Capítulo Especial: ENEM e Eletroquímica - O Desafio Final

Olá, futuro universitário! A eletroquímica é um tema recorrente e importante no Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM). Este capítulo foi preparado para você testar seus conhecimentos com questões que já caíram na prova e com exercícios inéditos no mesmo estilo. Lembre-se: a prática leva à perfeição!

Questões do ENEM

Questão 1 (ENEM/2010 - Adaptada) - Eletrólise

A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais que podem ser recuperados por esse processo. Em uma das etapas do processo de purificação, o cobre impuro (ânodo) e o cobre puro (cátodo) são imersos em uma solução aquosa de sulfato de cobre(II) ($\text{CuSO}_4$), e uma corrente elétrica é aplicada.

O que ocorre no ânodo e no cátodo, respectivamente, é:

a) Oxidação do $\text{Cu}^{2+}$ e redução do $\text{Cu}$ metálico.
b) Redução do $\text{Cu}^{2+}$ e oxidação do $\text{Cu}$ metálico.
c) Oxidação do $\text{Cu}$ metálico e redução do $\text{Cu}^{2+}$.
d) Redução do $\text{Cu}$ metálico e oxidação do $\text{Cu}^{2+}$.
e) Oxidação do $\text{Cu}$ metálico e oxidação do $\text{Cu}^{2+}$.

Resposta Correta: C

Comentário: Em um processo de eletrólise para purificação de metais, o metal impuro atua como ânodo (polo positivo), onde ocorre a oxidação do metal ($\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2e^-$). O metal puro atua como cátodo (polo negativo), onde ocorre a redução do íon metálico presente na solução ($\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$).

Questão 2 (ENEM/2012 - Adaptada) - Pilhas e Corrosão

O ferro é um metal que pode ser corroído em contato com o ar úmido, formando a ferrugem. Para proteger estruturas de ferro, utiliza-se a técnica de galvanização, que consiste em revestir o ferro com uma camada de um metal mais reativo, como o zinco.

Ao ser riscado, o zinco exposto à atmosfera úmida continua protegendo o ferro, pois:

a) O zinco atua como cátodo em uma pilha eletroquímica, sofrendo redução e impedindo a oxidação do ferro.
b) O zinco atua como ânodo de sacrifício, sofrendo oxidação e fornecendo elétrons para o ferro.
c) O ferro atua como ânodo, sofrendo oxidação e protegendo o zinco.
d) O zinco e o ferro se oxidam simultaneamente, mas a velocidade de oxidação do zinco é maior.
e) O zinco impede a formação de água na superfície do ferro, eliminando o eletrólito da reação.

Resposta Correta: B

Comentário: O zinco é um metal mais reativo (menor potencial de redução) que o ferro. Quando a camada é riscada, forma-se uma pilha eletroquímica onde o metal de maior potencial de oxidação (o zinco) atua como ânodo de sacrifício, sofrendo oxidação e liberando elétrons. Esses elétrons são transferidos para o ferro, que passa a atuar como cátodo (polo positivo), onde ocorre a redução do oxigênio, impedindo a oxidação (corrosão) do ferro.

Questão 3 (ENEM/2017 - Adaptada) - Potencial de Redução

A bateria de níquel-cádmio (NiCd) foi uma das primeiras baterias recarregáveis a ser comercializada. As semirreações que ocorrem em meio alcalino são:

$\text{Cd(OH)}_2(s) + 2e^- \rightarrow \text{Cd}(s) + 2\text{OH}^-(aq)$ $\text{E}^0 = -0,82 \text{ V}$

$\text{NiOOH}(s) + \text{H}_2\text{O}(l) + e^- \rightarrow \text{Ni(OH)}_2(s) + \text{OH}^-(aq)$ $\text{E}^0 = +0,49 \text{ V}$

Qual é a diferença de potencial (ddp) teórica da pilha NiCd?

a) $-1,31 \text{ V}$
b) $-0,33 \text{ V}$
c) $+0,33 \text{ V}$
d) $+1,31 \text{ V}$
e) $+2,13 \text{ V}$

Resposta Correta: D

Comentário: A diferença de potencial (ddp) de uma pilha é calculada pela fórmula: $\text{ddp} = \text{E}^0_{\text{maior}} - \text{E}^0_{\text{menor}}$. Neste caso, a semirreação com o maior potencial de redução ($+0,49 \text{ V}$) será a redução (cátodo), e a semirreação com o menor potencial de redução ($-0,82 \text{ V}$) será a oxidação (ânodo). $\text{ddp} = (+0,49 \text{ V}) - (-0,82 \text{ V}) = +1,31 \text{ V}$.

Questões no Estilo ENEM - Desafio Manuscrito

Questão 4 - Pilhas e Meio Ambiente

O descarte inadequado de pilhas e baterias é uma preocupação ambiental, pois elas contêm metais pesados que podem contaminar o solo e a água. Considere uma pilha comum de zinco-carbono, onde as semirreações são:

$\text{Zn}(s) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2e^-$

$2\text{MnO}_2(s) + 2\text{NH}_4^+(aq) + 2e^- \rightarrow \text{Mn}_2\text{O}_3(s) + 2\text{NH}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$

No funcionamento dessa pilha, o zinco metálico atua como:

a) Cátodo, sofrendo redução.
b) Ânodo, sofrendo redução.
c) Cátodo, sofrendo oxidação.
d) Ânodo, sofrendo oxidação.
e) Agente oxidante, sofrendo oxidação.

Resposta Correta: D

Comentário: A semirreação $\text{Zn}(s) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2e^-$ é uma reação de oxidação (perda de elétrons), que ocorre no ânodo de uma pilha. O zinco metálico, ao perder elétrons, atua como agente redutor.

Questão 5 - Eletrólise e Aplicações

A galvanoplastia é um processo de eletrólise utilizado para revestir peças metálicas com uma fina camada de outro metal, como o cromo, para fins estéticos ou de proteção contra corrosão. Em um banho de cromo, a reação que ocorre no cátodo é a redução do íon $\text{Cr}^{3+}$ a cromo metálico ($\text{Cr}$).

Para que 0,5 mol de $\text{Cr}$ metálico seja depositado em uma peça, a quantidade de carga elétrica (em Coulombs) necessária, considerando a constante de Faraday ($\text{F} \approx 96500 \text{ C/mol}$), é:

a) $96500 \text{ C}$
b) $144750 \text{ C}$
c) $193000 \text{ C}$
d) $289500 \text{ C}$
e) $482500 \text{ C}$

Resposta Correta: B

Comentário: A reação de redução do cromo é: $\text{Cr}^{3+} + 3e^- \rightarrow \text{Cr}(s)$. Pela estequiometria, 1 mol de $\text{Cr}$ requer 3 mols de elétrons. A carga total ($Q$) é dada por $Q = n \times F \times z$. $Q = 0,5 \text{ mol} \times 96500 \text{ C/mol} \times 3 = 144750 \text{ C}$.

Questão 6 - Corrosão e Proteção

Em regiões litorâneas, a corrosão de estruturas metálicas é acelerada devido à alta concentração de íons $\text{Cl}^-$ no ar e na água, que atuam como eletrólito. A proteção catódica é uma técnica comum, onde um metal de sacrifício é conectado à estrutura a ser protegida.

Se uma tubulação de aço (principalmente ferro) deve ser protegida, qual dos metais abaixo seria o mais adequado para ser usado como ânodo de sacrifício?

Semirreação	$\text{E}^0 (\text{V})$
$\text{Zn}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Zn}$	$-0,76$
$\text{Fe}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Fe}$	$-0,44$
$\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$	$+0,34$
$\text{Ag}^{+} + e^- \rightarrow \text{Ag}$	$+0,80$

a) Cobre ($\text{Cu}$)

b) Prata ($\text{Ag}$)

c) Ferro ($\text{Fe}$)

d) Zinco ($\text{Zn}$)

e) Qualquer metal com $\text{E}^0$ positivo.

Resposta Correta: D

Comentário: Para que um metal atue como ânodo de sacrifício, ele deve ter maior tendência a se oxidar do que o metal a ser protegido (o ferro). Em termos de potencial de redução ($\text{E}^0$), isso significa que ele deve ter o **menor potencial de redução** (ou o maior potencial de oxidação). O zinco ($\text{E}^0 = -0,76 \text{ V}$) é o único metal listado com potencial de redução menor que o ferro ($\text{E}^0 = -0,44 \text{ V}$), o que significa que ele se oxidará preferencialmente, protegendo a tubulação de aço.

Semirreação	$\text{E}^0 (\text{V})$
\(\text{Zn}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Zn}\)	$-0,76$
\(\text{Fe}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Fe}\)	$-0,44$
\(\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}\)	$+0,34$
\(\text{Ag}^{+} + e^- \rightarrow \text{Ag}\)	$+0,80$