Questão 118, caderno azul do ENEM 2019 – DIA 2

Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando a produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura.

No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é

A) H₂ (g).

B) O₂ (g).

C) H₂O (l).

D) OH⁻ (aq).

E) Zn(OH)₄²⁻ (aq).

✍ Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Eletroquímica (Células Galvânicas e Pilhas de Combustível)
Química Inorgânica (Reações de Oxidação e Complexação)
Interpretação de Diagramas Industriais

Tema/Objetivo Geral:
A questão disseca o funcionamento de uma Bateria de Zinco-Ar. O objetivo é testar se o aluno consegue identificar a transformação química fundamental que gera a eletricidade: a corrosão controlada de um metal (oxidação no ânodo) e a interpretação de esquemas técnicos para diferenciar reagentes de produtos.

Nível da Questão: Médio/Difícil.
Embora a resposta esteja visualmente no desenho, a questão exige superar a barreira da linguagem química. O aluno precisa saber que “formada no ânodo” significa “produto da oxidação”. Além disso, o produto é um íon complexo, uma estrutura que assusta alunos acostumados apenas com pilhas básicas.

Gabarito: E.
No compartimento do ânodo, o metal zinco sofre oxidação. Como o meio é rico em hidroxilas, esse zinco não fica livre, mas reage imediatamente formando o íon complexo tetrahidroxizincato, representado na figura como produto da reação à direita.

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Função Pedagógica: Traduzir o “problema técnico” para uma “história lógica”.

Decodificação do Objetivo: O enunciado mostra uma bateria “respirando”. Ela puxa oxigênio de um lado e consome zinco do outro para acender a luz. A pergunta é cirúrgica: No lado onde o zinco está sendo consumido (ânodo), o que sobra dessa reação? Qual é a “cinza” que resta depois que o zinco gera energia?

Simplificação Radical (A Analogia Central): Pense nesta bateria como uma Fogueira Química.

A Lenha é o Zinco (o combustível sólido).

O Vento é o Oxigênio (o comburente).

Quando você queima lenha, ela vira cinza. A questão está perguntando: Qual é o nome químico da “cinza” que sobra do zinco?

Nosso Plano de Ataque será o seguinte:

Mapear o Território: Definir quem é o Ânodo e quem é o Cátodo baseando-se na natureza química dos reagentes.
Rastrear o Fluxo: Seguir as setas do desenho como se fossem placas de trânsito indicando “matéria-prima” e “produto final”.
Validar Quimicamente: Confirmar se a transformação faz sentido (oxidação em meio básico).

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Função Pedagógica: Construir a base teórica do zero, explicando os “porquês”.

FERRAMENTA 1: A LÓGICA DA OXIRREDUÇÃO (Quem perde e quem ganha?)
Na natureza, metais (como o Zinco) são “ricos” em elétrons e querem se livrar deles. O Oxigênio é “faminto” por elétrons.

O Ânodo (O Doador): É onde o metal perde elétrons. Ele sai do estado sólido metálico (NOX 0) e vira um íon positivo dissolvido (NOX +2). Isso é Oxidação.
- Mnemônico: Animal que Oxida (Anodo).
O Cátodo (O Recebedor): É onde o oxigênio recebe esses elétrons e reage com a água.

FERRAMENTA 2: O MEIO REACIONAL (O Contexto importa!)
Essa bateria não acontece em água pura, mas em um “eletrólito alcalino” (básico). Isso significa que a piscina onde o zinco mergulha está cheia de íons Hidroxila (OH-).

Consequência: O Zinco oxidado (Zn2+) não consegue ficar sozinho. Ele é imediatamente atacado por 4 hidroxilas, formando um “supergrupo” chamado íon complexo.

[INSERIR IMAGEM AQUI]
(O Mapa da Mina Eletroquímica)
A ilustração deve destacar o compartimento da direita. Uma seta grossa sai da barra cinza (Zinco Sólido) e aponta para uma molécula flutuando na água [Zn(OH)4 2-]. Isso visualiza o processo de corrosão: o sólido desaparecendo e virando solução.

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Função Pedagógica: Executar o plano passo a passo.

Execução Sequencial:

Localizando o Ânodo:
O texto pede a espécie formada no Ânodo. Olhamos para o diagrama:
- Lado Esquerdo: Entrada de O2. Oxigênio ganha elétrons (Redução = Cátodo).
- Lado Direito: Barra de Zinco. Metais perdem elétrons (Oxidação = Ânodo).
- Conclusão: Nosso foco é exclusivamente o compartimento da direita.
Lendo o Diagrama como um Detetive:
Observe as setas no compartimento da direita (ânodo):
- Temos uma seta curva que entra no processo trazendo OH- (vindo do meio da bateria). Isso é um Reagente.
- Temos uma seta curva que sai do eletrodo de Zinco e aponta para a fórmula Zn(OH)4 2-. Isso é o Produto.
A Reação Química Completa (O que aconteceu ali?):
O Zinco (Zn) perdeu 2 elétrons (virou Zn2+).
Para se estabilizar na solução básica, ele se agarrou a 4 íons OH-.
- Matemática da Carga: (+2 do Zinco) + (4 cargas negativas da Hidroxila) = Carga Final -2.
- Fórmula Final: Zn(OH)4 2-.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! O erro mais comum é marcar a Alternativa D (OH-).
O aluno vê a seta com OH- atravessando a membrana e pensa: “Isso está chegando lá, então é a resposta”.
Correção de Raciocínio: A pergunta é sobre a espécie FORMADA (produto), não a espécie CONSUMIDA ou que está em trânsito. O OH- é o combustível secundário que o zinco usa para reagir. Ele está sendo gasto no ânodo, não criado. Quem é criado é o complexo de zinco.

A Bússola (O Perfil do Culpado):

Síntese do raciocínio: O Zinco oxida e reage com a base. O diagrama mostra explicitamente o produto dessa união.
Expectativa: Procurar a molécula que contém Zinco em sua estrutura.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) H2 (g)

Narrativa do Erro: O aluno lembra de reações clássicas de laboratório onde metais reagem com ácidos liberando bolhas de hidrogênio (ex: Zinco + Ácido Clorídrico).
Diagnóstico do Erro: Contexto Químico Incorreto. Esta é uma bateria alcalina (básica), não ácida. A formação de gás hidrogênio aqui seria uma reação parasita perigosa (risco de explosão), e a bateria é projetada para evitar isso.
O Cenário Hipotético: Se a questão fosse sobre a eletrólise da água ou a reação de metais alcalinos (como Sódio) em água, aí sim teríamos H2 sendo liberado.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

B) O2 (g)

Narrativa do Erro: O aluno vê o O2 no desenho e marca por associação visual imediata.
Diagnóstico do Erro: Confusão Reagente x Produto. O O2 é o “combustível” que entra no Cátodo. Ele está sendo consumido para gerar energia. No ânodo, não há produção de oxigênio (isso seria o inverso, como na fotossíntese).
O Cenário Hipotético: Se a questão perguntasse “Qual reagente é consumido no cátodo?” ou “O que entra na bateria vindo do ar?”, esta seria a resposta certa.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

C) H2O (l)

Narrativa do Erro: Água é produto comum de muitas reações, como a queima de hidrogênio.
Diagnóstico do Erro: Papel na Reação. A água, neste sistema, atua como solvente e reagente no cátodo (ajuda o oxigênio a virar hidroxila). No ânodo, ela não é o produto principal da corrosão do zinco.
O Cenário Hipotético: Em células a combustível de Hidrogênio (H2 + O2 -> H2O), a água é o único produto. Mas aqui a bateria consome Zinco, então o produto tem que ter Zinco.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

D) OH- (aq)

Narrativa do Erro: O aluno vê a seta do OH- indo para o ânodo e confunde fluxo com produção.
Diagnóstico do Erro: Erro de Fluxo. O OH- é produzido no cátodo e migra para o ânodo para ser gasto. Ele é um ingrediente, não o bolo pronto.
O Cenário Hipotético: Se a pergunta fosse “Qual espécie química é produzida no CÁTODO?”, esta seria a resposta correta, pois é lá que o Oxigênio ganha elétrons e forma hidroxilas.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

E) Zn(OH)4 2- (aq)

Análise de Correspondência: Perfeito. O diagrama mostra visualmente o Zinco se transformando nesta espécie. Quimicamente, faz todo sentido: Oxidação do metal em meio muito básico gera hidroxicomplexos. A matéria se transforma e o zinco sólido vira íon solúvel.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
Desvendamos o mistério: a bateria “come” zinco e oxigênio para cuspir elétrons, e o “osso” que sobra desse banquete no ânodo é o complexo solúvel Zn(OH)4 2-.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
🔋 No Ânodo, o Zinco entra numa “banheira de base” (OH-) e sai dissolvido abraçado com 4 hidroxilas.

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Por que as baterias Zinco-Ar são consideradas o “Santo Graal” para o futuro da aviação elétrica e armazenamento de energia eólica?
Diferente das baterias de Lítio (que carregam todo o seu peso dentro delas), a bateria Zinco-Ar não carrega o oxidante. Ela pega o oxigênio do ar “de graça”. Isso a torna absurdamente leve e densa em energia (até 3x mais que a de Lítio). É como um maratonista que não precisa carregar tanque de oxigênio nas costas. O problema atual? A reação que vimos (Zinco virando Complexo) é difícil de reverter eficientemente (recarregar). Cientistas buscam catalisadores que façam o caminho inverso, transformando a “cinza” de zinco de volta em metal puro, para que nossos celulares durem semanas.