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Questão 92 — Células a combustível microbianas (CCM) são capazes de gerar eletricidade a partir de águas residuárias urbanas e agroindustriais. As CCM são compost…

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.

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

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?

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Resolução

Resposta correta: Letra C — $\text{CH}_3\text{COO}^-\,\text{(aq)} + \text{H}^+\,\text{(aq)} + 2\,\text{O}_2\,\text{(g)} \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,\text{(g)} + 2\,\text{H}_2\text{O}\,\text{(l)}$

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Esta questão aborda o funcionamento das células a combustível microbianas (CCM), que convertem matéria orgânica presente em águas residuárias em eletricidade, utilizando bactérias eletrogênicas. O aluno deve compreender o conceito de reação global em sistemas eletroquímicos, ou seja, somar as reações de oxidação (anodo) e redução (catodo) eliminando os intermediários (elétrons e íons que se cancelam). As reações fornecidas são: (1) oxidação do acetato (\(\text{CH}_3\text{COO}^-\)) produzindo \(\text{CO}_2\), prótons e elétrons; (2) redução do oxigênio a água, consumindo prótons e elétrons. O passo a passo envolve: igualar o número de elétrons transferidos nas duas semi-reações, somá-las e cancelar os termos comuns. Ao fazer isso, chega-se à reação global correta, que é a alternativa C.

Comentários por alternativa

  1. 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 incorreta porque não há balanço adequado dos átomos de oxigênio e hidrogênio. Além disso, o número de prótons (H^+) não está correto após a soma das semi-reações, e não há formação de água, que é esperada na reação global.
  2. 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 errada porque apresenta a reação no sentido inverso ao real: nela, o acetato seria formado a partir de CO_2, O_2 e H^+, o que não ocorre no funcionamento da CCM, além de não representar a produção de energia.
  3. 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. Ao somar as semi-reações fornecidas, igualando o número de elétrons (multiplicando a segunda por 2 para obter 8 elétrons), temos: \(\text{CH}_3\text{COO}^-\,(aq) + 2\,\text{H}_2\text{O}\,(l) \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,(g) + 7\,\text{H}^+\,(aq) + 8\,e^-\) e \(8\,\text{H}^+\,(aq) + 2\,\text{O}_2\,(g) + 8\,e^- \rightarrow 4\,\text{H}_2\text{O}\,(l)\). Somando e cancelando os 8 elétrons e 7 H^+ (resta 1 H^+), a reação global é: \(\text{CH}_3\text{COO}^-\,(aq) + \text{H}^+\,(aq) + 2\,\text{O}_2\,(g) \rightarrow 2\,\text{CO}_2\,(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}\,(l)\), exatamente como apresentado na alternativa C.
  4. 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 incorreta porque apresenta quantidades erradas de água, oxigênio e prótons, que não correspondem ao balanço das semi-reações fornecidas. Além disso, a reação sugere formação de O_2, o que não ocorre: o oxigênio é consumido no catodo.
  5. 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 errada porque apresenta os reagentes e produtos invertidos: nela, o acetato seria formado a partir de CO_2, H^+ e O_2, o que não corresponde ao processo de oxidação do acetato nas CCMs.

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.

Treino guiado

Detonando o Tema

O DIMVS vai preparar 3 perguntas sobre o mesmo tema desta questão: uma fácil, uma média e uma difícil.

1. Comece pelo fácil 2. Suba para o médio 3. Feche no difícil

Ao responder, você vê a resolução, comentários das alternativas e flashcards. No fim, o resultado mostra seu domínio do tema.

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