Semana (Enem 2016)

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2 1. (Enem 216) Texto I Biocélulas combustíveis são uma alternativa tecnológica para substituição das baterias convencionais. Em uma biocélula microbiológica, bactérias catalisam reações de oxidação de substratos orgânicos. Liberam elétrons produzidos na respiração celular para um eletrodo, onde fluem por um circuito externo até o cátodo do sistema, produzindo corrente elétrica. Uma reação típica que ocorre em biocélulas microbiológicas utiliza o acetato como substrato. AQUINO NETO. S. Preparação e caracterização de bioanodos para biocélula e combustível etanol/ O. 2 Disponível em: Acesso em: 23 jun. 215 (adaptado). Texto II Em sistemas bioeletroquímicos, os potenciais padrão (E ') apresentam valores característicos. Para as biocélulas de acetato, considere as seguintes semirreações de redução e seus respectivos potenciais: 2 CO2 7 H 8e CH3OO 2 H2O E ',3 V O2 4 H 4e 2 H2O E ',8 V SCOTT, K.; YU, E. H. Microbial electrochemical and fuel cells: fundamentals and applications. Woodhead Publishing Series in Energy. n. 88, 216 (adaptado). Nessas condições, qual é o número mínimo de biocélulas de acetato, ligadas em série, necessárias para se obter uma diferença de potencial de 4,4V? a) 3 b) 4 c) 6 d) 9 e) (Enem 215) A calda bordalesa é uma alternativa empregada no combate a doenças que afetam folhas de plantas. Sua produção consiste na mistura de uma solução aquosa de sulfato de cobre(ii), CuSO 4, com óxido de cálcio, CaO e sua aplicação só deve ser realizada se estiver levemente básica. A avaliação rudimentar da basicidade dessa solução é realizada pela adição de três gotas sobre uma faca de ferro limpa. Após três minutos, caso surja uma mancha avermelhada no local da aplicação, afirma-se que a calda bordalesa ainda não está com a basicidade necessária. O quadro apresenta os valores de potenciais padrão de redução (E o ) para algumas semirreações de redução. Semirreação de redução E o (V) Ca 2+ (aq) + 2e Ca (s) 2,87 Fe 3+ (aq) + 3e Fe (s),4 Cu 2+ (aq) + 2e Cu (s) +,34 Cu + (aq) + e Cu (s) +,52 Fe 3+ (aq) + e Fe 2+ (s) +,77 MOTTA, I. S. Calda bordalesa: utilidades e preparo. Dourados: Embrapa, 28 (adaptado). A equação química que representa a reação de formação da mancha avermelhada é: a) Ca 2+ (aq) + 2 Cu + (aq) Ca (s) + 2 Cu + (aq) b) Ca 2+ (aq) + 2 Fe 2+ (aq) Ca (s) + 2 Fe 3+ (aq) c) Cu 2+ (aq) + 2 Fe 2+ (aq) Cu (s) + 2 Fe 3+ (aq) d) 3 Ca 2+ (aq) + 2 Fe (s) 3 Ca (s) + 2 Fe 3+ (aq) e) 3 Cu 2+ (aq) + 2 Fe (s) 3 Cu (s) + 2 Fe 3+ (aq) 3. (Enem 214) A revelação das chapas de raios X gera uma solução que contém íons prata na forma de Ag(S 2 O 3 ) 2 3. Para evitar a descarga desse metal no ambiente, a recuperação de prata metálica pode ser feita tratando eletroquimicamente essa solução com uma espécie adequada. O quadro apresenta semirreações de redução de alguns íons metálicos. Semirreação de redução E (V) 3 Ag(S 2 O 3 ) 2 (aq) + e 2 Ag (s) + 2 S 2 O 3 (aq) +,2 Cu 2+ (aq) + 2e Cu (s) +,34 Pt 2+ (aq) + 2e Pt (s) +1,2 Al 3+ (aq) + 3e Al (s) 1,66 Sn 2+ (aq) + 2e Sn (s),14 Zn 2+ (aq) + 2e Zn (s),76 BENDASSOLLI, J. A. et al. Procedimentos para a recuperação de Ag de resíduos líquidos e sólidos. Química Nova, v. 26, n. 4, 23 (adaptado).

3 Das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é a) Cu (s) b) Pt (s) c) Al 3+ (aq) d) Sn (s) e) Zn 2+ (aq) 4. (Enem 213) Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande. Na outra face do dispositivo o filme de polipirrol sofre redução, expulsando ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na figura. a) absorve a irradiação de partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de polipirrol. b) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico. c) mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de polipirrol. d) permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de potencial, gerando corrente elétrica. e) promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial. 5. (Enem PPL 213) O Instituto Luiz Coimbra (UFRJ) lançou o primeiro ônibus urbano movido a hidrogênio do Hemisfério Sul, com tecnologia inteiramente nacional. Sua tração provém de três fontes de energia, sendo uma delas a pilha de combustível, na qual o hidrogênio, gerado por um processo eletroquímico, reage com o oxigênio do ar, formando água. FRAGA, I. Disponível em: Acesso em: 2 jul. 21 (adaptado). A transformação de energia que ocorre na pilha de combustível responsável pelo movimento do ônibus decorre da energia cinética oriunda do(a) a) calor absorvido na produção de água. b) expansão gasosa causada pela produção de água. c) calor liberado pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio. d) contração gasosa causada pela reação entre o hidrogênio e o oxigênio. e) eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio. A camada central de eletrólito polimérico é importante porque 6. (Enem 212) O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou

4 muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma lenda urbana, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. Nos próximos anos, uma nova tecnologia de geração de energia elétrica deverá ganhar espaço: as células a combustível hidrogênio/oxigênio. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais: Semirreação Potencial Padrão de Redução (V) Li e Li 3,5 K e K 2,93 2 Mg 2 e Mg 2,36 3 A 3 e A 1,66 2 Zn 2 e Zn,76 2 Cu 2 e Cu +,34 Disponível em: Acesso em: 28 fev. 212 (adaptado). Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? a) Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. b) Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. c) Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio. d) Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. e) Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. 7. (Enem 21) O crescimento da produção de energia elétrica ao longo do tempo tem influenciado decisivamente o progresso da humanidade, mas também tem criado uma séria preocupação: o prejuízo ao meio ambiente. VILLULLAS, H. M; TICIANELLI, E. A; GONZÁLEZ, E. R. Química Na Nova Escola. Nº- 15, maio 22. Com base no texto e na figura, a produção de energia elétrica por meio da célula a combustível hidrogênio/ oxigênio diferencia-se dos processos convencionais porque a) transforma energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado é a água. b) converte a energia química contida nas moléculas dos componentes em energia térmica, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. c) transforma energia química em energia elétrica, porém emite gases poluentes da mesma forma que a produção de energia a partir dos combustíveis fósseis. d) converte energia elétrica proveniente dos combustíveis fósseis em energia química, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente. e) converte a energia potencial acumulada nas moléculas de água contidas no sistema em energia química, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. 8. (UEL PR) Considere a tabela de potencial padrão de redução a seguir.

5 Semi-reação E o (red) (V) Al e - Al 1,66 Zn e - Zn,76 Fe e - Fe,44 Sn e - Sn,14 Cu e - Cu +,34 Ag e - Ag +,8 Os cascos de navios, normalmente feitos de ferro, são protegidos da corrosão mediante a colocação de metais de sacrifício, ou seja, metais que sofrem preferencialmente a corrosão. Com base no exposto acima, é correto afirmar: a) A corrosão ocorre porque o oxigênio é oxidado e o ferro se transforma em Fe(OH) 3. b) O metal de sacrifício deve ter um potencial padrão de redução menor que o do metal que se deseja proteger. c) O metal de sacrifício deve ser um redutor mais fraco que o ferro. d) O metal de sacrifício atua doando elétrons como se fosse o cátodo de uma pilha. e) Da tabela, pode-se concluir que o melhor metal de sacrifício é a prata. Considerando seus conhecimentos de química e a tabela de potenciais de redução impressa abaixo, assinale a opção que apresenta o metal mais adequado para esse fim. Metal Potencial de redução em volts Cobre 2 Cu 2 e Cu E,34 Ferro 2 Fe 2 e Fe E,44 Magnésio 2 Mg 2 e Mg E 2,37 Potássio K 1e K E 2,93 2 Cádmio Cd 2 e Cd E,4 a) Potássio. b) Cádmio. c) Cobre. d) Magnésio. 9. (IFSP 217) Em uma pilha, quanto maior for a diferença de potencial (ddp) existente, maior será a tendência de ocorrer, espontaneamente, a reação de oxirredução. Cinco pilhas iguais colocadas em série resultam em uma ddp de 1 V. Sabendo-se que o cátodo desta pilha possui um potencial de E,34 V, então pode-se afirmar que o ânodo terá a) 1,66 V. b) 2, V. c) 1,66 V. d) 2, V. e),34 V. 1. (UECE 217) Para preservar o casco de ferro dos navios contra o efeitos danosos da corrosão, além da pintura são introduzidas placas ou cravos de certo material conhecido como metal de sacrifício. A função do metal de sacrifício é sofrer oxidação no lugar do ferro.

6 GABARITO: 1: [B] 2 CO2 7 H 8e CH3OO 2 H2O E ',3 V (inverter) O2 4 H 4e 2 H2O E ',8 V (manter e multiplicar por 2),8 V,3 V CH3COO 2 H2O 2 CO2 7 H 8e 2 O2 8 H 8 e 4 (2)H2O Global CH3COO 2 O2 2 CO2 2 H2O E Emaior Emenor,8 (,3) 1,1 V Etotal 4,4 V 1,1 n 4,4 n 4 2: [E] Tem-se a aplicação de uma solução de 2 2 CuSO 4 (Cu (SO 4) ) em uma placa de ferro 2 (Fe ), conclui-se que Cu e Fe estão envolvidos no processo. A partir do quadro selecionamos as equações envolvidas, ou seja, aquelas que 2 apresentam Cu e Fe : Semirreação de redução E (V) 3 Fe 3e Fe,4 2 Cu 2e Cu,34,34 V,4 V Fe 3e Fe ( 2; inverter) Cu 2e Cu ( 3; manter) 3 2Fe 2Fe 6e 3Cu 6e 3Cu 2 Global 3 2Fe 3Cu 2Fe 3Cu 2 Global 3 3Cu (aq) 2Fe (s) 3Cu(s) 2Fe (aq) 3: [D] Neste caso a espécie adequada para essa recuperação deve apresentar o potencial de redução menor do que os íons prata na forma de Ag(S O ) (,2 V). Logo, temos três opções: 3 A (aq) 3e A (s) 1,66 2 Sn (aq) 2e Sn(s),14 2 Zn (aq) 2e Zn(s),76 ou seja, 3 2 Ag(S2O 3 ) 2 (aq) e Ag(s) 2S2O 3 (aq) (redução) X(s) X (aq) e (oxidação) Então, 3 2 2Ag(S2 O 3 ) 2 (aq) 2e 2 Ag(s) 4S2O 3 (aq) (redução) 2 Sn(s) Sn (aq) 2e (oxidação) Conclusão: das espécies apresentadas, a adequada para essa recuperação é Sn(s). 4: [B] A camada central de eletrólito polimérico é importante porque permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico: Polipirrol Pp Ânion proveniente do sal A Pp Pp e (oxidação) Pp A Pp A Pp A e Pp A (redução) 5: [E] Na pilha de combustível, teremos: H2O + 2e OH Ânodo: H + 2OH Cátodo: ½ O + H O + 2e Reação global: H + ½ O H O 2 2 2

7 A eletricidade gerada pela reação de oxirredução do hidrogênio com o oxigênio provocará o movimento do ônibus. 6: [E] Os metais que poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio (ou seja, proteger o alumínio da oxidação) devem apresentar menores potenciais de redução do que o do alumínio e neste caso o lítio e o potássio se encaixam. 1: [D] Quanto menor o potencial de redução, mais adequado será o metal de sacrifício, pois sofrerá oxidação com mais facilidade. De acordo com a tabela os menores potenciais de redução pertencem ao magnésio e ao potássio. Supondo que o as placas ou cravos sejam compostas por esses metais, o magnésio seria a melhor escolha, pois é menos reativo na presença de água. 3,5 Li e Li K e K 2,93 3 A 3 e A 1,66 7: [A] Nas pilhas de combustível baseadas em hidrogênio, há um processo de oxirredução (troca de elétron) com a reação global. H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) Logo, há transformação de energia química em energia elétrica, com formação de água. 8: [B] 9: [C] Como foram colocadas 5 pilhas em série, com tensão total de 1 V, cada pilha contribuiu com 2V cada, assim: red (maior) red (menor) ΔE E E 2V,34 E red (menor) red (menor) E 2V,34 E red (menor) 1,66 V