Questão 117 — ENEM 2025 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Estequiometria aplicada à química ambiental (chuva ácida) e cálculo de pH.
• ⚡ Nível: Médio — o cálculo é simples, mas exige encadear pH → [H⁺] → mol de ácido → mol de gás → massa sem tropeçar nas unidades.
• 🎯 Tema/Habilidade: Relacionar concentração de íons H⁺, escala de pH e proporções estequiométricas para quantificar um poluente atmosférico.
• 🏆 Gabarito: B — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual foi a massa de SO₂ emitida pela usina, sabendo que ele virou H₂SO₄ dissolvido em 1 000 toneladas de água com pH = 4,0?"
• Palavras-chave decisivas: pH = 4,0, totalmente ionizado, 1 000 toneladas de água.
• Armadilha típica: esquecer que 1 mol de H₂SO₄ libera 2 mols de H⁺ (ácido diprótico), o que leva o aluno a dobrar a resposta e cair no valor 6,4 kg.
• O que a resposta precisa demonstrar: conversão correta de pH em [H⁺], domínio das proporções das três equações e controle rigoroso das unidades de volume/massa.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• pH e [H⁺]: pH = −log[H⁺]. Logo, [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ. Se pH = 4,0, então [H⁺] = 10⁻⁴ mol/L. É a "porta de entrada" da questão.
• Ácido diprótico totalmente ionizado: o H₂SO₄ é um ácido forte que libera dois prótons. A relação estequiométrica é 1 mol de H₂SO₄ → 2 mols de H⁺. Portanto n(H₂SO₄) = n(H⁺) ÷ 2.
• Cadeia estequiométrica do enxofre: somando as etapas, cada 1 mol de SO₂ gera 1 mol de SO₃ e este gera 1 mol de H₂SO₄. A proporção SO₂ : H₂SO₄ é 1 : 1.
• Massa molar do SO₂: 32 + 2×16 = 64 g/mol.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "1 000 toneladas de água" com densidade 1 g/mL → permite converter massa em volume: preciso do volume em litros para usar a concentração em mol/L.
• Evidência 2: "esse ácido encontra-se totalmente ionizado" e "pH = 4,0" → garante que todo o H⁺ medido veio do H₂SO₄ e que posso ir de [H⁺] direto para mols de ácido.
• Síntese: o caminho é uma esteira de conversões: massa de água → volume (L) → n(H⁺) via [H⁺] → n(H₂SO₄) → n(SO₂) → massa de SO₂.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Volume de água em litros

1 000 toneladas = 10⁶ kg = 10⁹ g. Como d = 1 g/mL, o volume é 10⁹ mL = 10⁶ L.

Subpasso 4.2 — Do pH ao número de mols de H⁺

[H⁺] = 10⁻⁴ mol/L.

n(H⁺) = [H⁺] × V = 10⁻⁴ mol/L × 10⁶ L = 10² = 100 mol de H⁺.

Subpasso 4.3 — De H⁺ a H₂SO₄ e a SO₂

Como 1 mol de H₂SO₄ libera 2 mols de H⁺:

n(H₂SO₄) = 100 ÷ 2 = 50 mol.

Pela proporção 1 : 1 da cadeia de reações, n(SO₂) = n(H₂SO₄) = 50 mol.

Subpasso 4.4 — Massa de SO₂

m(SO₂) = n × MM = 50 mol × 64 g/mol = 3 200 g = 3,2 kg.

Subpasso 4.5 — Verificação

Confronto com as alternativas: 3,2 kg corresponde exatamente à letra B. Note que ignorar o fator 2 do ácido diprótico daria 100 mol de SO₂ = 6,4 kg (letra E) — a armadilha antecipada. Metade do valor correto (1,6 kg) seria a letra A. O resultado 3,2 kg é consistente.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) 1,6 kg.

❌ Incorreta: corresponde a apenas 25 mol de SO₂. Surge de dividir os mols de H⁺ por 4 (dividir por 2 duas vezes) ou de esquecer um fator 2, subestimando a massa.

B) 3,2 kg.

✅ Correta: reflete 50 mol de SO₂ (100 mol de H⁺ ÷ 2 para o ácido diprótico, proporção 1:1 com o SO₂) × 64 g/mol.

C) 4,0 kg.

❌ Incorreta: não decorre de nenhuma etapa coerente; é um distrator "redondo" para atrair quem arredonda unidades ou confunde massa molar.

D) 4,9 kg.

❌ Incorreta: valor sem respaldo estequiométrico na cadeia SO₂ → SO₃ → H₂SO₄; funciona apenas como isca numérica intermediária.

E) 6,4 kg.

❌ Incorreta: é o erro clássico de tratar o H₂SO₄ como monoprótico, tomando n(SO₂) = n(H⁺) = 100 mol. Ignora que cada H₂SO₄ libera 2 H⁺.

🏆 Gabarito: B — 100 mol de H⁺ em 10⁶ L de água implicam 50 mol de H₂SO₄ e, portanto, 50 mol de SO₂, cuja massa é 50 × 64 = 3 200 g ≈ 3,2 kg.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só 3,2 kg satisfaz simultaneamente o volume de 10⁶ L, o pH = 4,0 e a natureza diprótica do H₂SO₄.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora unir chuva ácida (SOₓ, NOₓ) com pH e estequiometria, exigindo que o candidato transite entre concentração, mols e massa.
• Generalização: para ácidos, a rota é sempre pH → [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ → n(H⁺) = [H⁺]×V → dividir pelo nº de H ionizáveis → chegar ao mol da substância → multiplicar pela massa molar.
• Dica de eliminação rápida: identifique o fator 2 do ácido diprótico logo de início — isso separa 3,2 kg (correto) de 6,4 kg (armadilha) e já elimina os distratores "redondos" 4,0 e 4,9 kg.
• Conexões: poluição atmosférica e chuva ácida; escala de pH e pOH; ácidos fortes x fracos e grau de ionização.