Questão 135 — ENEM 2020 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Estequiometria (relação massa-massa) e composição percentual de misturas
• ⚡ Nível: Médio — nenhuma etapa isolada é difícil, mas exige encadear duas operações (extrair a massa de carbono a partir do percentual e depois aplicar a proporção estequiométrica) sem confundir os dados fornecidos
• 🎯 Tema/Habilidade: Cálculo estequiométrico massa-massa aplicado a um problema ambiental (emissão de gás do efeito estufa)
• 🏆 Gabarito: D — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Sabendo que 100 g de carvão antracito contêm 90% de carbono, calcule a massa de gás liberada na combustão completa desse carbono."
• Palavras-chave decisivas: combustão completa, 90% de carbono, massa molar
• Armadilha típica: tratar os 100 g de carvão como se fossem 100% carbono, ou calcular o produto errado (CO em vez de CO2), confundindo combustão completa com incompleta.
• O que a resposta precisa demonstrar: extrair a massa real do reagente relevante a partir de um percentual e aplicar corretamente a proporção estequiométrica até o produto correto.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Combustão completa: reação do combustível com O2 suficiente para oxidar totalmente o carbono a CO2, o principal gás do efeito estufa. Com falta de oxigênio, forma-se CO (combustão incompleta) — produto diferente, com outra massa molar.
• Composição percentual em massa: "90% de carbono" em 100 g de carvão significa 90 g de carbono fixo e 10 g de outros componentes (cinzas, umidade etc.) que não reagem na equação simplificada.
• Estequiometria massa-massa: a partir da equação balanceada, converte-se a razão em mols de reagente e produto em razão de massas com m = n × M.
• Massas molares a partir dos dados fornecidos: M(C) = 12 g/mol e M(O) = 16 g/mol permitem montar M(O2) = 32 g/mol e M(CO2) = 44 g/mol sem tabela periódica.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "combustão completa do carbono" → único produto a considerar é CO2, reação C + O2 → CO2.
• Evidência 2: "90% de carbono" → dos 100 g de carvão, só 90 g reagem como carbono; os 10 g restantes não geram CO2.
• Evidência 3: massas molares fornecidas (12 e 16 g/mol) → dados entregues justamente para montar a razão estequiométrica.
• Síntese: (1) achar a massa de carbono nos 100 g de antracito, (2) montar C + O2 → CO2 com as massas molares corretas, (3) converter por regra de três a massa de carbono em massa de CO2.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Massa de carbono disponível

massa de C = 100 g × 90% = 90 g de carbono, o único reagente relevante do cálculo.

Subpasso 4.2 — Equação balanceada e massas molares

C + O2 → CO2

M(C) = 12 g/mol; M(O2) = 2×16 = 32 g/mol; M(CO2) = 12+32 = 44 g/mol

Proporção em mols 1:1:1 entre C, O2 e CO2.

Subpasso 4.3 — Regra de três massa-massa

12 g de C ---------- 44 g de CO2

90 g de C ---------- x

x = (90 × 44) ÷ 12 = 3.960 ÷ 12 = 330 g de CO2

Subpasso 4.4 — Verificação por número de mols

n(C) = 90 ÷ 12 = 7,5 mol → n(CO2) = 7,5 mol (proporção 1:1) → m(CO2) = 7,5 × 44 = 330 g

Os dois caminhos convergem para 330,0 g, valor que bate exatamente com a alternativa D.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) 90,0.

❌ Incorreta: é apenas a massa de carbono do carvão, sem considerar a reação. Ignora que o carbono se combina com o oxigênio, incorporando massa ao produto formado.

B) 210,0.

❌ Incorreta: usa corretamente os 90 g de carbono, mas assume combustão incompleta, formando CO (M = 28 g/mol): 90 × 28 ÷ 12 = 210. O erro é ignorar que o enunciado pede combustão completa, cujo único produto é o CO2.

C) 233,3.

❌ Incorreta: combina dois erros — usa os 100 g totais como se fossem só carbono (ignora o percentual de 90%) e ainda calcula CO em vez de CO2: 100 × 28 ÷ 12 ≈ 233,3.

D) 330,0.

✅ Correta: considera que apenas 90 g dos 100 g de carvão são carbono e que a combustão completa produz CO2 (M = 44 g/mol): 90 × 44 ÷ 12 = 330 g, conforme o Passo 4.

E) 366,7.

❌ Incorreta: usa os 100 g totais de carvão como se fossem 100% carbono, aplicando corretamente a estequiometria da combustão completa: 100 × 44 ÷ 12 ≈ 366,7. O erro é ignorar que apenas 90% da massa do carvão é carbono fixo.

🏆 Gabarito: D — dos 100 g de carvão antracito, 90 g são carbono; na combustão completa (C + O2 → CO2), esses 90 g geram exatamente 330 g de CO2, pela proporção estequiométrica de massas molares 12 g/mol (C) para 44 g/mol (CO2).

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a letra D é a única compatível com o uso correto do percentual de carbono (90% de 100 g) e com o produto correto da combustão completa (CO2, não CO); qualquer desvio em um desses pontos leva a outra alternativa.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma combinar um dado "disfarçado" (aqui, o percentual de composição) com um cálculo estequiométrico direto, testando se o candidato filtra a fração da massa que realmente reage antes de aplicar a proporção molar.
• Generalização: sempre que houver composição percentual de uma mistura, calcule primeiro a massa do componente reagente relevante; só depois monte a equação balanceada e aplique a regra de três com as massas molares.
• Dica de eliminação rápida: confira o produto (CO2 tem M = 44, CO tem M = 28) e se o percentual de 90% foi aplicado — isso elimina A, B e C de cara e permite decidir rápido entre D e E.
• Conexões: o mesmo raciocínio de "filtrar o reagente relevante dentro de uma mistura" aparece em questões de pureza de minérios e rendimento percentual de reações.