Questão 62 — ENEM 2016 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Termoquímica (entalpia de combustão) + Química Geral (cálculo de massa molar)
• ⚡ Nível: Médio — exige converter energia molar em energia mássica para cinco substâncias e comparar os resultados sem se deixar enganar pelos valores absolutos da tabela.
• 🎯 Tema/Habilidade: Poder calorífico de combustíveis (H29/H27 da matriz ENEM — compreender fenômenos energéticos envolvendo a produção de energia em processos químicos).
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual dos cinco combustíveis libera mais energia por grama (e não por mol) na combustão?"
• Palavras-chave decisivas: energia liberada, por grama, massas molares
• Armadilha típica: olhar direto para os valores de ΔH da tabela (em kJ/mol) e escolher o octano, que tem o número "−5 471" — o maior em módulo — sem perceber que a pergunta pede a energia por grama, não por mol.
• O que a resposta precisa demonstrar: capacidade de transformar uma grandeza intensiva por mol em uma grandeza intensiva por grama, usando a massa molar de cada substância como fator de conversão, e comparar corretamente as cinco razões obtidas.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Entalpia de combustão (ΔHc): é a quantidade de energia liberada (por isso o sinal negativo, processo exotérmico) quando 1 mol de uma substância sofre combustão completa. É sempre expressa "por mol", uma unidade de quantidade de matéria, não de massa.
• Massa molar (M): é a massa, em gramas, de 1 mol de uma substância. Calcula-se somando as massas atômicas de todos os átomos da fórmula molecular, usando os valores fornecidos: H = 1 g/mol, C = 12 g/mol, O = 16 g/mol.
• Energia por grama (poder calorífico mássico): obtida dividindo o módulo da entalpia molar pela massa molar: |ΔHc| ÷ M. Essa é a grandeza que realmente compara "eficiência energética por unidade de massa" entre combustíveis diferentes, pois neutraliza o efeito do tamanho da molécula.
• Por que a massa molar importa tanto: duas substâncias podem liberar quantidades de energia por mol muito diferentes simplesmente porque suas moléculas têm massas muito diferentes. Comparar apenas os valores "por mol" da tabela seria como comparar o preço de uma caixa de maçãs com o preço de uma caixa de melancias sem considerar quantas unidades cabem em cada caixa.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "determinar a quantidade de calor liberada na combustão por mol ou grama de combustível" → o enunciado avisa, logo de início, que essas duas formas de medir energia (por mol e por grama) existem e não são equivalentes — é o primeiro sinal de que a tabela e a pergunta final usam bases diferentes.
• Evidência 2: "As massas molares dos elementos H, C e O são iguais a 1 g/mol, 12 g/mol e 16 g/mol" → esse dado só faz sentido se for necessário calcular a massa molar de cada combustível a partir da fórmula química informada entre parênteses no quadro (H₂, C₂H₅OH, CH₄, CH₃OH, C₈H₁₈). É a evidência mais forte de que a conversão mol → grama é obrigatória.
• Síntese: o quadro fornece ΔHc em kJ/mol, mas a pergunta quer o combustível com maior liberação de energia por grama. A ponte entre os dois é a massa molar: divide-se o módulo de cada ΔHc pela massa molar correspondente, calculada a partir das fórmulas moleculares e das massas atômicas fornecidas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Calcular a massa molar (M) de cada combustível

Usando H = 1, C = 12 e O = 16 g/mol:

• Hidrogênio (H₂): M = 2×1 = 2 g/mol
• Etanol (C₂H₅OH): M = 2×12 + 6×1 + 1×16 = 24 + 6 + 16 = 46 g/mol
• Metano (CH₄): M = 1×12 + 4×1 = 12 + 4 = 16 g/mol
• Metanol (CH₃OH): M = 1×12 + 4×1 + 1×16 = 12 + 4 + 16 = 32 g/mol
• Octano (C₈H₁₈): M = 8×12 + 18×1 = 96 + 18 = 114 g/mol

Subpasso 4.2 — Dividir o módulo de ΔHc pela massa molar (energia liberada por grama)

Aplicando |ΔHc| ÷ M para cada substância:

• Hidrogênio: 286 ÷ 2 = 143,0 kJ/g
• Etanol: 1 368 ÷ 46 ≈ 29,7 kJ/g
• Metano: 890 ÷ 16 ≈ 55,6 kJ/g
• Metanol: 726 ÷ 32 ≈ 22,7 kJ/g
• Octano: 5 471 ÷ 114 ≈ 48,0 kJ/g

Subpasso 4.3 — Verificação

Ordenando os resultados do maior para o menor:

Hidrogênio (143,0 kJ/g) > Metano (55,6 kJ/g) > Octano (48,0 kJ/g) > Etanol (29,7 kJ/g) > Metanol (22,7 kJ/g)

O hidrogênio dispara na frente porque sua molécula é extremamente leve (M = 2 g/mol): a mesma quantidade de energia (286 kJ) fica concentrada em uma massa muitíssimo menor do que nos demais combustíveis, que carregam átomos de carbono e oxigênio "pesando" a molécula sem aumentar proporcionalmente a energia liberada. Note que o octano, apesar de ter o maior ΔHc absoluto da tabela, cai para a terceira posição quando a comparação é feita por grama — exatamente a armadilha que o comando pretendia testar.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Hidrogênio.

✅ Correta: com 143,0 kJ/g, o hidrogênio libera, de longe, a maior quantidade de energia por grama entre os cinco combustíveis — resultado direto de sua massa molar extremamente baixa (2 g/mol) associada a uma entalpia de combustão relevante (−286 kJ/mol).

B) Etanol.

❌ Incorreta: o etanol libera apenas ≈ 29,7 kJ/g, o segundo pior desempenho por grama da lista. Embora seu ΔHc molar (−1 368 kJ/mol) pareça grande, sua massa molar de 46 g/mol "dilui" bastante essa energia quando recalculada por unidade de massa.

C) Metano.

❌ Incorreta: o metano atinge ≈ 55,6 kJ/g, o segundo maior valor da tabela — um resultado respeitável, mas ainda assim menos da metade do hidrogênio, por ter massa molar (16 g/mol) oito vezes maior.

D) Metanol.

❌ Incorreta: com ≈ 22,7 kJ/g, o metanol apresenta o menor poder calorífico mássico entre todos os combustíveis do quadro — a presença do átomo de oxigênio já "oxidado" na molécula reduz tanto a energia liberada por mol quanto aumenta a massa molar, penalizando duplamente o resultado por grama.

E) Octano.

❌ Incorreta: apesar de ter o maior ΔHc em módulo da tabela (−5 471 kJ/mol), o octano só atinge ≈ 48,0 kJ/g por grama, pois sua massa molar (114 g/mol) é a maior de todas. Essa alternativa é a "pegadinha" da questão: quem compara apenas os números brutos do quadro, sem dividir pela massa molar, marca octano por engano.

🏆 Gabarito: A — o hidrogênio libera 143,0 kJ por grama de combustível, o maior valor entre as cinco opções, resultado da combinação entre entalpia de combustão relevante e massa molar mínima (2 g/mol).

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: somente o hidrogênio atinge a marca de 143,0 kJ/g; nenhum outro combustível da tabela chega nem à metade desse valor, mesmo os que exibem ΔHc molar muito maior em módulo.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente cobra a diferença entre grandezas "por mol" e "por grama" (ou "por mL", no caso de densidades) em Termoquímica, testando se o estudante sabe converter unidades antes de comparar dados de uma tabela — essa é uma das aplicações mais citadas para justificar o uso do hidrogênio como combustível do futuro (células a combustível, foguetes).
• Generalização: sempre que uma tabela fornecer uma grandeza "por mol" e a pergunta pedir a mesma grandeza "por grama" (ou vice-versa), a massa molar é a chave de conversão obrigatória — nunca compare os valores da tabela diretamente sem verificar a unidade exigida no comando.
• Dica de eliminação rápida: perceba que substâncias mais leves (menor M) tendem a "ganhar" na comparação por grama mesmo com ΔHc molar menor; isso já reduz fortemente a chance de octano e etanol (moléculas pesadas) serem a resposta, direcionando a atenção para hidrogênio e metano — os dois de menor massa molar.
• Conexões: o mesmo raciocínio de "grandeza intensiva por mol vs. por grama" aparece em questões sobre poder calorífico de biocombustíveis (etanol vs. gasolina) e em cálculos de densidade energética de baterias e células de hidrogênio, temas frequentes em provas sobre matriz energética e sustentabilidade.