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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 64 do ENEM 2016

1º dia · Ciências da Natureza · H19 · Química: Pilhas e potencial de redução

TEXTO I

Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactérias catalisam reações de oxidação de substratos orgânicos. Liberam elétrons produzidos na respiração celular para um eletrodo, onde fluem por um circuito externo até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato.

AQUINO NETO, S. Preparação e caracterização de bioanodos para biocélula a combustível etanol/O2. Disponível em: www.teses.usp.br. Acesso em: 23 jun. 2015 (adaptado).

TEXTO II

Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão (E^{\circ \prime}) apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais:

\ce{2 CO2 + 7 H+ + 8 e- -> CH3COO- + 2 H2O} \qquad E^{\circ \prime} = -0{,}3\ \text{V}
\ce{O2 + 4 H+ + 4 e- -> 2 H2O} \qquad E^{\circ \prime} = 0{,}8\ \text{V}

SCOTT, K.; YU, E. H. Microbial electrochemical and fuel cells: fundamentals and applications. Woodhead Publishing Series in Energy, n. 88, 2016 (adaptado).

Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 4{,}4\ \text{V}?

  1. A
    3
  2. B
    4
  3. C
    6
  4. D
    9
  5. E
    15
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Resolução comentada

O potencial de uma pilha (ddp) é dado por \Delta E = E_{\text{cátodo}} - E_{\text{ânodo}}. O cátodo é onde ocorre a redução, e a semirreação de maior potencial de redução é a que sofre redução. O ânodo é onde ocorre a oxidação, e a semirreação de menor potencial é invertida.

  1. Cátodo: redução do \ce{O2}, com E^{\circ\prime} = 0{,}8\ \text{V}.
  2. Ânodo: oxidação do acetato (a reação com -0{,}3\ \text{V} ocorre no sentido inverso).
  3. ddp de uma biocélula: \Delta E = 0{,}8 - (-0{,}3) = 1{,}1\ \text{V}.

Em uma ligação em série, as ddps se somam. Para n biocélulas:

n \cdot 1{,}1 \geq 4{,}4 \Rightarrow n \geq \frac{4{,}4}{1{,}1} = 4

O número de elétrons das semirreações (8 e 4) só serve para balancear a equação global. O potencial não depende da quantidade de matéria, então não se multiplica E^{\circ\prime} pelos coeficientes.

São necessárias no mínimo 4 biocélulas em série.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D engana quem faz 0{,}8 - 0{,}3 = 0{,}5\ \text{V} em vez de subtrair o potencial negativo (0{,}8 + 0{,}3 = 1{,}1\ \text{V}).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ANão corresponde a nenhuma combinação correta; 3 \times 1{,}1 = 3{,}3\ \text{V} não atinge 4{,}4\ \text{V}.
  • CNão corresponde ao cálculo; seria o resultado de uma ddp de cerca de 0{,}73\ \text{V} por célula.
  • DUsaria ddp de cerca de 0{,}5\ \text{V} por célula (por exemplo, 0{,}8 - 0{,}3), somando os potenciais com sinal errado.
  • EUsaria ddp de cerca de 0{,}3\ \text{V} por célula, considerando só o módulo do potencial do acetato.

Assunto: Pilhas e potencial de redução.

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