Questão 84 — ENEM 2016 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Estequiometria (relação massa-massa em reações de combustão)
• ⚡ Nível: Médio — exige encadear três etapas de cálculo (consumo, massa de carbono e conversão estequiométrica) sem nenhuma delas ser, isoladamente, complexa.
• 🎯 Tema/Habilidade: Cálculo estequiométrico aplicado a um problema ambiental real (emissão de CO₂ por veículos) — competência de área 7 do ENEM (relações entre produção de bens, transformação de energia e impacto ambiental).
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Quantos quilogramas de CO₂ o veículo emitiu ao percorrer 600 km, sabendo o consumo de gasolina e o teor de carbono do combustível?"
• Palavras-chave decisivas: massa molar, 0,6 kg de carbono por litro, 600 km / 15 km por litro
• Armadilha típica: parar o cálculo na massa de carbono queimado (24 kg) e marcá-la como resposta final, esquecendo que o enunciado pede a massa de CO₂, não de carbono.
• O que a resposta precisa demonstrar: a capacidade de transformar um dado de consumo (km) em quantidade de combustível (L), depois em massa de carbono (kg) e, por fim, aplicar a proporção estequiométrica da reação de combustão para obter a massa do produto (CO₂).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Massa molar: massa de um mol de substância, numericamente igual à soma das massas atômicas dos elementos que a compõem (em g/mol). Aqui, C = 12 g/mol e O = 16 g/mol.
• Fórmula molecular do CO₂: cada molécula tem 1 átomo de carbono e 2 de oxigênio; logo, sua massa molar é 12 + 2×16 = 44 g/mol.
• Relação estequiométrica massa-massa: numa reação balanceada, as massas dos reagentes e produtos guardam a mesma proporção das massas molares multiplicadas pelos coeficientes. Na combustão completa, todo átomo de carbono do combustível vira um átomo de carbono no CO₂ — ou seja, a proporção é sempre 12 g de C para 44 g de CO₂.
• Consumo específico: a informação "1 litro a cada 15 km" é uma taxa que converte distância percorrida em volume de combustível gasto — o primeiro elo da cadeia de cálculo.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "percorreu 600 km em um veículo que consome um litro de gasolina a cada 15 km" → fornece a taxa de consumo, que permite calcular quantos litros de gasolina foram queimados na viagem inteira.
• Evidência 2: "o conteúdo de carbono em um litro dessa gasolina é igual a 0,6 kg" → dá o fator de conversão de litros de gasolina para quilogramas de carbono — é a ponte entre o volume consumido e a massa do elemento que efetivamente reage.
• Evidência 3: "a partir das massas molares do carbono e do oxigênio" → sinaliza explicitamente que a etapa final é estequiométrica: transformar massa de C em massa de CO₂ usando a razão das massas molares.
• Síntese: o problema é uma cadeia de três conversões sucessivas — km → L → kg de C → kg de CO₂ — e cada evidência do texto corresponde a exatamente uma dessas etapas.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Determinar o volume de gasolina consumido na viagem

O veículo consome 1 litro a cada 15 km. Para percorrer 600 km:

Volume = 600 km ÷ 15 km/L = 40 L

Foram consumidos 40 litros de gasolina durante toda a viagem de férias.

Subpasso 4.2 — Calcular a massa total de carbono queimado

Cada litro de gasolina contém 0,6 kg de carbono. Como foram 40 litros:

Massa de C = 40 L × 0,6 kg/L = 24 kg de carbono

Esse é o total de carbono que, na combustão, reage com o oxigênio do ar para formar CO₂.

Subpasso 4.3 — Converter a massa de carbono em massa de CO₂ (estequiometria)

A reação de combustão completa do carbono é:

C + O₂ → CO₂

Massas molares: C = 12 g/mol; O₂ = 32 g/mol; CO₂ = 12 + 2×16 = 44 g/mol.

A proporção é 12 g de C para 44 g de CO₂ (1 mol para 1 mol). Aplicando uma regra de três com a massa de carbono encontrada:

12 kg de C ―――― 44 kg de CO₂

24 kg de C ―――― x

x = (24 × 44) ÷ 12 = 24 × (44/12) = 24 × 11/3 = 88 kg de CO₂

Subpasso 4.4 — Verificação

Confira a ordem de grandeza: 24 kg de carbono, ao se combinar com oxigênio, ganham massa (o CO₂ é "mais pesado" que o carbono puro, pois incorpora dois átomos de oxigênio). A razão 44/12 ≈ 3,67 confirma que o produto deve pesar bem mais que o reagente sólido — e 88 kg é justamente 24 kg × 3,67, batendo com a alternativa D, a única compatível com esse valor.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) 24 kg.

❌ Incorreta: é exatamente a massa de carbono consumido (40 L × 0,6 kg/L), não a massa de CO₂. Quem marca essa alternativa parou o raciocínio na penúltima etapa e esqueceu de aplicar a conversão estequiométrica pedida explicitamente pelo enunciado.

B) 33 kg.

❌ Incorreta: resulta de um erro na razão estequiométrica — usar a massa molar do O₂ (32 g/mol) como referência em vez da massa molar do carbono (12 g/mol) no denominador da proporção: 24 × (44/32) ≈ 33 kg. O erro conceitual é confundir "massa de oxigênio consumido" com "massa de carbono reagente" ao montar a regra de três.

C) 40 kg.

❌ Incorreta: é o volume de gasolina consumido em litros (40 L), tratado indevidamente como se já fosse a resposta em quilogramas de CO₂. Esse erro ignora completamente as etapas de conversão para massa de carbono e para massa de CO₂.

D) 88 kg.

✅ Correta: é o resultado de encadear corretamente as três conversões — 600 km → 40 L de gasolina → 24 kg de carbono → 88 kg de CO₂, aplicando a proporção estequiométrica 12 g de C : 44 g de CO₂.

E) 147 kg.

❌ Incorreta: surge de aplicar a razão estequiométrica (44/12) diretamente sobre o número de litros consumidos (40), sem antes multiplicar pelo teor de carbono de 0,6 kg/L: 40 × (44/12) ≈ 147 kg. O erro conceitual é tratar o volume de combustível (em litros) como se fosse numericamente igual à massa de carbono (em kg), pulando a conversão dada pelo enunciado.

🏆 Gabarito: D — a massa de CO₂ emitida é 88 kg, obtida ao converter 600 km em 40 L de gasolina, depois em 24 kg de carbono e, por fim, aplicando a proporção estequiométrica 12 g de C : 44 g de CO₂ da reação de combustão completa.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas 88 kg fecha as três conversões pedidas pelo enunciado (consumo → massa de carbono → massa de CO₂); qualquer outro valor corresponde a parar em uma etapa intermediária ou usar a massa molar errada na proporção.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente usa a "pegada de carbono" e emissões veiculares como pretexto para cobrar estequiometria básica (relação massa-massa via massas molares), sempre embutindo o cálculo dentro de um contexto ambiental ou de mobilidade.
• Generalização: em qualquer questão de combustão que peça a massa do produto (CO₂, SO₂, H₂O etc.) a partir da massa de um elemento do combustível, o caminho é sempre: (1) achar a massa do elemento reagente, (2) montar a razão entre a massa molar desse elemento no reagente e a massa molar da molécula do produto, (3) aplicar regra de três simples.
• Dica de eliminação rápida: calcule primeiro a massa de carbono (24 kg) — se ela aparecer como alternativa (como a letra A), risque-a imediatamente, pois é sempre a "resposta de quem parou no meio do caminho". Em seguida, lembre que a massa de CO₂ deve ser sempre maior que a massa de carbono usada (fator ≈ 3,67), o que já elimina qualquer valor menor ou igual a 24 kg.
• Conexões: este raciocínio se conecta diretamente a questões sobre rendimento de reações, cálculo de pegada de carbono e balanço de massa em processos de combustão — temas frequentes em química ambiental no ENEM.