Questão 36 da FUVEST 2011

1ª fase

As naves espaciais utilizam pilhas de combustível, alimentadas por oxigênio e hidrogênio, as quais, além de fornecerem a energia necessária para a operação das naves, produzem água, utilizada pelos tripulantes.

Essas pilhas usam, como eletrólito, o \ce{KOH(aq)}, de modo que todas as reações ocorrem em meio alcalino. A troca de elétrons se dá na superfície de um material poroso. Um esquema dessas pilhas, com o material poroso representado na cor cinza, é apresentado a seguir.

Esquema de uma pilha de combustível a oxigênio e hidrogênio com eletrólito KOH(aq), mostrando o anodo (-), o catodo (+), a alimentação e saída de gases e um circuito externo com motor

Escrevendo as equações das semirreações que ocorrem nessas pilhas de combustível, verifica-se que, nesse esquema, as setas com as letras a e b indicam, respectivamente, o sentido de movimento dos

  1. A
    íons \ce{OH-} e dos elétrons.
  2. B
    elétrons e dos íons \ce{OH-}.
  3. C
    íons \ce{K+} e dos elétrons.
  4. D
    elétrons e dos íons \ce{K+}.
  5. E
    elétrons e dos íons \ce{H+}.
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Resolução comentada

Em uma pilha, o anodo (−) é onde ocorre a oxidação, e o catodo (+) é onde ocorre a redução. Em meio alcalino, as semirreações são:

  1. Anodo: \ce{H2 + 2 OH- -> 2 H2O + 2 e-}
  2. Catodo: \ce{1/2 O2 + H2O + 2 e- -> 2 OH-}

A seta a está no fio externo, que liga o anodo ao motor. Os elétrons são liberados no anodo e percorrem o circuito externo até o catodo. Como a seta a sai do anodo e sobe em direção ao motor, ela indica o movimento dos elétrons.

A seta b está dentro do eletrólito e aponta do catodo para o anodo. Os íons \ce{OH-} são formados no catodo e são consumidos no anodo, então migram do catodo para o anodo. Isso coincide com o sentido de b. Os íons \ce{K+} não participam das semirreações e não se deslocam por esse motivo. Os íons \ce{H+} praticamente não existem em meio alcalino.

Portanto, a indica os elétrons e b indica os íons \ce{OH-}.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AInverte as setas: o fio externo transporta elétrons, e o eletrólito transporta os íons OH-.
  • COs íons K+ não participam das semirreações, e a seta a é do fio externo, que carrega elétrons.
  • DAcerta os elétrons em a, mas K+ não é consumido nem produzido; quem migra é o OH-.
  • EEm meio alcalino não há H+ em quantidade relevante; o íon que migra de b é o OH-.

Assuntos: pilha de combustível, eletroquímica, semirreações anodo e catodo.

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