Questão 121 do Enem 2017: a associação de pilhas que acende o LED azul

Enem 2017 · 2º dia · caderno azul · Química · Físico-química

Nos outros cadernos: amarelo 117 · cinza 109 · rosa 111

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C Quatro béqueres: grafite em Ce⁴⁺/Ce³⁺ com ponte salina a Zn em Zn²⁺; o Zn ligado por fio ao grafite em Cr₂O₇²⁻, com ponte salina a Ni em Ni²⁺. O LED liga o primeiro grafite ao níquel

A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro.

Semirreação de redução	E° (V)
Ce⁴⁺(aq) + e⁻ → Ce³⁺(aq)	+1,61
Cr₂O₇²⁻(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺(aq) + 7 H₂O(l)	+1,33
Ni²⁺(aq) + 2 e⁻ → Ni(s)	−0,25
Zn²⁺(aq) + 2 e⁻ → Zn(s)	−0,76

Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul?

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

Qual montagem de duas pilhas em série dá pelo menos 3,6 V.

Montando as pilhas mais fortes

A tensão de uma pilha é a diferença entre o potencial do cátodo (maior E°) e o do ânodo (menor E°). Para ter tensão alta, cada pilha precisa ter um oxidante forte (Ce⁴⁺ ou Cr₂O₇²⁻, no grafite) e um metal redutor (Zn ou Ni).

Duas combinações possíveis:

Pilha 1	Pilha 2	Soma
Ce⁴⁺ / Zn: 1,61 + 0,76 = 2,37 V	Cr₂O₇²⁻ / Ni: 1,33 + 0,25 = 1,58 V	3,95 V
Ce⁴⁺ / Ni: 1,61 + 0,25 = 1,86 V	Cr₂O₇²⁻ / Zn: 1,33 + 0,76 = 2,09 V	3,95 V

A ligação em série

Em série, o polo negativo de uma pilha (o metal, ânodo) liga-se ao polo positivo da outra (o grafite, cátodo). Só assim as tensões se somam.

Na montagem C, o zinco da primeira pilha está ligado ao grafite da segunda: negativo com positivo. A soma é 3,95 V, suficiente para o LED. Nas montagens A e B, metal está ligado a metal, e as pilhas trabalham uma contra a outra.

Alternativa C.

C Gabarito: alternativa C

Por que as outras alternativas estão erradas

A
As pilhas são Ce/Ni (1,86 V) e Zn/Cr₂O₇²⁻ (2,09 V), mas o fio liga níquel a zinco, os dois polos negativos. Elas ficam em oposição: sobram 0,23 V. (17,2% marcaram)
B
As pilhas Ce/Zn (2,37 V) e Ni/Cr₂O₇²⁻ (1,58 V) estão ligadas polo negativo com polo negativo (Zn com Ni). As tensões se subtraem: 0,79 V. (22,1% marcaram)
D
Foi a mais marcada. Junta os dois oxidantes fortes numa pilha (1,61 − 1,33 = 0,28 V) e os dois metais na outra (0,51 V). Mesmo somadas, ficam abaixo de 1 V. (23,5% marcaram)
E
Também junta Ce com Cr₂O₇²⁻ e Zn com Ni: duas pilhas de baixa tensão. (18% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 4.435.081 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIMédiaParâmetro B: 673 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 17ª mais difícil de 45 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.

Acertaram19%dos candidatos marcaram a C

Habilidade 21 · Competência 6Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.

Como os candidatos responderam

A17,2%
B22,1%
C19% ✓ gabarito
D23,5% mais marcada
E18%

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza

abaixo de 50016,3%
500 a 60019,4%
600 a 70026,4%
700 ou mais51,7%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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