ENEM 2009
Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro na imagem traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC ( ΔH025 ) do metano, do butano e do octano.
À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é
gasolina, GLP e gás natural.
gás natural, gasolina e GLP.
gasolina, gás natural e GLP.
gás natural, GLP e gasolina.
GLP, gás natural e gasolina.
Resolução
Passo a Passo para a Solução:
O objetivo é determinar a ordem crescente de eficiência dos combustíveis (metano, butano e octano, representando gás natural, GLP e gasolina, respectivamente) com base na quantidade de calor liberado por mol de CO2 gerado em sua combustão.
1. Escrever as Equações Balanceadas de Combustão Completa:
Precisamos saber quantos mols de CO2 são formados por mol de combustível.
- Metano (CH4): \( \text{CH}_4(g) + 2 \text{O}_2(g) \rightarrow 1 \text{CO}_2(g) + 2 \text{H}_2\text{O}(l) \)
- Butano (C4H10): \( \text{C}_4\text{H}_{10}(g) + \frac{13}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow 4 \text{CO}_2(g) + 5 \text{H}_2\text{O}(l) \)
- Octano (C8H18): \( \text{C}_8\text{H}_{18}(l) + \frac{25}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow 8 \text{CO}_2(g) + 9 \text{H}_2\text{O}(l) \)
2. Identificar a Quantidade de CO2 Produzida por Mol de Combustível:
- Metano: 1 mol de CH4 produz 1 mol de CO2.
- Butano: 1 mol de C4H10 produz 4 mols de CO2.
- Octano: 1 mol de C8H18 produz 8 mols de CO2.
3. Identificar o Calor Liberado (Entalpia de Combustão) por Mol de Combustível:
Os valores de \( \Delta H^0_{25} \) são dados na tabela. Como a entalpia de combustão é negativa (reação exotérmica), o calor liberado é o valor absoluto da entalpia.
- Metano: \( |\Delta H^0_{25}| = |-890 \text{ kJ/mol}| = 890 \text{ kJ/mol} \)
- Butano: \( |\Delta H^0_{25}| = |-2.878 \text{ kJ/mol}| = 2.878 \text{ kJ/mol} \)
- Octano: \( |\Delta H^0_{25}| = |-5.471 \text{ kJ/mol}| = 5.471 \text{ kJ/mol} \)
4. Calcular a Eficiência (Calor Liberado por Mol de CO2):
Dividimos o calor liberado por mol de combustível pelo número de mols de CO2 produzidos por mol de combustível.
- Metano (Gás Natural): \( \frac{890 \text{ kJ}}{1 \text{ mol CO}_2} = 890 \text{ kJ/mol CO}_2 \)
- Butano (GLP): \( \frac{2.878 \text{ kJ}}{4 \text{ mol CO}_2} = 719,5 \text{ kJ/mol CO}_2 \)
- Octano (Gasolina): \( \frac{5.471 \text{ kJ}}{8 \text{ mol CO}_2} = 683,875 \text{ kJ/mol CO}_2 \approx 684 \text{ kJ/mol CO}_2 \)
5. Comparar e Ordenar os Combustíveis:
Comparamos os valores de kJ/mol CO2 e ordenamos em ordem crescente (do menor para o maior valor):
Octano (Gasolina) (\( \approx 684 \)) < Butano (GLP) (\( 719,5 \)) < Metano (Gás Natural) (\( 890 \))
6. Conclusão:
A ordem crescente de quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado é: Gasolina < GLP < Gás Natural.
Portanto, a alternativa correta é a A.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos
- Combustão Completa de Hidrocarbonetos: Reação de um hidrocarboneto (composto de carbono e hidrogênio) com oxigênio (O2) produzindo dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Exemplo: \( \text{C}_x\text{H}_y + (x + y/4) \text{O}_2 \rightarrow x \text{CO}_2 + (y/2) \text{H}_2\text{O} \).
- Balanceamento de Equações Químicas: Ajustar os coeficientes estequiométricos para que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos reagentes e nos produtos, obedecendo à Lei de Conservação das Massas.
- Estequiometria: Relação quantitativa (em mols, massa ou volume) entre reagentes e produtos em uma reação química, baseada na equação balanceada.
- Entalpia Padrão de Combustão (\( \Delta H^0_{comb} \)): Variação de entalpia quando 1 mol de uma substância reage completamente com oxigênio em condições padrão (geralmente 25 °C e 1 atm). É uma medida do calor liberado (se negativo, reação exotérmica) ou absorvido (se positivo, reação endotérmica) durante a combustão. Combustões são tipicamente exotérmicas (\( \Delta H < 0 \)).
- Eficiência Energética e Impacto Ambiental: A questão avalia a eficiência não apenas pela energia total liberada, mas pela energia liberada em relação à quantidade de CO2 (um gás de efeito estufa) produzido. Um combustível é considerado mais "limpo" ou eficiente sob este critério se liberar mais energia por unidade de CO2 emitida.
Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção.
