O que é uma célula a combustível microbiana (CCM)?

É um dispositivo que utiliza microrganismos para converter matéria orgânica em energia elétrica por meio de reações de oxirredução.

O que ocorre na câmara onde as bactérias formam biofilme em uma CCM?

As bactérias oxidam a matéria orgânica, liberando elétrons que são transferidos para um eletrodo.

Qual é o papel do oxigênio na CCM apresentada?

O oxigênio atua como agente oxidante, recebendo elétrons e sendo reduzido a água na câmara catódica.

Como se obtém a reação global de uma célula eletroquímica?

Somando as semi-reações de oxidação e redução, igualando o número de elétrons transferidos e cancelando espécies comuns.

O que significa balancear uma equação química?

Significa garantir que o número de átomos de cada elemento e as cargas estejam iguais nos dois lados da equação.

Por que é importante igualar o número de elétrons nas semi-reações?

Para garantir que a transferência de elétrons seja consistente e a soma das semi-reações represente o processo global corretamente.

Qual é a principal aplicação das CCMs em termos ambientais?

Elas permitem tratar efluentes enquanto geram eletricidade, contribuindo para o saneamento e a produção sustentável de energia.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

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

ENEM 2024 Questão 92

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.

Carregando imagem...

$$\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + 2\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 7\,\text{H}^+\,\text{(aq)} + 8\,\text{e}^-$$ $$4\,\text{H}^+\,\text{(aq)} + \text{O}_2\,\text{(g)} + 4\,\text{e}^- \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$$

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?

A $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + \text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 3\,\text{H}^+\,\text{(aq)}$ B $\text{CO}_2\,\text{(g)} + \text{O}_2\,\text{(g)} + \text{H}^+\,\text{(aq)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}\,\text{(l)} + \text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)}$ C $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + \text{H}^+\,\text{(aq)} + 2\,\text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 2\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$ D $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + 6\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 2\,\text{O}_2\,\text{(g)} + 15\,\text{H}^+\,\text{(aq)}$ E $2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 11\,\text{H}^+\,\text{(aq)} + \text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + 4\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$

Anterior Próxima

Resolução

Verificando acesso Premium...

A questão aborda o funcionamento das células a combustível microbianas (CCM), que convertem matéria orgânica de efluentes em energia elétrica por meio de reações de oxirredução. Para resolvê-la, é necessário compreender como somar as semi-reações fornecidas (oxidação do acetato e redução do oxigênio), igualando o número de elétrons transferidos para obter a reação global. O passo a passo envolve: (1) identificar as semi-reações; (2) multiplicar a segunda semi-reação por 2 para igualar o número de elétrons (8); (3) somar as duas, cancelando espécies comuns (elétrons, prótons e água, se necessário); (4) comparar o resultado com as alternativas. A alternativa correta é aquela que representa a soma correta das semi-reações, com reagentes e produtos balanceados.

Comentários por alternativa

A $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + \text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 3\,\text{H}^+\,\text{(aq)}$

A alternativa A está errada porque não há balanceamento correto dos átomos de oxigênio e hidrogênio, e o número de prótons não condiz com a soma das semi-reações fornecidas.
B $\text{CO}_2\,\text{(g)} + \text{O}_2\,\text{(g)} + \text{H}^+\,\text{(aq)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}\,\text{(l)} + \text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)}$

A alternativa B está invertida: apresenta produtos e reagentes trocados em relação ao processo real da célula a combustível, além de não estar balanceada.
C $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + \text{H}^+\,\text{(aq)} + 2\,\text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 2\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$

A alternativa C está correta pois representa a soma balanceada das semi-reações: ao combinar as duas, temos 1 acetato, 1 próton e 2 oxigênios formando 2 CO2 e 2 H2O, com todos os elementos e cargas devidamente balanceados.
D $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + 6\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 2\,\text{O}_2\,\text{(g)} + 15\,\text{H}^+\,\text{(aq)}$

A alternativa D está errada porque adiciona água e oxigênio em quantidades incompatíveis com as semi-reações, além de gerar um número incorreto de prótons.
E $2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 11\,\text{H}^+\,\text{(aq)} + \text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + 4\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$

A alternativa E está incorreta pois inverte reagentes e produtos, além de apresentar números errados de prótons e moléculas de água, o que não corresponde à reação global da CCM.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

1 / 7

1. O que é uma célula a combustível microbiana (CCM)?: É um dispositivo que utiliza microrganismos para converter matéria orgânica em energia elétrica por meio de reações de oxirredução.
2. O que ocorre na câmara onde as bactérias formam biofilme em uma CCM?: As bactérias oxidam a matéria orgânica, liberando elétrons que são transferidos para um eletrodo.
3. Qual é o papel do oxigênio na CCM apresentada?: O oxigênio atua como agente oxidante, recebendo elétrons e sendo reduzido a água na câmara catódica.
4. Como se obtém a reação global de uma célula eletroquímica?: Somando as semi-reações de oxidação e redução, igualando o número de elétrons transferidos e cancelando espécies comuns.
5. O que significa balancear uma equação química?: Significa garantir que o número de átomos de cada elemento e as cargas estejam iguais nos dois lados da equação.
6. Por que é importante igualar o número de elétrons nas semi-reações?: Para garantir que a transferência de elétrons seja consistente e a soma das semi-reações represente o processo global corretamente.
7. Qual é a principal aplicação das CCMs em termos ambientais?: Elas permitem tratar efluentes enquanto geram eletricidade, contribuindo para o saneamento e a produção sustentável de energia.

Questões do mesmo tema

Eletroquímica