Exame de Física e Química A 2025 · Época especial — item 5.3, resolvido

Cotação 10 pontosEscolha múltiplaVerificado

Enunciado

Instituto de Avaliação Educativa · prova 715 · 2025 · Época especial

Os artefactos de ferro são fabricados desde a Antiguidade, sendo frequente encontrá-los em naufrágios de diferentes épocas.

Atualmente, a maior parte do ferro é obtida a partir de minério contendo elevada percentagem de trióxido de diferro, $F e_{2} O_{3} (s)$ , num alto-forno, tal como representado na Figura 3.

As reações químicas que ocorrem no alto-forno podem ser traduzidas, de forma simplificada, por

3 CO (g) + F e_{2} O_{3} (s) ⟶ 2 Fe (l) + 3 C O_{2} (g)

Esquema de um alto-forno em corte. Em cima, à esquerda, um tapete transportador inclinado, com pedaços escuros de minério, leva o minério até ao topo do forno (seta curva a entrar pela boca do forno); a etiqueta «minério» aponta para o tapete. O forno é uma torre cinzenta, mais larga a meio, com a etiqueta «alto-forno» a apontar para a parede. O interior é escuro em cima e vai clareando para baixo. Lá dentro, setas brancas desenham correntes de convecção: duas setas sobem pelo centro, da zona de baixo até ao topo, curvam e descem junto às paredes até ao fundo. Três letras marcam zonas: A no topo (junto a um cone escuro), B a meio (à esquerda das setas que sobem) e C no fundo. Em baixo, à esquerda, um canal vermelho com ferro fundido sai do forno, com a etiqueta «saída de ferro fundido». — Figura 3

5.3.

Considere o ião ferro(3+), representado por

_{26}^{56} F e^{3 +}

Em relação ao átomo de ferro que lhe deu origem, o ião representado tem

Resolução explicada

Passo a passo, com o porquê de cada passo.

O ponto de partida. Na representação $_{Z}^{A} X^{q}$ , o número de baixo, $Z$ , é o número atómico — o número de protões, que identifica o elemento. O número de cima, $A$ , é o número de massa (protões mais neutrões). A carga $q$ , em cima à direita, diz quantos eletrões a espécie tem a mais ou a menos do que protões.

1.º — o que fica igual: o núcleo

O ião $_{26}^{56} F e^{3 +}$ tem $Z = 26$ , tal como o átomo de ferro de que veio: $26$ protões. Não podia ser de outra forma — um ião forma-se por ganho ou perda de eletrões, e o núcleo não muda numa transformação química. Se o número de protões mudasse, já não era ferro: com $29$ protões seria cobre, com $23$ seria vanádio. Isto afasta as opções (A) e (B).

2.º — o que muda: os eletrões

O átomo de ferro é neutro: tem $26$ protões e $26$ eletrões. O ião tem carga $3 +$ , ou seja, três cargas positivas a mais do que negativas. Com os mesmos $26$ protões, isso só acontece se tiver $26 - 3 = 23$ eletrões: o átomo perdeu três eletrões.

Fe ⟶ F e^{3 +} + 3 e^{-}

Resposta: opção (D).

a origem de cada opção errada

(A) mais três protões — é a leitura de quem associa a carga $3 +$ a «três cargas positivas a mais» e as procura no núcleo. Uma espécie com mais três protões e os mesmos eletrões teria, de facto, carga $3 +$ — mas seria um ião de outro elemento ( $Z = 29$ , cobre), e não um ião de ferro. O núcleo não muda numa reação química.
(B) menos três protões — junta os dois enganos: mexe no núcleo e troca o sinal. Perder protões, mantendo os eletrões, daria uma espécie com carga negativa, e de outro elemento.
(C) mais três eletrões — mexe na partícula certa, mas troca o sinal. Ganhar três eletrões, que têm carga negativa, dá um ião de carga $3 -$ , não $3 +$ . É o engano de quem lê o «+» como «acrescentar».

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla, de resposta obrigatória: os $10$ pontos contam sempre para a classificação, e são tudo ou nada.

Pensar que a carga de um ião vem do núcleo. Nas transformações químicas só os eletrões se ganham ou perdem; o número de protões fica sempre igual a $Z$ .
Trocar o sinal. Um catião (carga positiva) tem menos eletrões do que protões — perdeu-os. Um anião (carga negativa) tem mais — ganhou-os.
Escrever duas respostas. Só se classifica a que surgir em primeiro lugar.

a regra a fixar

Em $_{Z}^{A} X^{q}$ : protões $= Z$ , que não muda ao formar um ião; eletrões $= Z - q$ , com $q$ com o seu sinal. Um ião $q +$ perdeu $q$ eletrões; um ião $q -$ ganhou $q$ eletrões.

Tenta primeiro no papel.

Quem lê a resolução antes de tentar acha que percebeu — e volta a errar no exame.

Passo a passo, com o porquê de cada passo.

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