Espaço da Física · Prof. Flávio

Questão 92 do Enem 2024: reação global da célula a combustível microbiana

Enem 2024 · 2º dia · caderno azul · Química · Físico-química

Nos outros cadernos: amarelo 120 · verde 106 · cinza 127

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C CH₃COO⁻ (aq) + H⁺ (aq) + 2 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

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.

Célula a combustível microbiana: duas câmaras separadas por uma membrana. À esquerda, o ânodo recebe matéria orgânica (CH₃COO⁻) e libera CO₂; à direita, o cátodo recebe O₂ e libera H₂O. Elétrons vão do ânodo ao cátodo por um fio externo e íons H⁺ atravessam a membrana da esquerda para a direita

CH₃COO⁻ (aq) + 2 H₂O (l) → 2 CO₂ (g) + 7 H⁺ (aq) + 8 e⁻

4 H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4 e⁻ → 2 H₂O (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?

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

A reação global de uma pilha é a soma das duas semirreações, a do ânodo (onde há oxidação) e a do cátodo (onde há redução). A regra de ouro: antes de somar, o número de elétrons cedidos tem que ser igual ao de elétrons recebidos.

Igualando os elétrons

O ânodo libera 8 elétrons. O cátodo, do jeito que está escrito, recebe só 4. Então multiplicamos a semirreação do cátodo por 2:

  • Ânodo: CH₃COO⁻ + 2 H₂O → 2 CO₂ + 7 H⁺ + 8 e⁻
  • Cátodo (×2): 8 H⁺ + 2 O₂ + 8 e⁻ → 4 H₂O

Somando e cortando

Somando tudo, os 8 elétrons se cancelam. Depois cortamos o que aparece dos dois lados:

  • H⁺: 8 do lado esquerdo e 7 do direito → sobra 1 H⁺ à esquerda;
  • H₂O: 2 do lado esquerdo e 4 do direito → sobram 2 H₂O à direita.
CH3COO−+H++2 O2→2 CO2+2 H2O\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ + 2\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Faz sentido: no fim das contas, a bactéria está “queimando” o acetato com oxigênio, e a pilha aproveita os elétrons que passam pelo fio no caminho.

Essa é a alternativa C.

C Gabarito: alternativa C

Por que as outras alternativas estão erradas

  • A

    Somou as semirreações sem igualar os elétrons: usou só 1 O₂, quando são necessários 2 para receber os 8 elétrons liberados pelo acetato. A equação nem fecha a conta dos átomos de oxigênio. (18,4% marcaram)

  • B

    É uma reação ao contrário: consome CO₂ e produz acetato. Na pilha, o acetato é o combustível, ele é consumido. (14,2% marcaram)

  • D

    Somou as duas semirreações como se o cátodo também liberasse O₂. O oxigênio é reagente no cátodo, não produto. (23,1% marcaram)

  • E

    Inverte a reação global: transforma CO₂ em acetato. Isso seria fotossíntese bacteriana, não uma pilha gerando eletricidade. (10,6% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 3.002.203 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIMédiaParâmetro B: 663 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 15ª mais difícil de 44 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.
Acertaram33,2%dos candidatos marcaram a C
Habilidade 26 · Competência 7Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.
Como os candidatos responderam
  • A18,4%
  • B14,2%
  • C33,2% ✓ gabarito
  • D23,1%
  • E10,6%

Em branco: 0,4% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza
  • abaixo de 50031,1%
  • 500 a 60032,1%
  • 600 a 70045,5%
  • 700 ou mais87,3%

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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