Questão 118 — ENEM 2019Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Eletroquímica (pilhas e baterias, oxirredução)
• ⚡ Nível: Médio — exige interpretar um esquema de bateria pouco convencional e não confundir o eletrodo onde ocorre oxidação com o de redução.
• 🎯 Tema/Habilidade: Identificação de semirreações anódica e catódica em uma pilha a partir de um esquema tecnológico contextualizado (Competência 6/7 da matriz do ENEM: química e tecnologia).
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual espécie química é produzida no eletrodo onde o zinco sofre oxidação (o ânodo) da bateria zinco-ar?"
• Palavras-chave decisivas: ânodo, eletrodo de zinco, eletrólito alcalino
• Armadilha típica: confundir o eletrodo de oxidação com o de redução e marcar OH⁻(aq) — essa espécie é, na verdade, formada no outro eletrodo (o poroso, onde o O2 é reduzido) e apenas consumida no eletrodo de zinco.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de identificar o ânodo pela reação de oxidação do metal e de traduzir essa reação em uma equação química coerente com o esquema apresentado.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Pilha/bateria: dispositivo que converte energia de uma reação redox espontânea em energia elétrica, com dois eletrodos ligados por um circuito externo (aqui, a lâmpada) e um eletrólito interno.
• Ânodo: eletrodo onde ocorre oxidação (perda de elétrons); numa pilha corresponde ao polo negativo, de onde os elétrons partem para o circuito externo.
• Cátodo: eletrodo onde ocorre redução (ganho de elétrons); corresponde ao polo positivo, para onde os elétrons chegam.
• Eletrólito alcalino: solução aquosa rica em íons OH⁻, que participa ativamente das semirreações e transporta carga entre os eletrodos através da membrana separadora.
• Bateria zinco-ar: usa o O2 do ar como espécie reduzida no eletrodo poroso (cátodo) e o zinco metálico como espécie oxidada no eletrodo de zinco (ânodo).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino" → mostra que há duas semirreações simultâneas: uma envolvendo O2 e outra envolvendo Zn, ligadas por um eletrólito de OH⁻.
• Evidência 2 (figura): o O2(g) entra pela esquerda e atinge o eletrodo poroso, de onde parte uma seta rotulada OH⁻ rumo à membrana separadora; do outro lado da membrana, no eletrodo de zinco, a figura rotula explicitamente Zn(OH)₄²⁻ → isso indica, sem ambiguidade, que o produto formado junto ao zinco é o íon complexo Zn(OH)₄²⁻, e não o próprio OH⁻ (que ali é apenas consumido, vindo do outro lado).
• Síntese: a leitura espacial do esquema mostra a sequência O2 → reduzido no eletrodo poroso → gera OH⁻ → esse OH⁻ atravessa a membrana → reage com o Zn metálico do outro eletrodo → forma Zn(OH)₄²⁻. Logo, o eletrodo poroso é o cátodo (redução) e o eletrodo de zinco é o ânodo (oxidação), e é exatamente nesse último que a espécie pedida se forma.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar qual eletrodo é o ânodo

O oxigênio molecular é um agente oxidante clássico: ele tende a ganhar elétrons (reduzir-se), não a perdê-los. Como o O2(g) entra pelo eletrodo poroso, esse é o local da redução — o cátodo. Por consequência, o eletrodo de zinco é onde ocorre a oxidação do metal — o ânodo, que é justamente o eletrodo perguntado na questão.

Subpasso 4.2 — Escrever as semirreações e localizar a espécie formada no ânodo

No cátodo (eletrodo poroso), o oxigênio é reduzido em meio alcalino, consumindo água e gerando hidroxila:

O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e⁻ → 4 OH⁻(aq)

Essas hidroxilas migram pelo eletrólito, atravessam a membrana separadora e chegam ao eletrodo de zinco. Lá, o zinco metálico se oxida. Em meio fortemente alcalino, o cátion Zn²⁺ não permanece livre: ele é imediatamente capturado pelas hidroxilas do meio, formando o íon complexo tetrahidroxozincato(II):

Zn(s) + 4 OH⁻(aq) → Zn(OH)₄²⁻(aq) + 2 e⁻

Essa é precisamente a semirreação anódica (oxidação: o zinco perde 2 elétrons, indo de Nox 0 para +2) e seu produto é o Zn(OH)₄²⁻(aq) — a mesma fórmula que a figura rotula ao lado do eletrodo de zinco.

Subpasso 4.3 — Verificação pela equação global

Multiplicando a semirreação anódica por 2 para igualar os 4 elétrons transferidos no cátodo e somando as duas equações:

• Cátodo: O2 + 2 H2O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
• Ânodo (×2): 2 Zn + 8 OH⁻ → 2 Zn(OH)₄²⁻ + 4 e⁻

Somando e cancelando os 4 e⁻ e 4 OH⁻ comuns aos dois lados, obtém-se a reação global:

2 Zn(s) + O2(g) + 2 H2O(l) + 4 OH⁻(aq) → 2 Zn(OH)₄²⁻(aq)

O balanço de massa e de carga fecha perfeitamente, confirmando que Zn(OH)₄²⁻(aq) é, de fato, a espécie formada no ânodo — coerente com o gabarito e com a informação visual da figura.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) H2 (g).

❌ Incorreta: gás hidrogênio não é produto do funcionamento normal da bateria zinco-ar; ele só apareceria em uma reação parasita indesejada (corrosão do zinco com liberação de H2), não faz parte da semirreação anódica principal mostrada no esquema.

B) O2 (g).

❌ Incorreta: o oxigênio é reagente consumido no cátodo (eletrodo poroso), onde é reduzido a OH⁻. Marcá-lo como produto do ânodo inverte completamente o papel dessa espécie na pilha.

C) H2O (l).

❌ Incorreta: a água é reagente consumido na semirreação catódica de redução do O2, aparecendo do lado esquerdo dessa equação — ela não se forma no eletrodo de zinco.

D) OH− (aq).

❌ Incorreta: essa é a armadilha central da questão. O OH⁻ é o produto formado no cátodo (eletrodo poroso); no ânodo (eletrodo de zinco), ele entra como reagente, sendo consumido junto ao Zn para formar o complexo. Trocar o eletrodo de formação do OH⁻ é o erro mais comum entre quem lê o esquema com pressa.

E) Zn(OH)42− (aq).

✅ Correta: é exatamente o produto da oxidação do zinco metálico pelas hidroxilas do eletrólito no eletrodo de zinco (ânodo), conforme a semirreação Zn(s) + 4 OH⁻(aq) → Zn(OH)₄²⁻(aq) + 2 e⁻ e conforme o rótulo explícito na figura ao lado desse eletrodo.

🏆 Gabarito: E — o eletrodo de zinco é o ânodo da bateria (local de oxidação do metal), e a reação Zn + 4OH⁻ → Zn(OH)₄²⁻ + 2e⁻ mostra que a espécie formada ali é o íon tetrahidroxozincato(II), Zn(OH)₄²⁻(aq).

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: Zn(OH)₄²⁻(aq) é a única espécie entre as alternativas que corresponde ao produto de oxidação do zinco no ânodo, tanto pela equação balanceada quanto pelo rótulo da própria figura.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente contextualiza eletroquímica com baterias "modernas" (íon-lítio, combustível, zinco-ar), sempre testando se o estudante distingue ânodo de cátodo e sabe ler o esquema de migração de íons e elétrons.
• Generalização: em qualquer pilha, ânodo = oxidação = polo negativo = onde o metal perde elétrons e vira cátion (livre ou complexado); cátodo = redução = polo positivo = onde a espécie oxidante ganha elétrons.
• Dica de eliminação rápida: primeiro elimine as espécies que são claramente reagentes e não produtos (O2 e H2O entram na reação catódica); depois desconfie de qualquer espécie que a figura mostra "saindo" do eletrodo errado (OH⁻ sai do eletrodo poroso, não do de zinco). Sobra apenas a espécie rotulada junto ao eletrodo de zinco na própria figura.
• Conexões: pilha de Daniell, células a combustível (H2/O2), eletrólise e número de oxidação (Nox) são temas que se conectam diretamente a este raciocínio de identificação de ânodo e cátodo.