Questão do ENEM 2024

Ciências da Natureza · habilidade 26Caderno Cinza · Questão 127

Células a combustível microbianas (CCM) são capazes de gerar eletricidade a partir de águas residuárias urbanas e agroindustriais. As CCM são compostas de duas câmaras. Numa delas, onde ocorre o tratamento da matéria orgânica, as bactérias eletrogênicas crescem formando um biofilme e se alimentam dos poluentes presentes no efluente. Ao se alimentarem, essas bactérias geram uma corrente elétrica que percorre o material sobre o qual elas formaram o biofilme. Um fio condutor externo possibilita a migração dessa corrente para uma segunda câmara, promovendo uma reação química. A figura esquematiza uma CCM e as reações envolvidas.

$\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq) + 2 $\mathrm{H_2O}$ (I) $\longrightarrow$ 2 $\mathrm{CO_2}$ (g) + 7 $\mathrm{H^+}$ (aq) + 8 $\mathrm{e^-}$

4 $\mathrm{H^+}$ (aq) + $\mathrm{O_2}$ (g) + 4 $\mathrm{e^-}$ $\longrightarrow$ 2 $\mathrm{H_2O}$ (I)

QUINTO, A. C. Biobaterias geram eletricidade a partir de esgoto sanitário e efluentes agroindustriais. Disponível em: https://jornal.usp.br. Acesso em: 1 dez. 2021 (adaptado).

Qual das equações representa a reação global que ocorre durante o funcionamento dessa CCM?

Alternativa A: $\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq) + $\mathrm{O_2}$ (g) $\longrightarrow$ 2 $\mathrm{CO_2}$ (g) + 3 $\mathrm{H^+}$ (aq)
Justificativa
Esta alternativa está errada. Ela não conserva a carga elétrica: o lado esquerdo tem carga $-1$ (do acetato) e o direito tem carga $+3$ (dos três $\mathrm{H^+}$ ). Esse resultado vem de somar as duas semirreações sem igualar os elétrons, de modo que os 8 elétrons liberados e os 4 consumidos não se cancelam.
Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.
Alternativa B: $\mathrm{CO_2}$ (g) + $\mathrm{O_2}$ (g) + $\mathrm{H^+}$ (aq) $\longrightarrow$ $\mathrm{H_2O}$ (l) + $\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq)
Justificativa
Esta alternativa está errada. Ela representa o processo inverso, em que gás carbônico e oxigênio formam acetato, enquanto a célula consome o acetato para gerar eletricidade. Além disso, não está balanceada: há 1 átomo de hidrogênio à esquerda e 5 à direita, e as cargas não se igualam.
Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.
Alternativa C: $\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq) + $\mathrm{H^+}$ (aq) + 2 $\mathrm{O_2}$ (g) $\longrightarrow$ 2 $\mathrm{CO_2}$ (g) + 2 $\mathrm{H_2O}$ (l) gabarito
Justificativa
Esta alternativa está correta. A reação global é a soma das duas semirreações com os elétrons cancelados. Multiplicando a semirreação do cátodo por 2, obtém-se $8\,\mathrm{H^+} + 2\,\mathrm{O_2} + 8\,\mathrm{e^-} \longrightarrow 4\,\mathrm{H_2O}$ . Somando-a à do ânodo e simplificando $7\,\mathrm{H^+}$ e $2\,\mathrm{H_2O}$ de ambos os lados, resta $\mathrm{CH_3COO^-} + \mathrm{H^+} + 2\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 2\,\mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}$ .
Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.
Alternativa D: $\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq) + 6 $\mathrm{H_2O}$ (l) $\longrightarrow$ 2 $\mathrm{CO_2}$ (g) + 2 $\mathrm{O_2}$ (g) + 15 $\mathrm{H^+}$ (aq)
Justificativa
Esta alternativa está errada. O oxigênio aparece como produto, mas na célula ele é consumido no cátodo, onde reage com os prótons e os elétrons. Essa equação resulta de inverter a semirreação do cátodo antes de somá-la, e com isso os elétrons deixam de se cancelar. Quem a escolhe soma as semirreações sem respeitar o sentido em que cada uma ocorre.
Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.
Alternativa E: 2 $\mathrm{CO_2}$ (g) + 11 $\mathrm{H^+}$ (aq) + $\mathrm{O_2}$ (g) $\longrightarrow$ $\mathrm{CH_3COO^-}$ (aq) + 4 $\mathrm{H_2O}$ (l)
Justificativa
Esta alternativa está errada. Ela não conserva a carga elétrica, com $+11$ à esquerda e $-1$ à direita, e representa o sentido contrário ao da célula, em que $\mathrm{CO_2}$ e $\mathrm{O_2}$ seriam reagentes. No funcionamento da célula o acetato é oxidado, produzindo $\mathrm{CO_2}$ , e não formado.
Não revisado · Explicação gerada por IA; pode conter erros.

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Fonte e auditoria

Código INEP: 141598
Código da prova: 1422
Arquivo do PDF: 2024_PV_impresso_D2_CD6.pdf