Questão 108 do ENEM PPL 2024

Question

Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, desenvolveram um dessalinizador-pilha. O invento se mostrou muito promissor para dessalinizar água do mar, empregando eletrodos com bismuto e titânio em suas composições. Para realizar a dessalinização, o dispositivo funciona por eletrólise, conforme a figura. No descarregamento do dispositivo ocorre o processo inverso, que permite reaproveitar a energia, como em uma pilha.

Esquema da dessalinização por eletrólise. À esquerda, em cuba com água salgada, o eletrodo positivo de bismuto (Bi) atrai ânions cloreto (Cl⁻), com saída de elétrons; o eletrodo negativo de NaTi₂(PO₄)₃ atrai cátions sódio (Na⁺), com entrada de elétrons. Uma seta indica a transformação para água dessalinizada mais os eletrodos resultantes: BiOCl e Na₃Ti₂(PO₄)₃.

NAM, D.-H.; CHOI, K.-S. Bismuth as a New Chloride-Storage Electrode Enabling the Construction of a Practical High Capacity Desalination Battery. Journal of the American Chemical Society, n. 139, 2017 (adaptado).

Durante a dessalinização da água por eletrólise ocorre a formação de

A
\ce{BiOCl} no ânodo.
B
\ce{H2}\ (\text{g}) no cátodo.
C
\ce{Bi} no polo positivo.
D
\ce{O2}\ (\text{g}) no polo negativo.
E
\ce{Na3Ti2(PO4)3} no ânodo.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 108 do ENEM PPL 2024

2º dia · Ciências da Natureza · H23 · Química: Eletrólise

Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, desenvolveram um dessalinizador-pilha. O invento se mostrou muito promissor para dessalinizar água do mar, empregando eletrodos com bismuto e titânio em suas composições. Para realizar a dessalinização, o dispositivo funciona por eletrólise, conforme a figura. No descarregamento do dispositivo ocorre o processo inverso, que permite reaproveitar a energia, como em uma pilha.

Esquema da dessalinização por eletrólise. À esquerda, em cuba com água salgada, o eletrodo positivo de bismuto (Bi) atrai ânions cloreto (Cl⁻), com saída de elétrons; o eletrodo negativo de NaTi₂(PO₄)₃ atrai cátions sódio (Na⁺), com entrada de elétrons. Uma seta indica a transformação para água dessalinizada mais os eletrodos resultantes: BiOCl e Na₃Ti₂(PO₄)₃.

NAM, D.-H.; CHOI, K.-S. Bismuth as a New Chloride-Storage Electrode Enabling the Construction of a Practical High Capacity Desalination Battery. Journal of the American Chemical Society, n. 139, 2017 (adaptado).

Durante a dessalinização da água por eletrólise ocorre a formação de

A
\ce{BiOCl} no ânodo.
B
\ce{H2}\ (\text{g}) no cátodo.
C
\ce{Bi} no polo positivo.
D
\ce{O2}\ (\text{g}) no polo negativo.
E
\ce{Na3Ti2(PO4)3} no ânodo.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Na eletrólise, o polo positivo da fonte é o ânodo, onde ocorre oxidação, e o polo negativo é o cátodo, onde ocorre redução.

Na figura, o eletrodo de Bi está ligado ao polo (+) e os elétrons saem dele. Sair elétron significa oxidação, então esse é o ânodo. Ele atrai os ânions \ce{Cl-} e o Bi é oxidado, formando \ce{BiOCl} (o Bi vai de número de oxidação 0 para +3):

\ce{Bi + Cl- + H2O -> BiOCl + 2H+ + 3e-}

O eletrodo de \ce{NaTi2(PO4)3} está no polo (−) e recebe elétrons. Recebeu elétron, houve redução, então é o cátodo. Ele atrai os cátions \ce{Na+} e forma \ce{Na3Ti2(PO4)3} (o Ti é reduzido).

A figura mostra, no final, a água dessalinizada e os dois eletrodos transformados: \ce{BiOCl} (ânodo) e \ce{Na3Ti2(PO4)3} (cátodo). Não há formação de gases como \ce{H2} ou \ce{O2}, pois os íons ficam retidos nos eletrodos.

Assim:

Ânodo (+): forma \ce{BiOCl}.
Cátodo (−): forma \ce{Na3Ti2(PO4)3}.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

BO cátodo forma \ce{Na3Ti2(PO4)3}, e não \ce{H2}; a figura não mostra liberação de gás.
CO Bi é o reagente consumido no polo positivo, e o que se forma ali é \ce{BiOCl}.
DNão se forma \ce{O2}, e o polo negativo é onde ocorre redução, não oxidação.
E\ce{Na3Ti2(PO4)3} se forma no cátodo (polo negativo), não no ânodo.

Assuntos: Eletrólise, Reações de oxirredução e balanceamento redox.

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