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Dissertativas 17 - 2ª Fase - Dia 2 - Unicamp 2025

Poliedro Curso - Turmas 2025
Poliedro Resolve - Resolução - Unicamp 1ª Fase 2025

Gabarito

  • Questão ativa

  • Já visualizadas

  • Não visualizadas

  • Resolução pendente

  • ANL

    Questão anulada

  • S/A

    Sem alternativas

Questão 17

Dissertativa
17

Células a combustível microbianas (CCMs) surgiram para contribuir como uma fonte alternativa para a geração de energia. As CCMs utilizam microrganismos eletroativos para transferir elétrons de moléculas orgânicas para um eletrodo. Dentre os substratos orgânicos utilizados para alimentar o compartimento anódico das CCMs e produzir eletricidade, destaca-se o uso da urina humana como fonte alternativa para geração de energia elétrica. Dos sólidos dissolvidos na urina, a ureia é o componente majoritário, podendo chegar a 23 gramas por litro. Como cada pessoa urina em média 2 litros por dia, a produção mundial média de urina chega aos 1,6×1010 litros/dia, tornando-se um recurso inestimável.

a) A figura abaixo ilustra uma CCM. Em seu compartimento anódico, há um microrganismo agregado ao eletrodo, onde ocorre a transformação da ureia em alguns produtos, entre eles a água. Essa água produzida também sai do sistema, através de uma membrana semipermeável, juntamente com a água da própria urina. Observando a figura ao lado (i) escreva a equação química da reação global que ocorre na CCM e (ii) determine quantos mols de elétrons passam pelo circuito na transformação total de 1 mol de ureia.

b) A ureia, presente na urina, pode ser convertida em fertilizante na forma de íons amônio, se adicionada ao solo. Considerando as informações do texto inicial, qual seria a massa de íons amônio obtida a partir da conversão de 100% da ureia da urina de uma pessoa em um dia? 

Dados: 
Fórmula da ureia (NH2)2CO
Número de oxidação (NOX) do nitrogênio na ureia = −3

Resolução:

a) Observando-se as figuras, verifica-se que as substâncias reagentes são a ureia NH22CO e o gás oxigênio O2, e os produtos são água H2O, gás nitrogênio N2 e gás carbônico CO2. Desse modo, a equação global que ocorre nessa célula pode ser escrita da seguinte maneira:

NH22CO+O2→H2O + N2+CO2

Fazendo o balanceamento: 2 NH22CO + 3 O2→4 H2O +2 N2+2 CO2

Número de Oxidação NOx do nitrogênio na ureia = –3

Número de Oxidação NOx do nitrogênio no gás nitrogênio = 0

Reação de Oxidação do Nitrogênio: N3-→N0+3 e-

Desse modo, a variação do Nox é de 3 unidades para cada átomo de nitrogênio.

Como cada molécula de ureia possui 2 átomos de nitrogênio, há a perda (oxidação) de 6 elétrons.

Portanto, para cada 1 mol de ureia, há 6 mols de elétrons passando pelo circuito.

b) Concentração de ureia na urina = 23 g/L

Total de urina excretada por dia = 2 litros

Massa de ureia encontrada na urina diariamente de uma pessoa = 2·23=46 g

Proporção na transformação de ureia em íons amônio: 1 NH22CO : 2 NH4+

Estequiometria:

1 mol de NH22CO-2 mol de NH4+60 g—2 · 18 g46 g—x

x = 27,6 g

A massa de íons amônio obtida diariamente seria de 27,6 g.

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