Questão de Química do ENEM 2017: Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas…

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Química

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ENEM 2017 · Dia 2

Assuntos

AssuntosEletroquímica

Habilidade do ENEM H21 Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.

DificuldadeDifícil

A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, permitiu a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro.

Descrição da imagem (gerado por IA)

Tabela com duas colunas: a primeira, “Semirreação de redução”, e a segunda, “E° (V)”. A tabela contém quatro linhas de dados. Primeira: Ce⁴⁺ (aq) + e⁻ → Ce³⁺ (aq), com +1,61 V. Segunda: Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l), com +1,33 V. Terceira: Ni²⁺ (aq) + 2 e⁻ → Ni (s), com −0,25 V. Quarta: Zn²⁺ (aq) + 2 e⁻ → Zn (s), com −0,76 V.

Textos contidos na imagem (gerado por IA)

Semirreação de redução
E° (V)
Ce⁴⁺ (aq) + e⁻ → Ce³⁺ (aq)
+1,61
Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
+1,33
Ni²⁺ (aq) + 2 e⁻ → Ni (s)
−0,25
Zn²⁺ (aq) + 2 e⁻ → Zn (s)
−0,76

Semirreação de redução	$E^{\circ}$ (V)
$\text{Ce}^{4+}$ (aq) + $\text{e}^-$ → $\text{Ce}^{3+}$ (aq)	+1,61
$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ (aq) + $14\,\text{H}^+$ (aq) + $6\,\text{e}^-$ → $2\,\text{Cr}^{3+}$ (aq) + $7\,\text{H}_2\text{O}$ (l)	+1,33
$\text{Ni}^{2+}$ (aq) + $2\,\text{e}^-$ → $\text{Ni}$ (s)	−0,25
$\text{Zn}^{2+}$ (aq) + $2\,\text{e}^-$ → $\text{Zn}$ (s)	−0,76

Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições-padrão, suficiente para acender o LED azul?

Descrição da imagem (gerado por IA)
Esquema de uma associação de células eletroquímicas, identificado com a letra A. Da esquerda para a direita há quatro béqueres ligados em série. O primeiro contém um eletrodo de grafite mergulhado em solução com Ce⁴⁺ e Ce³⁺; o segundo contém um eletrodo de níquel (Ni) mergulhado em solução de Ni²⁺; o terceiro contém um eletrodo de zinco (Zn) mergulhado em solução de Zn²⁺; e o quarto contém um eletrodo de grafite mergulhado em solução com Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺. Os béqueres 1 e 2 estão unidos por uma ponte salina de KCl, assim como os béqueres 3 e 4. Na parte superior, um fio liga o eletrodo de grafite do primeiro béquer a um LED, e outro fio liga o LED ao eletrodo de grafite do último béquer. Os eletrodos de Ni e de Zn, nos béqueres do meio, estão conectados entre si por um fio em arco.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
A
Grafite
KCl
Ce⁴⁺ e Ce³⁺
Ni
Ni²⁺
Zn
Zn²⁺
Grafite
KCl
Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺
LED
Eletrodo de grafite mergulhado em solução com $\text{Ce}^{4+}$ e $\text{Ce}^{3+}$ — eletrodo de níquel (Ni) em solução de $\text{Ni}^{2+}$ — eletrodo de zinco (Zn) em solução de $\text{Zn}^{2+}$ — eletrodo de grafite em solução com $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , $\text{H}^+$ e $\text{Cr}^{3+}$ .
Descrição da imagem (gerado por IA)
Esquema de uma associação de células eletroquímicas, identificado com a letra B. Da esquerda para a direita há quatro béqueres ligados em série. O primeiro contém eletrodo de grafite em solução com Ce⁴⁺ e Ce³⁺; o segundo contém eletrodo de zinco (Zn) em solução de Zn²⁺; o terceiro contém eletrodo de níquel (Ni) em solução de Ni²⁺; e o quarto contém eletrodo de grafite em solução com Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺. Os béqueres 1 e 2 estão unidos por uma ponte salina de KCl, assim como os béqueres 3 e 4. Um fio liga o eletrodo de grafite do primeiro béquer a um LED, e outro fio liga o LED ao eletrodo de grafite do último béquer. Os eletrodos de Zn e de Ni estão conectados entre si por um fio em arco.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
B
Grafite
KCl
Ce⁴⁺ e Ce³⁺
Zn
Zn²⁺
Ni
Ni²⁺
Grafite
KCl
Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺
LED
Eletrodo de grafite mergulhado em solução com $\text{Ce}^{4+}$ e $\text{Ce}^{3+}$ — eletrodo de zinco (Zn) em solução de $\text{Zn}^{2+}$ — eletrodo de níquel (Ni) em solução de $\text{Ni}^{2+}$ — eletrodo de grafite em solução com $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , $\text{H}^+$ e $\text{Cr}^{3+}$ .
Descrição da imagem (gerado por IA)
Esquema de uma associação de células eletroquímicas, identificado com a letra C. Da esquerda para a direita há quatro béqueres ligados em série. O primeiro contém eletrodo de grafite em solução com Ce⁴⁺ e Ce³⁺; o segundo contém eletrodo de zinco (Zn) em solução de Zn²⁺; o terceiro contém eletrodo de grafite em solução com Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺; e o quarto contém eletrodo de níquel (Ni) em solução de Ni²⁺. Os béqueres 1 e 2 estão unidos por uma ponte salina de KCl, assim como os béqueres 3 e 4. Um fio liga o eletrodo de grafite do primeiro béquer a um LED, e outro fio liga o LED ao eletrodo de níquel do último béquer. Os eletrodos de Zn e de grafite dos béqueres centrais estão conectados entre si por um fio em arco.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
C
Grafite
KCl
Ce⁴⁺ e Ce³⁺
Zn
Zn²⁺
Grafite
KCl
Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺
Ni
Ni²⁺
LED
Eletrodo de grafite mergulhado em solução com $\text{Ce}^{4+}$ e $\text{Ce}^{3+}$ — eletrodo de zinco (Zn) em solução de $\text{Zn}^{2+}$ — eletrodo de grafite em solução com $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , $\text{H}^+$ e $\text{Cr}^{3+}$ — eletrodo de níquel (Ni) em solução de $\text{Ni}^{2+}$ .
Descrição da imagem (gerado por IA)
Esquema de uma associação de células eletroquímicas, identificado com a letra D. Da esquerda para a direita há quatro béqueres ligados em série. O primeiro contém eletrodo de grafite em solução com Ce⁴⁺ e Ce³⁺; o segundo contém eletrodo de grafite em solução com Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺; o terceiro contém eletrodo de níquel (Ni) em solução de Ni²⁺; e o quarto contém eletrodo de zinco (Zn) em solução de Zn²⁺. Os béqueres 1 e 2 estão unidos por uma ponte salina de KCl, assim como os béqueres 3 e 4. Um fio liga o eletrodo de grafite do primeiro béquer a um LED, e outro fio liga o LED ao eletrodo de zinco do último béquer. Os eletrodos de grafite e de níquel dos béqueres centrais estão conectados entre si por um fio em arco.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
D
Grafite
KCl
Ce⁴⁺ e Ce³⁺
Grafite
KCl
Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺
Ni
Ni²⁺
Zn
Zn²⁺
LED
Eletrodo de grafite mergulhado em solução com $\text{Ce}^{4+}$ e $\text{Ce}^{3+}$ — eletrodo de grafite em solução com $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , $\text{H}^+$ e $\text{Cr}^{3+}$ — eletrodo de níquel (Ni) em solução de $\text{Ni}^{2+}$ — eletrodo de zinco (Zn) em solução de $\text{Zn}^{2+}$ .
Descrição da imagem (gerado por IA)
Esquema de uma associação de células eletroquímicas, identificado com a letra E. Da esquerda para a direita há quatro béqueres ligados em série. O primeiro contém eletrodo de grafite em solução com Ce⁴⁺ e Ce³⁺; o segundo contém eletrodo de grafite em solução com Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺; o terceiro contém eletrodo de zinco (Zn) em solução de Zn²⁺; e o quarto contém eletrodo de níquel (Ni) em solução de Ni²⁺. Os béqueres 1 e 2 estão unidos por uma ponte salina de KCl, assim como os béqueres 3 e 4. Um fio liga o eletrodo de grafite do primeiro béquer a um LED, e outro fio liga o LED ao eletrodo de níquel do último béquer. Os eletrodos de grafite e de zinco dos béqueres centrais estão conectados entre si por um fio em arco.
Textos contidos na imagem (gerado por IA)
E
Grafite
KCl
Ce⁴⁺ e Ce³⁺
Grafite
KCl
Cr₂O₇²⁻, H⁺ e Cr³⁺
Zn
Zn²⁺
Ni
Ni²⁺
LED
Eletrodo de grafite mergulhado em solução com $\text{Ce}^{4+}$ e $\text{Ce}^{3+}$ — eletrodo de grafite em solução com $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ , $\text{H}^+$ e $\text{Cr}^{3+}$ — eletrodo de zinco (Zn) em solução de $\text{Zn}^{2+}$ — eletrodo de níquel (Ni) em solução de $\text{Ni}^{2+}$ .

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