Questão 92 do ENEM 2024 comentada
Como combinar semirreações para encontrar a reação global de uma célula a combustível microbiana.
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.
CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (I) → 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻ 4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (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?
- ACH₃COO⁻ (aq) + O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H⁺ (aq)
- BCO₂ (g) + O₂ (g) + H⁺ (aq) → H₂O (l) + CH₃COO⁻ (aq)
- CCH₃COO⁻ (aq) + H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (l)
- DCH₃COO⁻ (aq) + 6 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 2 O₂ (g) + 15 H⁺ (aq)
- E2 CO₂ (g) + 11 H⁺ (aq) + O₂ (g) → CH₃COO⁻ (aq) + 4 H₂O (l)
Tente resolver antes de abrir. Errar aqui é de graça.
Ver a resposta e a resolução
O que a questão cobra
A questão exige combinar as semirreações de oxidação e redução, cancelando os elétrons transferidos. Também é preciso identificar, na figura, o sentido do fluxo de elétrons e de prótons.
Resolução
A matéria orgânica é oxidada no ânodo, enquanto o oxigênio é reduzido no cátodo. A figura mostra os elétrons seguindo pelo fio até o cátodo e os prótons atravessando a membrana. Para obter a reação global, igualamos o número de elétrons nas duas semirreações.
Um fio condutor externo possibilita a migração dessa corrente para uma segunda câmara, promovendo uma reação química.
A oxidação libera 8 elétrons. Como a redução consome 4, multiplicamos a reação do cátodo por 2:
8 H⁺ + 2 O₂ + 8 e⁻ → 4 H₂O
Somando as semirreações, cancelamos os 8 elétrons. Dos 8 H⁺ consumidos no cátodo, 7 são fornecidos pela oxidação; resta 1 H⁺ como reagente. Das 4 moléculas de água formadas no cátodo, 2 compensam as 2 consumidas na oxidação; restam 2 como produto. Assim, a equação global consome acetato, prótons e oxigênio e forma dióxido de carbono e água.
Alternativa por alternativa
- A
A equação consome acetato e forma dióxido de carbono, mas seus coeficientes não representam o balanço das semirreações: faltam água como produto e os coeficientes de oxigênio e prótons não correspondem à soma.
- B
Está no sentido oposto ao processo indicado: consome dióxido de carbono e forma acetato, enquanto a oxidação do acetato produz dióxido de carbono.
- C
Correta. Está certa: ao somar as semirreações, os elétrons se cancelam e a equação resultante consome acetato, próton e oxigênio, formando dióxido de carbono e água.
- D
Não representa a reação do cátodo, que consome oxigênio; nesta alternativa, o O₂ aparece como produto. Os coeficientes também não resultam da soma das semirreações.
- E
Está no sentido oposto ao processo: consome dióxido de carbono e forma acetato, em vez de oxidar o acetato e produzir dióxido de carbono.
Para lembrarNa reação global, iguale os elétrons das semirreações e cancele as espécies que aparecem dos dois lados.
Resolução escrita com ajuda de IA a partir do gabarito oficial e revisada por um segundo modelo antes de ir ao ar. Achou erro? Avise a gente.
Essa caiu. Outras do mesmo assunto também vão.
No enemjuntos você treina Transformações químicas e energia elétrica com questões oficiais do mesmo assunto, e o app te chama para revisar antes de você esquecer.
Treinar esse assunto grátis →