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Questão 120

ENEM 2024, Ciências da Natureza Dificuldade: Média Favoritar

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: à esquerda, o ânodo recebe matéria orgânica (CH₃COO⁻) e libera CO₂; H⁺ atravessa a membrana; à direita, o cátodo recebe O₂ e libera H₂O; os elétrons circulam pelo fio externo do ânodo para o cátodo

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?

Ver gabarito e resolução

Em resumo: Somando a oxidação do acetato com duas vezes a redução do O₂ (8 elétrons cada lado): CH₃COO⁻ + H⁺ + 2 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O.

Gabarito oficial: alternativa C.

Resolução

A questão pede a reação global da célula a combustível microbiana.

Para somar as semirreações, o número de elétrons cedidos deve ser igual ao de recebidos:

  1. Ânodo (oxidação): CH₃COO⁻ + 2 H₂O → 2 CO₂ + 7 H⁺ + 8 e⁻.
  2. Cátodo (redução), multiplicado por 2 para ter 8 elétrons: 8 H⁺ + 2 O₂ + 8 e⁻ → 4 H₂O.
  3. Somando e cancelando o que aparece dos dois lados (8 e⁻, 7 H⁺ e 2 H₂O): CH₃COO⁻ + H⁺ + 2 O₂ → 2 CO₂ + 2 H₂O.

Alternativas

  • A) Errada. Os hidrogênios e oxigênios não estão balanceados, e há só um O₂.
  • B) Errada. Inverte o sentido da reação: o acetato é consumido, não produzido.
  • C) Correta. É a soma correta das duas semirreações.
  • D) Errada. Não há O₂ sendo produzido; ele é consumido no cátodo.
  • E) Errada. Também inverte a reação, formando acetato.

Logo, a resposta é a alternativa C.

Fonte: INEP/MEC.

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