Questão 43 do ENEM 2009 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos determinar a quantidade de calor liberada por cada combustível para cada mol de gás carbônico ($CO_2$) produzido, criando assim uma métrica de "eficiência ambiental" para compará-los.

O primeiro passo é descobrir quantos mols de $CO_2$ são gerados na combustão completa de $1 \text{ mol}$ de cada um dos hidrocarbonetos. A reação de combustão completa de um hidrocarboneto ($C_xH_y$) sempre produz $CO_2$ e água ($H_2O$). Pela lei de conservação das massas, todo o carbono presente na molécula do combustível se transforma em $CO_2$. Assim, o número de mols de $CO_2$ gerado é diretamente igual ao número de átomos de carbono na fórmula do combustível.

Vamos analisar cada caso utilizando os dados da tabela (lembrando que o sinal negativo na entalpia $\Delta H$ indica apenas que o calor é liberado, então usaremos os valores em módulo para representar a quantidade de calor obtido):

Metano ($CH_4$)

O metano possui $1$ átomo de carbono em sua fórmula. Logo, a queima de $1 \text{ mol}$ de metano gera $1 \text{ mol}$ de $CO_2$. A energia liberada por mol de metano é de $890 \text{ kJ}$. A relação de calor por $CO_2$ é: $\frac{890 \text{ kJ}}{1 \text{ mol de } CO_2} = 890 \text{ kJ/mol de } CO_2$

Butano ($C_4H_{10}$)

O butano possui $4$ átomos de carbono. Portanto, a queima de $1 \text{ mol}$ de butano gera $4 \text{ mols}$ de $CO_2$. A energia liberada é de $2.878 \text{ kJ}$. Calculando a relação: $\frac{2.878 \text{ kJ}}{4 \text{ mols de } CO_2} = 719,5 \text{ kJ/mol de } CO_2$

Octano ($C_8H_{18}$)

O octano possui $8$ átomos de carbono, o que significa que a queima de $1 \text{ mol}$ gera $8 \text{ mols}$ de $CO_2$. A energia liberada é de $5.471 \text{ kJ}$. A relação fica: $\frac{5.471 \text{ kJ}}{8 \text{ mols de } CO_2} \approx 683,9 \text{ kJ/mol de } CO_2$

Conclusão

O enunciado pede a ordem crescente da quantidade de calor obtido por mol de $CO_2$ gerado, ou seja, do menor para o maior valor. Organizando os resultados que calculamos, temos:

$683,9 \text{ kJ}$ (Octano / Gasolina) $<$ $719,5 \text{ kJ}$ (Butano / GLP) $<$ $890 \text{ kJ}$ (Metano / Gás Natural).

Portanto, a ordem crescente dos combustíveis é: gasolina, GLP e gás natural.