Questão 108 — ENEM 2024 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Eletroquímica (eletrólise), polaridade de eletrodos e migração de íons
• ⚡ Nível: Médio — não exige cálculo, mas exige interpretar corretamente uma figura inédita (um dessalinizador experimental) e aplicar com precisão as convenções de ânodo/cátodo em eletrólise
• 🎯 Tema/Habilidade: Eletrólise aplicada à dessalinização de água — competência de interpretar um processo eletroquímico não convencional e relacionar a migração de íons com a formação de produtos em cada eletrodo
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual produto se forma durante a etapa de eletrólise do dessalinizador-pilha?"
• Palavras-chave decisivas: eletrólise, dessalinização, formação
• Armadilha típica: aplicar automaticamente a eletrólise "clássica" da água (H2 no cátodo, O2 no ânodo) sem observar que a figura descreve um mecanismo diferente, de intercalação iônica em eletrodos sólidos.
• O que a resposta precisa demonstrar: identificar, a partir da figura, qual eletrodo é o ânodo (polo +) e qual composto sólido é formado exatamente nele durante a etapa de dessalinização.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Eletrólise: processo não espontâneo em que uma fonte externa de energia força reações de oxirredução; nele, o ânodo é o polo positivo (onde ocorre oxidação) e o cátodo é o polo negativo (onde ocorre redução) — convenção invertida em relação à pilha galvânica em descarga.
• Migração iônica em célula eletrolítica: os ânions (cargas negativas, como Cl⁻) são atraídos e migram para o ânodo (+); os cátions (cargas positivas, como Na⁺) são atraídos e migram para o cátodo (−).
• Eletrodos de intercalação: nesse dispositivo específico, os eletrodos não liberam gases como H2 ou O2; eles capturam quimicamente os íons dissolvidos na água, incorporando-os à própria estrutura sólida do eletrodo — é esse sequestro de Na⁺ e Cl⁻ que retira o sal da água, dessalinizando-a.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1 (figura, eletrodo esquerdo): o eletrodo marcado com (+) é feito de Bi (bismuto), e setas mostram os íons Cl⁻ migrando em sua direção → indica que esse é o ânodo, polo de oxidação, que captura os ânions cloreto.
• Evidência 2 (figura, eletrodo direito): o eletrodo marcado com (−) é feito de NaTi₂(PO₄)₃, e setas mostram os íons Na⁺ migrando em sua direção → indica que esse é o cátodo, polo de redução, que captura os cátions sódio.
• Evidência 3 (produtos finais, lado direito da figura): a água sai do compartimento como "água dessalinizada", e aparecem dois sólidos gerados: BiOCl (na cor do eletrodo de Bi) e Na₃Ti₂(PO₄)₃ (na cor do eletrodo de NaTi₂(PO₄)₃).
• Síntese: as evidências se encaixam: o ânodo de Bi (+) reage com Cl⁻ formando BiOCl sólido, enquanto o cátodo de NaTi₂(PO₄)₃ (−) incorpora Na⁺ formando Na₃Ti₂(PO₄)₃ sólido — correspondência exatamente descrita pela alternativa A.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificar a polaridade de cada eletrodo

A fonte externa impõe a polaridade: o eletrodo ligado ao terminal positivo é o ânodo; o ligado ao negativo é o cátodo. Pela figura, o Bi está no polo (+) → é o ânodo; o NaTi₂(PO₄)₃ está no polo (−) → é o cátodo.

Subpasso 4.2 — Relacionar a polaridade com a migração e a reação de cada íon

Ânions são atraídos pelo polo positivo: os íons Cl⁻ migram até o Bi (ânodo) e reagem por oxidação, formando BiOCl(s). Cátions são atraídos pelo polo negativo: os íons Na⁺ migram até o NaTi₂(PO₄)₃ (cátodo) e são reduzidos/intercalados, formando Na₃Ti₂(PO₄)₃(s). Esse duplo sequestro de Na⁺ e Cl⁻ é o que retira os íons da água, dessalinizando-a.

Subpasso 4.3 — Verificação com a figura

O painel final mostra exatamente esses dois produtos, cada um na cor do seu eletrodo de origem: BiOCl (laranja, do ânodo de Bi) e Na₃Ti₂(PO₄)₃ (vermelho, do cátodo). Isso confirma, sem ambiguidade, que BiOCl se forma no ânodo — compatível apenas com a alternativa A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) BiOCl no ânodo.

✅ Correta: o Bi é o eletrodo positivo (ânodo); nele, os íons Cl⁻ migrados da água salgada reagem com o bismuto (e com oxigênio da água), formando o composto sólido BiOCl, exatamente como mostrado na figura.

B) H2 (g) no cátodo.

❌ Incorreta: seria a resposta esperada na eletrólise convencional da água, em que o cátodo reduz H⁺/H2O liberando hidrogênio. Mas esse dispositivo usa eletrodos de intercalação: o cátodo não libera gás algum, apenas incorpora Na⁺ à estrutura NaTi₂(PO₄)₃.

C) Bi no polo positivo.

❌ Incorreta: o bismuto já é o material do polo positivo desde o início — não é "formado" ali, e sim consumido/transformado ao reagir com Cl⁻. O que se forma no polo positivo é o composto BiOCl, não o elemento Bi.

D) O2 (g) no polo negativo.

❌ Incorreta com dupla falha: o polo negativo é o cátodo, onde ocorre redução, não oxidação — gás oxigênio, quando surge em eletrólise, forma-se no ânodo, nunca no cátodo; além disso, esse dispositivo não libera gases, pois funciona por intercalação iônica.

E) Na3Ti2(PO4)3 no ânodo.

❌ Incorreta: é uma "meia-verdade" armada — o composto Na₃Ti₂(PO₄)₃ realmente se forma no dispositivo, mas no cátodo (polo negativo), não no ânodo. A alternativa inverte o eletrodo, testando se o candidato associou corretamente cada produto ao seu polo.

🏆 Gabarito: A — Durante a eletrólise, o eletrodo de bismuto funciona como ânodo (polo +), capturando os íons cloreto da água salgada e formando o composto sólido BiOCl, o que simultaneamente retira o sal da água.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa A associa corretamente o produto (BiOCl) ao eletrodo correto (ânodo, polo positivo), exatamente como a figura do experimento mostra.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma trazer tecnologias e dispositivos "não convencionais" (baterias de íon-sódio, dessalinizadores eletroquímicos, baterias de fluxo) justamente para testar se o candidato aplica os conceitos clássicos de eletroquímica — ânodo = oxidação = polo positivo na eletrólise; cátodo = redução = polo negativo — mesmo em contextos novos, sem depender de decorar reações específicas de cada aparelho.
• Generalização: em qualquer eletrólise, os ânions sempre migram e reagem no ânodo (polo positivo, oxidação), e os cátions sempre migram e reagem no cátodo (polo negativo, redução); essa regra vale mesmo quando não há liberação de gases, como em eletrodos de intercalação.
• Dica de eliminação rápida: primeiro descarte as opções que citam gases H2 e O2 (B e D) — a figura não mostra nenhuma bolha, pois o dispositivo funciona por intercalação sólida, não pela eletrólise clássica da água. Depois, entre C e E, lembre que "formar" significa "produto novo", não "material de partida", o que elimina C. Sobra A, que casa corretamente o eletrodo (+) com o produto (BiOCl) mostrado na figura.
• Conexões: pilhas e baterias de íon-sódio; migração iônica em células eletrolíticas; tecnologias emergentes de dessalinização de água.