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O conteúdo de um cilindro de gás natural veicular explodiu, liberando um volume de 15 m³ de gás, que entrou em combustão. Apesar do risco de explosão, o gás natural veicular (GNV) é um combustível bastante eficiente em termos econômicos. Apresenta densidade de 0,8 kg/m³ e seu componente principal é o metano (CH₄), de massa molar igual a 16 g/mol, numa concentração de 90%. É possível avaliar a energia liberada na explosão a partir das energias de ligação dos átomos envolvidos, descritas no quadro.
| Ligação | Energia de ligação (kJ/mol) |
|---|---|
| C — H | 414 |
| O = O | 498 |
| C = O | 799 |
| H — O | 460 |
CHANG, R. Chemistry. Nova York: McGraw-Hill, 2010 (adaptado).
A energia, em quilojoule, gerada no momento da explosão é mais próxima de
A 2,5 × 10⁵ kJ.
B 2,7 × 10⁵ kJ.
C 3,1 × 10⁵ kJ.
D 5,3 × 10⁵ kJ.
E 5,9 × 10⁵ kJ.
Gabarito oficial
D
Caderno de referência do INEP.
O que a questão cobra
Termoquímica: calcular o ΔH por energias de ligação e multiplicar pela quantidade de matéria.
Resolução passo a passo
- Ache a quantidade de metano. Massa total: 15 m³ × 0,8 kg/m³ = 12 kg. Só 90% é metano: 10,8 kg = 10 800 g. Em mols: 10 800 ÷ 16 = 675 mol.
- Escreva a combustão: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Conte as ligações rompidas: 4 C—H e 2 O=O. Energia gasta: 4 × 414 + 2 × 498 = 1 656 + 996 = 2 652 kJ.
- Conte as ligações formadas: 2 C=O (no CO₂) e 4 H—O (nas duas moléculas de água). Energia liberada: 2 × 799 + 4 × 460 = 1 598 + 1 840 = 3 438 kJ.
- O saldo por mol é 2 652 − 3 438 = −786 kJ/mol (exotérmica). Para os 675 mol: 675 × 786 ≈ 530 000 kJ = 5,3 × 10⁵ kJ — alternativa D.
Alternativa por alternativa
- A
2,5 × 10⁵ kJ.
Errada. 2,5 × 10⁵ kJ sairia de usar cerca de 320 mol — aproximadamente metade do metano. Provável erro ao aplicar a densidade ou a concentração de 90%.
- B
2,7 × 10⁵ kJ.
Errada. 2,7 × 10⁵ kJ corresponde a algo próximo de 340 mol, também cerca de metade do valor correto de 675 mol.
- C
3,1 × 10⁵ kJ.
Errada. 3,1 × 10⁵ kJ resultaria de um ΔH por volta de 460 kJ/mol, o que aconteceria ao esquecer parte das ligações formadas na contagem.
- D
5,3 × 10⁵ kJ.
Correta. São 675 mol de metano e ΔH de −786 kJ/mol, obtido de (4×414 + 2×498) − (2×799 + 4×460). O produto dá cerca de 5,3 × 10⁵ kJ liberados.
- E
5,9 × 10⁵ kJ.
Errada. 5,9 × 10⁵ kJ apareceria se fossem considerados os 12 kg inteiros como metano, ignorando que apenas 90% da massa é CH₄.