Questão 133 do ENEM 2021

2º dia · Ciências da Natureza

O quadro lista alguns dispositivos eletrônicos que estão presentes no dia a dia, bem como a faixa de força eletromotriz necessária ao seu funcionamento.

Dispositivo eletrônico Faixa de força eletromotriz (V)
I Relógio de parede 1,2 a 1,5
II Celular 3,5 a 3,8
III Câmera digital 7,5 a 7,8
IV Carrinho de controle remoto 10,5 a 10,9
V Notebook/Laptop 19,5 a 20,0

Considere que uma bateria é construída pela associação em série de três pilhas de lítio-iodo, nas condições-padrão, conforme as semiequações de redução apresentadas.

\begin{aligned} \ce{I2 + 2 e- -> 2 I-} &\quad E^\circ = +0{,}54\ \text{V} \\ \ce{Li+ + e- -> Li} &\quad E^\circ = -3{,}05\ \text{V} \end{aligned}

Essa bateria é adequada para o funcionamento de qual dispositivo eletrônico?

  1. A
    I
  2. B
    II
  3. C
    III
  4. D
    IV
  5. E
    V
Resolução comentada

Cada pilha de lítio-iodo tem força eletromotriz igual à diferença entre os potenciais de redução: \Delta E^\circ = E^\circ_{\text{maior}} - E^\circ_{\text{menor}}.

O iodo tem o maior potencial de redução, então ele se reduz (cátodo). O lítio tem o menor potencial, então ele se oxida (ânodo).

  1. Pilha única: \Delta E^\circ = +0{,}54 - (-3{,}05) = 3{,}59\ \text{V}.

  2. Em uma associação em série, as forças eletromotrizes se somam. Com três pilhas:

\varepsilon = 3 \times 3{,}59 = 10{,}77\ \text{V}
  1. Comparando com o quadro: 10{,}77\ \text{V} está na faixa de 10{,}5 a 10{,}9\ \text{V}, que é a do carrinho de controle remoto (IV).

Atenção: não multiplicamos os potenciais das semirreações por coeficientes (o iodo tem 2 elétrons, o lítio tem 1), pois o potencial padrão é uma propriedade intensiva.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa B engana quem calcula só a fem de uma pilha (3,59 V) e esquece que são três em série.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AFaixa de 1,2 a 1,5 V é de uma pilha comum, bem abaixo dos 10,77 V da bateria.
  • B3,5 a 3,8 V corresponde a uma única pilha (3,59 V), esquecendo a associação em série de três.
  • C7,5 a 7,8 V seria o resultado de duas pilhas (7,18 V) ou de algum erro de conta, não de três.
  • E19,5 a 20,0 V exigiria cerca de seis pilhas em série.

Assuntos: pilhas e potencial padrão, associação de pilhas em série.

Ver como caiu na prova Questão 133 no caderno Amarelo do ENEM 2021

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