-F.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre como o monóxido de carbono (CO) reduz diferentes compostos de ferro, começando pela hematita (Fe₂O₃), passando pela magnetita (Fe₃O₄) e FeO, até chegar ao ferro metálico (Fe). A gente tem três reações com seus calores de reação e precisa julgar se certas afirmações são verdadeiras ou falsas com base nisso. Para resolver, vamos precisar entender se as reações são exotérmicas ou endotérmicas e determinar os estados de oxidação do ferro nos compostos envolvidos.

Passo 2

Primeiro, vamos entender se cada reação é exotérmica ou endotérmica. Isso depende do sinal do calor de reação (ΔH):
  • Se ΔH é negativo, a reação libera calor → Exotérmica.
  • Se ΔH é positivo, a reação absorve calor → Endotérmica.
Vamos analisar cada reação:
  • Reação A: 3 Fe₂O₃ + CO → Fe₃O₄ + CO₂ + 12,636 kcal
    • ΔH = +12,636 kcal → Endotérmica.
  • Reação B: Fe₂O₃ + CO → FeO + CO₂ - 8,664 kcal
    • ΔH = -8,664 kcal → Exotérmica.
  • Reação C: FeO + CO → Fe + CO₂ - 4,136 kcal
    • ΔH = -4,136 kcal → Exotérmica.

Passo 3

Agora, vamos determinar o estado de oxidação do ferro em cada composto:
  • Hematita (Fe₂O₃):
    • A fórmula é Fe₂O₃. Sabemos que o oxigênio geralmente tem estado de -2.
    • Total de oxigênio: 3 × (-2) = -6.
    • Como a molécula é neutra, os dois ferros juntos devem equilibrar +6.
    • Então, cada ferro tem estado de +3.
    • Estado de oxidação do Fe na hematita: 3+.
  • Magnetita (Fe₃O₄):
    • A fórmula é Fe₃O₄, que pode ser visto como FeO·Fe₂O₃.
    • Separando: FeO tem Fe com estado +2 e Fe₂O₃ tem Fe com estado +3.
    • No total: (1 × +2) + (2 × +3) = +8 para 3 ferros.
    • Média: +8 / 3 ≈ +2,67, mas geralmente representado como +2 e +3 para os diferentes átomos de Fe.
    • Estado de oxidação médio do Fe na magnetita: aproximadamente 2,67+.

Passo 4

Vamos agora julgar as afirmativas:
  1. A reação B é endotérmica.
    • Reação B tem ΔH = -8,664 kcal → Exotérmica.
    • Falsa (F).
  2. As reações B e C são exotérmicas.
    • Reação B: Exotérmica.
    • Reação C: Exotérmica.
    • Verdadeira (V).
  3. As reações A e C são exotérmicas.
    • Reação A: Endotérmica.
    • Reação C: Exotérmica.
    • Falsa (F).
  4. O estado de oxidação do íon ferro na hematita é 3+.
    • Confirmado no Passo 3.
    • Verdadeira (V).
  5. O estado de oxidação do íon ferro na magnetita (Fe₃O₄) é 4+.
    • Calculamos aproximadamente +2,67+ no Passo 3.
    • Não é exatamente 4+.
    • Falsa (F).

Resposta

A alternativa que apresenta o preenchimento correto é: F-V-F-V-F.

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