Questão 62 Unicamp 2025 - 1ª fase - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 62

Eletrólise Reações Inorgânicas

Os submarinos nucleares conseguem submergir por longos períodos, pois geram uma quantidade enorme de energia elé trica para ser usada internamente. Um dos desafios a serem enfrentados diz respeito à manutenção da atmosfera interna da embarcação, o que garantiria condições respiráveis. Para tanto, controlam-se as concentrações de oxigênio e gás carbônico.

Em vista dessa descrição, você, como responsável por essa manu tenção, sugeriria a combinação das seguintes ações:

a)	para gerar $O_{2}$ : destilação direta da água do mar; para absorver o $C O_{2}$ : uso de uma solução ácida.
b)	para gerar $O_{2}$ : eletrólise da água purificada do mar; para absorver o $C O_{2}$ : uso de uma solução básica.
c)	para gerar $O_{2}$ : destilação da água purificada do mar; para absorver o $C O_{2}$ : uso de uma solução básica.
d)	para gerar $O_{2}$ : eletrólise direta da água do mar; para absor ver o $C O_{2}$ : uso de uma solução ácida.

Resolução Sugerimos anulação

A destilação é um processo de separação de misturas homogêneas que permite separar um líquido a partir de sua evaporação e posterior condensação. Esse processo não envolve transformação química, portanto, a destilação da água do mar não é capaz de gerar gás oxigênio. O resultado deste processo seria apenas a obtenção de água isenta dos sais dissolvidos (água destilada).

Já a eletrólise é um processo no qual uma substância é submetida à passagem de corrente elétrica de tal forma a promover a ocorrência de uma reação química. Desse modo, a eletrólise direta da água do mar consiste em uma eletrólise de alguns sais em meio aquoso, dentre os quais se destaca o NaCl, que possui maior porcentagem em massa.

^{(Modificado de: https://scienceinfo.com/electrolysis-of-sodium-chloride/. Acesso em 21/10/2024.)}

Dentre as espécies presentes em solução, a água possui prioridade na descarga elétrica em meio neutro ou básico enquanto os íons cloreto possuem prioridade na oxidação. Sendo assim, temos as seguintes semirreações:

$R e d u ç ã o : 2 H_{2} O_{(l)} + 2 e^{-} \to H_{2 (g)} + 2 O {H^{-}}_{(a q)} O x i d a ç ã o : 2 C {l^{-}}_{(a q)} \to C l_{2 (g)} + 2 e^{-}$

A equação global do processo será:

$2 H_{2} O_{(l)} + 2 C {l^{-}}_{(a q)} \to H_{2 (g)} + C l_{2 (g)} + 2 O {H^{-}}_{(a q)}$

Concluímos, então, que a eletrólise direta da água do mar não é capaz de produzir gás oxigênio.

Analisando a eletrólise da água purificada, teremos as moléculas de água como prioridade na descarga elétrica. Assim, a aplicação de corrente elétrica no meio eletrolítico (ver "observação 1" ao final da resolução) induz a redução e oxidação da própria água conforme as semirreações:

$R e d u ç ã o : 4 H_{2} O_{(l)} + 4 e^{-} \to 2 H_{2 (g)} + 4 O {H^{-}}_{(a q)} O x i d a ç ã o : 2 H_{2} O_{(l)} \to 4 H_{(a q)}^{+} + O_{2 (g)} + 4 e^{-}$

A reação global será:

$2 H_{2} O_{(l)} \to 2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)}$

Desse modo, a eletrólise da água é capaz de produzir gás oxigênio (O₂).

O gás carbônico (CO₂) é um óxido ácido, portanto, capaz de reagir com bases neutralizando-a. Uma forma adequada para absorção do CO₂ é retê-lo na forma de sal usando uma solução básica como, por exemplo:

$C O_{2 (g)} + C a {(O H)}_{2 (a q)} \to C a C O_{3 (s)} + H_{2} O_{(l)}$

Portanto, para gerar O₂ deve-se sugerir eletrólise da água purificada do mar enquanto para absorver o CO₂ deve sugerir o uso de uma solução básica.

OBSERVAÇÕES:

1) Para haver eletrólise da água é necessário que o meio seja condutor de corrente elétrica, ou seja, precisa ser adicionado um eletrólito adequado (pode ser um ácido ou um sal) que permita que a água sofra oxidação e redução. Ao usar o termo "água purificada", pode-se interpretar que a água utilizada estava pura e assim não haveria eletrólise dela.

2) Segundo o edital do processo seletivo do Vestibular da Unicamp 2025, na página 70, o conteúdo de eletrólise ígnea e aquosa seria contemplado apenas na 2ª fase do vestibular. Desse modo, sugerimos a anulação da questão.

^{(Imagem retirada do Manual do Ingresso - Vestibular Unicamp 2025, disponível em https://www.comvest.unicamp.br/wp-content/uploads/2024/07/MANUAL-2025.pdf. Acesso em 20/10/2024)}