ONC · Química

Questões de Eletroquímica da ONC

11 questões oficiais da ONC sobre Eletroquímica, de 2017 a 2024, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 10 médias, 1 difícil.

Treine Eletroquímica com 11 questões da ONC

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6 questões de Eletroquímica resolvidas

ONC 2024 · 2º ano do ensino médio · Questão 1média

A indústria denominada de Cloro-Álcalis é responsável pela produção de produtos químicos utilizados no dia a dia, como água sanitária e hidróxido de sódio. O cloro possui uma extensa aplicabilidade na indústria. Além de estar presente na forma de hipoclorito na água sanitária é usado, por exemplo, para produção de um dos plásticos mais empregados em encanamentos (o PVC - policloreto de vinila). Na animação abaixo é apresentado um esquema simplificado de um dos processos usados na indústria Cloro-Álcalis. Trata-se de um sistema de eletrólise em que os reservatórios em que se encontram os dois eletrodos (cátodo e ânodo) são separados por uma membrana. Esta membrana possibilita o contato elétrico entre as duas soluções por meio da passagem de cátion de um lado para outro.

Fonte: Equipe ONC

Sobre o processo apresentado na animação, assinale a alternativa que apresenta os gases 1 e 2 produzidos.

A
gás 1 = hipoclorito; gás 2 = hidróxido.
B
gás 1 = cloreto; gás 2 = sulfato.
C
gás 1 = NaCl; gás 2 = Na₂SO₄.
D
gás 1 = Cl₂; gás 2 = H₂.
E
gás 1 = hipoclorito; gás 2 = H₂.

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Gabarito: D (elaborado pelo Treinamento 101)

Na eletrólise da água salina (NaCl), cada eletrodo faz uma reação:

Ânodo (+), oxidação: os íons cloreto perdem elétrons. 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻. É o gás 1, que sai do lado do ânodo.
Cátodo (−), redução: a água ganha elétrons. 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻. É o gás 2.

A membrana deixa passar só os cátions Na⁺, que vão para o lado do cátodo e se juntam ao OH⁻, formando NaOH.

Por que as outras erram: hipoclorito, cloreto, sulfato e hidróxido são íons dissolvidos, não gases; NaCl e Na₂SO₄ são os sais das soluções de entrada.

Resposta: D

Dica: no ânodo há oxidação (perda de elétrons) e no cátodo há redução. Na eletrólise de salmoura, sai Cl₂ no ânodo e H₂ no cátodo.

Questão 2 · ONC 2023 · 3º ano do ensino médio · Questão 4difícil

A análise coulométrica é uma técnica analítica eletroquímica que utiliza a quantidade de eletricidade consumida ou produzida durante uma reação eletroquímica para determinar a quantidade de um analito presente em uma amostra. Essa técnica é baseada na aplicação de uma corrente elétrica controlada em um sistema eletroquímico, onde ocorre a oxidação ou redução do analito. Na análise de água quanto ao teor de fenol (C₆H₅OH - massa molar = 94,11 g/mol), uma alíquota de 100,00 mL de amostra foi colocada em uma célula eletroquímica apropriada e acidificada, recebendo então a introdução de um excesso de brometo de potássio (KBr). A seguir, observou-se que foi necessária a passagem de uma corrente elétrica constante de 0,04 A (amperes) por 7 minutos pela célula, para a produção de bromo (Br₂) que consumiu todo o fenol, de acordo com a reação:

C₆H₅OH + 3 Br₂ → Br₃C₆H₂OH + 2 HBr.

Nas condições citadas, assinale a opção que mostra o teor de fenol na amostra analisada, em ppm (partes por milhão).

Dado: constante de Faraday, F = 96485 C/mol de e^-.

A
15,4 ppm
B
27,3 ppm
C
29,0 ppm
D
54,6 ppm
E
81,9 ppm

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Gabarito: B

1. Carga e elétrons.
Q = i·t = 0,04 × 420 s = 16,8 C.
n(e^-) = 16,8 ÷ 96485 ≈ 1,74 × 10^-4 mol.

2. Bromo gerado. 2 Br^- → Br₂ + 2 e^-:
n(Br₂) = 1,74 × 10^-4 ÷ 2 ≈ 8,71 × 10^-5 mol.

3. Fenol consumido. 1 fenol : 3 Br₂:
n(fenol) = 8,71 × 10^-5 ÷ 3 ≈ 2,90 × 10^-5 mol.
m = 2,90 × 10^-5 × 94,11 ≈ 2,73 × 10^-3 g = 2,73 mg.

4. Teor. 2,73 mg em 100 mL = 27,3 mg/L. Em água diluída, 1 mg/L = 1 ppm → 27,3 ppm.

Resposta: B (27,3 ppm).

Por que as outras atraem: quem esquece os 2 elétrons por Br₂ acha o dobro (54,6 ppm); quem esquece a proporção 1 : 3 acha o triplo (81,9 ppm).

Dica: em coulometria, siga a cadeia carga → mol de elétrons → mol do reagente gerado → mol do analito.

Questão 3 · ONC 2022 · 3º ano do ensino médio · Questão 4média

O procedimento mostrado na animação abaixo corresponde a uma restauração de um cutelo de aço antigo. Após remover a ferrugem mais superficial, o restaurador conectou a peça numa bateria e realizou uma eletrólise com o objetivo de remover a ferrugem mais interna. O cutelo foi conectado em dois pontos e ligado ao pólo negativo da bateria. Além disso, uma barra de aço ligada ao pólo positivo da bateria foi colocada na cuba eletrolítica. Observa-se também que, para a conexão com o cutelo, um parafuso de plástico foi utilizado e bicarbonato de sódio foi dissolvido na água dentro da cuba.

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=qoqfCg-qs3E

Sobre a eletrólise realizada e a partir dos seus conhecimentos, assinale a opção INCORRETA.

A
Nesta montagem, o cutelo funciona como o cátodo da cuba eletrolítica e é onde ocorrem reações de redução.
B
O parafuso de plástico foi utilizado pois este material é isolante, desse modo permite que haja fluxo de elétrons apenas no cutelo.
C
A bateria utilizada deve fornecer uma diferença de potencial elevada para que a reação, que é não espontânea, possa acontecer.
D
Ao final do processo, a barra de aço utilizada como pólo positivo, tem a sua massa aumentada, em função da formação de ferro metálico.
E
O bicarbonato de sódio dissolvido tem o objetivo de garantir uma boa condutividade elétrica para a solução eletrolítica.

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Gabarito: D

Numa eletrólise, o eletrodo ligado ao polo negativo é o cátodo (redução) e o ligado ao polo positivo é o ânodo (oxidação).

A (correta): o cutelo está no polo negativo, é o cátodo; ali a ferrugem (óxidos de ferro) é reduzida.
B (correta): o plástico é isolante e evita que a corrente passe pela peça de conexão.
C (correta): a eletrólise é um processo não espontâneo; a bateria fornece a energia (ddp).
E (correta): o bicarbonato fornece íons à água, que sozinha conduz mal.
D (incorreta): a barra de aço é o ânodo, onde o ferro se oxida (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻) e vai para a solução. A barra perde massa (se desgasta); não se forma ferro metálico nela.

Resposta: D

Dica: na eletrólise, ânodo é positivo e sofre oxidação; um ânodo de metal costuma ser consumido.

Questão 4 · ONC 2021 · 3º ano do ensino médio · Questão 17média

É possível construir uma pilha eletroquímica utilizando uma latinha de alumínio, um fio de cobre, sal de cozinha, água e papel toalha. Inicialmente, a latinha deve ser lixada por dentro após a remoção da sua tampa. A seguir, enrola-se o fio de cobre sobre um rolo de papel e cobre-se o conjunto também com papel deixando um pedaço do fio exposto. Coloca-se esse conjunto dentro da latinha que já deve estar cheia com água e uma boa quantidade de sal de cozinha dissolvida. Na animação abaixo percebe-se que um multímetro (equipamento usado para medir a voltagem) mostra o registro de 0,70 V de diferença de potencial para a pilha. As reações relevantes para esta pilha são:

Al(s) + 3 OH^-(aq) = Al(OH)₃(s) + 3 e^-

O₂(aq) + 2 H₂O(l) + 4 e^- = 4 OH^-(aq)

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=T355v2v0SK8&t=103s

A respeito da pilha eletroquímica citada acima e a partir dos seus conhecimentos, assinale a opção INCORRETA.

A
Num sistema com duas pilhas do tipo acima idênticas montadas em série, a medição da voltagem com o mesmo voltímetro mostraria o valor de 1,40 V.
B
Na pilha mostrada, a lata de alumínio funciona como o ânodo, o pólo negativo, onde há a oxidação e o fio de cobre como o cátodo, o pólo positivo, onde há a redução.
C
A concentração do sal dissolvido não interfere na corrente elétrica gerada pela pilha, pois a solução é apenas o meio eletrolítico útil para a condução.
D
Na operação da pilha, se 3 mols de oxigênio dissolvido forem consumidos, há a formação de 4 mols de hidróxido de alumínio que precipitam no meio aquoso.
E
Na pilha mostrada o oxigênio dissolvido na água funciona como agente oxidante, sendo o alumínio, mais eletropositivo, o agente redutor.

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Gabarito: C (elaborado pelo Treinamento 101)

A questão pede a afirmação incorreta.

A (correta): pilhas iguais em série somam as voltagens: 2 × 0,70 = 1,40 V.
B (correta): o alumínio se oxida (perde elétrons): é o ânodo, polo negativo. No fio de cobre o O₂ se reduz: é o cátodo, polo positivo.
C (incorreta): a solução de sal é o eletrólito; quanto mais íons, mais fácil a condução e maior a corrente. A concentração interfere, sim.
D (correta): 3 mol de O₂ recebem 3 × 4 = 12 mol de elétrons; cada Al(OH)₃ libera 3 elétrons → 12 ÷ 3 = 4 mol de Al(OH)₃.
E (correta): o O₂ recebe elétrons (agente oxidante) e o alumínio os cede (agente redutor).

Resposta: C.

Dica: na pilha, o eletrólito fecha o circuito pela migração de íons; menos íons, mais resistência interna e menos corrente.

Questão 5 · ONC 2020 · 8º e 9º anos · Questão 17média

Analise as seguintes situações:

1. O desastre do ônibus espacial Challenger, ocorrido em janeiro de 1986, foi atribuído ao frio durante a noite, que endureceu os anéis de vedação circulares dos foguetes auxiliares enquanto a nave espacial estava na base de lançamento. Durante o voo, esses anéis de vedação falharam, causando vazamento de combustível, com consequente incêndio e explosão. Um problema semelhante pode existir nos câmbios automáticos usadas nos veículos. O uso de anéis circulares de borracha de silicone, em vez de neopreno, pode aumentar o preço do câmbio, mas isso seria mais do que compensado por um desempenho melhor a -40 °C, quando o neopreno começa a endurecer; enquanto a borracha de silicone ainda é flexível.

2. Um novo produto de asfalto na Europa incorpora a liberação lenta de cloreto de cálcio (CaCl₂) para evitar a formação de gelo nas estradas e pontes. Previsivelmente, isso teria pouco uso em Winnipeg no Canadá, onde -40 °C é comum no inverno.

3. A estação de tratamento de água pesada em Glace Bay, Nova Escócia, foi projetada para extrair D₂O (água deuterada) da água do mar. A corrosão da estação acabou atrasando a produção. O uso de materiais mais apropriados adicionaram milhões ao custo da estação.

4. Um estudante de química examinou sua geladeira que falhou após menos de 10 anos de uso. Ele observou que uma bobina de compressor de cobre foi soldada a um tubo de expansão de ferro. A água condensada havia corroído o tubo de ferro. Trata-se de um erro de projeto, uma vez que a economia usando ferro em vez de cobre é de apenas poucos centavos e a empresa é uma conhecida fabricante mundial de aparelhos e equipamentos elétricos.

Fonte: Roussak, OV & Gesser, HD, Applied Chemistry: a textbook for engineers and technologists, 2ed., Springer, New York, 2013.

Sobre a leitura acima e a partir dos seus conhecimentos, assinale a opção incorreta abaixo:

A
É fato que o cobre, nas condições de funcionamento do refrigerador do aluno de química, resiste melhor à corrosão do que o ferro, algo que há 10 anos seria exatamente igual.
B
Os anéis de vedação dos foguetes do ônibus espacial Challenger não mudaram de fase de agregação. Eles eram sólidos e com o frio adquiriram uma nova estrutura sólida mais rígida.
C
A água deuterada, D₂O, objetivo da estação de tratamento na Nova Escócia, possui na sua molécula o isótopo do hidrogênio com número de massa igual a 2.
D
O adição de sal ao material do asfalto para derreter o gelo em localidades da Europa, com inverno exatamente igual ao de Winnipeg, também seria pouco efetivo.
E
A estação de tratamento de água pesada apresentaria os mesmos problemas citados se o seu funcionamento não fosse no mar. Toda a problemática decorre do produto a ser extraído, o D₂O.

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Gabarito: E

A questão pede a afirmação incorreta.

A) Correta. O cobre é um metal mais nobre que o ferro e resiste melhor à corrosão; isso é uma propriedade dos metais e não mudou em 10 anos.

B) Correta. O neopreno continuou sólido; com o frio, só ficou mais rígido.

C) Correta. O deutério tem 1 próton e 1 nêutron: número de massa 2.

D) Correta. Se em Winnipeg (−40 °C) o sal no asfalto teria pouco uso, numa cidade europeia com o mesmo inverno ele também seria pouco efetivo: o que importa é a temperatura, não o país.

E) Incorreta. A corrosão vem do contato do metal com a água do mar, rica em sais dissolvidos (eletrólitos), que aceleram as reações de oxidação dos metais. O D₂O é quimicamente quase igual à água comum; o problema não está no produto extraído, e uma estação longe do mar não teria o mesmo problema.

Resposta: E.

Dica: água salgada acelera a corrosão porque os íons dissolvidos tornam a água boa condutora, facilitando a transferência de elétrons entre o metal e o oxigênio.

ONC 2019 · 2º ano do ensino médio · Questão 6média

Os seres vivos são o resultado de uma longa evolução química, a qual precedeu a evolução biológica. Esta hipótese, inicialmente introduzida pelo bioquímico Oparin, em 1924, e pelo biólogo Haldane, em 1929, postula que a vida se originou na Terra depois de uma longa evolução de moléculas simples até mais complexas. O experimento clássico de Miller foi a primeira evidência experimental que a hipótese de Oparin-Haldane poderia estar correta. No experimento, Miller usou uma mistura dos gases metano (CH₄), amônia (NH₃) e hidrogênio (H₂) para simular a atmosfera primitiva, gerando faíscas que simulariam os raios. A análise química da solução aquosa obtida no experimento detectou a existência de aminoácidos demonstrando assim a formação de compostos orgânicos de interesse biológico em condições similares às da atmosfera terrestre primitiva. Apesar disto, o experimento de Miller não é mais considerado representativo para os processos químicos ocorridos há bilhões de anos, uma vez que seu modelo de atmosfera primitiva não se encaixa como modelo considerado atualmente. Entretanto, o experimento citado iniciou o desenvolvimento da pesquisa experimental sobre evolução química e as origens da vida, a chamada química prebiótica.

Fonte: Rampelotto, P. H., A química da vida como nós não conhecemos, Quím. Nova, Vol. 35, No. 8, 1619-1627, 2012.

Imagem: http://juliarocha-cfb.blogspot.com/2011/03/o-experimento-de-stanley-miller-e.html

Analisando aspectos relacionados ao experimento de Miller e à imagem mostrada, assinale a opção INCORRETA:

A
Nos gases, metano (CH₄), amônia (NH₃) e hidrogênio (H₂) o átomo de hidrogênio apresenta números de oxidação, +1, +1 e 0, respectivamente.
B
Com base nos estados de oxidação do carbono no metano e do nitrogênio na amônia, podemos inferir que Miller imaginou uma atmosfera primitiva com gases nas suas formas oxidadas.
C
Dentre os equipamentos mostrados na imagem, o condensador é essencial para a aparelhagem relativa à destilação simples, bastante usada em laboratórios de Química.
D
As faíscas utilizadas por Miller simulavam os trovões na atmosfera primitiva, atuando como fontes de energia para as reações químicas.

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Gabarito: B

Procura-se a afirmação incorreta.

A – correta. Ligado a C ou N (mais eletronegativos), o hidrogênio tem Nox +1; na substância simples H₂, Nox 0.

B – incorreta. Calcule os Nox:

CH₄: x + 4·(+1) = 0, então o carbono tem −4, seu menor Nox possível;
NH₃: y + 3·(+1) = 0, então o nitrogênio tem −3, também o menor possível.

Carbono e nitrogênio estão nas formas mais reduzidas. Junto com o H₂, isso mostra que Miller imaginou uma atmosfera redutora, e não oxidada (as formas oxidadas seriam CO₂ e N₂ ou óxidos de nitrogênio).

C – correta. O condensador, que transforma vapor em líquido, é peça essencial da destilação simples.

D – correta. As descargas elétricas imitavam os raios das tempestades e forneciam energia para as reações.

Resposta: B

Dica: Nox mínimo = forma reduzida (CH₄, NH₃); Nox máximo = forma oxidada (CO₂, NO₃⁻). A atmosfera de Miller era redutora.