Questão 111 — ENEM 2017 PPL

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Estequiometria (relação massa-mol) aplicada a reações de combustão de hidrocarbonetos
• ⚡ Nível: Médio — não basta um cálculo isolado; é preciso repetir a mesma lógica estequiométrica para cinco substâncias e comparar os resultados
• 🎯 Tema/Habilidade: Estequiometria de combustão e impacto ambiental (emissão de CO₂) — competência de interpretar uma tabela com massas molares e equações não balanceadas para extrair proporções quantitativas
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Queimando exatamente 58 g de cada combustível listado, qual deles libera a maior quantidade de CO₂?"
• Palavras-chave decisivas: combustão completa, 58 g de cada, mais CO₂
• Armadilha típica: confundir "massa molar igual à massa dada" com "resposta certa". O butano tem M = 58 g/mol, o que faz 58 g corresponderem a exatamente 1 mol — um número redondo e sedutor, mas que não é o maior produtor de CO₂.
• O que a resposta precisa demonstrar: converter a massa fixa (58 g) de cada combustível em mols de substância e, a partir do número de átomos de carbono de cada fórmula, calcular quantos mols de CO₂ são formados — depois comparar os cinco valores.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Massa molar (M): massa em gramas de 1 mol de moléculas de uma substância; permite converter massa em quantidade de matéria através de n = massa/M.
• Conservação do carbono na combustão: em qualquer combustão completa de um hidrocarboneto, cada átomo de carbono da molécula original vira exatamente uma molécula de CO₂ — a proporção mol(C) : mol(CO₂) é sempre 1:1, independentemente dos coeficientes de O₂ e H₂O do balanceamento.
• Fração mássica de carbono (%C): quanto maior a porcentagem de carbono na massa da molécula, mais mols de CO₂ uma mesma massa de combustível produz — é o critério mais rápido para comparar substâncias diferentes.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "combustão completa de 58 g de cada um dos combustíveis" → a massa é a mesma (58 g) para todas as cinco substâncias, então a comparação não pode ser feita "no olho" pela fórmula — é preciso calcular mols de fuel = 58/M para cada uma.
• Evidência 2: as fórmulas moleculares do quadro (CH₄, C₂H₂, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀) mostram quantos átomos de carbono cada molécula tem — esse número é o multiplicador que converte mol de combustível em mol de CO₂.
• Síntese: a estratégia correta é montar, para cada linha da tabela, o cálculo n(CO₂) = (58 ÷ M) × (nº de carbonos por molécula) e depois ranquear os cinco resultados do maior para o menor.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Organizar os dados da tabela

| Combustível | Fórmula | M (g/mol) | Carbonos por molécula |

|---|---|---|---|

| Metano | CH₄ | 16 | 1 |

| Acetileno | C₂H₂ | 26 | 2 |

| Etano | C₂H₆ | 30 | 2 |

| Propano | C₃H₈ | 44 | 3 |

| Butano | C₄H₁₀ | 58 | 4 |

Subpasso 4.2 — Calcular n(CO₂) = (58/M) × nC para cada combustível

• Metano: (58 ÷ 16) = 3,625 mol de CH₄ → × 1 C = 3,625 mol de CO₂
• Acetileno: (58 ÷ 26) = 2,231 mol de C₂H₂ → × 2 C = 4,462 mol de CO₂
• Etano: (58 ÷ 30) = 1,933 mol de C₂H₆ → × 2 C = 3,867 mol de CO₂
• Propano: (58 ÷ 44) = 1,318 mol de C₃H₈ → × 3 C = 3,955 mol de CO₂
• Butano: (58 ÷ 58) = 1,000 mol de C₄H₁₀ → × 4 C = 4,000 mol de CO₂

Subpasso 4.3 — Verificação por ranqueamento

Colocando os cinco valores em ordem decrescente:

Acetileno (4,462 mol) > Butano (4,000 mol) > Propano (3,955 mol) > Etano (3,867 mol) > Metano (3,625 mol)

Confirmando pelo atalho da fração mássica de carbono (%C = 12 × nC ÷ M): acetileno tem %C = 24/26 ≈ 92,3%, o maior valor da tabela (metano 75%, etano 80%, propano 81,8%, butano 82,8%). Como a massa é a mesma para todos (58 g), maior %C significa mais massa convertida em carbono e, logo, mais mols de CO₂ — batendo com o cálculo direto.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) etano.

❌ Incorreta: 58 g de etano equivalem a 1,933 mol, que geram 3,867 mol de CO₂ — sua fração de carbono (%C = 80%) é maior que a do metano, mas bem inferior à do acetileno, o que o deixa apenas em 4º lugar no ranking.

B) butano.

❌ Incorreta: é a armadilha central da questão. Como M(butano) = 58 g/mol, os 58 g fornecidos equivalem a exatamente 1 mol — um resultado "redondo" que tenta seduzir o candidato. Com 4 carbonos por molécula, produz 4,000 mol de CO₂, um valor alto, mas ainda assim inferior ao do acetileno (4,462 mol).

C) metano.

❌ Incorreta: é o pior desempenho da tabela. Com apenas 1 carbono por molécula e a menor fração mássica de carbono (%C = 75%), 58 g de metano liberam somente 3,625 mol de CO₂ — o menor valor entre os cinco combustíveis.

D) propano.

❌ Incorreta: produz 3,955 mol de CO₂, ficando em 3º lugar. Sua fração de carbono (81,8%) é intermediária e não chega perto dos 92,3% do acetileno.

E) acetileno.

✅ Correta: com M = 26 g/mol e 2 carbonos por molécula, 58 g correspondem a 2,231 mol de C₂H₂, que geram 4,462 mol de CO₂ — o maior valor entre todos os combustíveis do quadro. Isso ocorre porque o acetileno tem a maior fração mássica de carbono (92,3%) da tabela: por ser um hidrocarboneto pobre em hidrogênio (ligação tripla, fórmula C₂H₂), quase toda a sua massa é carbono, e é justamente o carbono que se converte em CO₂.

🏆 Gabarito: E — o acetileno é o combustível que, para a mesma massa de 58 g, tem a maior proporção de carbono por grama de substância, resultando na maior quantidade de mols de CO₂ liberada na combustão completa.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre os cinco hidrocarbonetos do quadro, apenas o acetileno tem uma razão (número de carbonos ÷ massa molar) alta o suficiente para produzir mais de 4,4 mol de CO₂ a partir de 58 g de combustível, superando inclusive o butano, que "parecia" o mais forte por ter massa molar igual à massa dada.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar essa comparação "combustível x combustível x mesma massa" para testar se o candidato sabe que a proporção estequiométrica relevante não é a massa em si, mas a quantidade de mols convertida a partir dela.
• Generalização: para uma massa fixa de combustível, quem tiver a maior razão (nº de átomos de carbono)/(massa molar) — ou, de forma equivalente, a maior porcentagem de carbono em massa — sempre libera mais CO₂ na combustão completa, independentemente de qual tenha a "cara" de fórmula mais complexa.
• Dica de eliminação rápida: estime rapidamente %C = (12 × nº de C) ÷ M para cada fórmula da tabela; substâncias com ligações múltiplas e menos hidrogênios (como alcinos) sempre têm %C mais alto que alcanos de tamanho parecido — isso já aponta o acetileno como favorito antes mesmo de terminar as contas de mol.
• Conexões: esse raciocínio se conecta a temas como "poder calorífico versus emissão específica de poluentes" e a problemas de reagente limitante em misturas de combustíveis, ambos recorrentes em química ambiental no ENEM.