Questão 110 do ENEM 2025 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos descobrir a quantidade de metano ($\text{CH}_4$) que entrou em combustão e, em seguida, calcular a energia liberada por essa quantidade usando as energias de ligação fornecidas.

1. Calculando a quantidade de metano

Primeiro, vamos determinar a massa total do gás natural veicular (GNV) liberado. O enunciado nos dá o volume ($V = 15\text{ m}^3$) e a densidade ($d = 0,8\text{ kg/m}^3$). Usando a fórmula da densidade ($d = \frac{m}{V}$), temos:

$m_{\text{total}} = d \times V$ $m_{\text{total}} = 0,8\text{ kg/m}^3 \times 15\text{ m}^3 = 12\text{ kg}$

Como é mais conveniente trabalhar com gramas na química (por causa da massa molar), convertemos para gramas: $m_{\text{total}} = 12.000\text{ g}$

O enunciado diz que a concentração de metano no GNV é de $90\%$. Logo, a massa de metano é:

$m_{\text{metano}} = 0,90 \times 12.000\text{ g} = 10.800\text{ g}$

Agora, convertemos essa massa para número de mols ($n$), usando a massa molar do metano ($M = 16\text{ g/mol}$):

$n = \frac{m}{M} = \frac{10.800\text{ g}}{16\text{ g/mol}} = 675\text{ mol}$

2. Calculando a energia liberada por mol de metano

A reação de combustão completa do metano é dada pela equação balanceada:

$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Para calcular a variação de entalpia ($\Delta H$) da reação usando energias de ligação, precisamos lembrar que:

• Quebrar ligações (nos reagentes) absorve energia (processo endotérmico, sinal positivo).
• Formar ligações (nos produtos) libera energia (processo exotérmico, sinal negativo).

Energia absorvida na quebra das ligações (Reagentes):

• No $\text{CH}_4$, temos 4 ligações $\text{C}-\text{H}$: $4 \times 414\text{ kJ/mol} = 1.656\text{ kJ}$
• Em 2 moléculas de $\text{O}_2$, temos 2 ligações $\text{O}=\text{O}$: $2 \times 498\text{ kJ/mol} = 996\text{ kJ}$
• Total absorvido = $1.656 + 996 = 2.652\text{ kJ}$

Energia liberada na formação das ligações (Produtos):

• No $\text{CO}_2$, temos 2 ligações $\text{C}=\text{O}$: $2 \times 799\text{ kJ/mol} = 1.598\text{ kJ}$
• Em 2 moléculas de $\text{H}_2\text{O}$, temos 4 ligações $\text{H}-\text{O}$ (pois cada água tem 2): $4 \times 460\text{ kJ/mol} = 1.840\text{ kJ}$
• Total liberado = $1.598 + 1.840 = 3.438\text{ kJ}$

O saldo de energia ($\Delta H$) para a combustão de 1 mol de metano é:

$\Delta H = \text{Energia absorvida} - \text{Energia liberada}$ $\Delta H = 2.652 - 3.438 = -786\text{ kJ/mol}$

O sinal negativo indica que são liberados $786\text{ kJ}$ de energia para cada mol de metano queimado.

3. Calculando a energia total da explosão

Como calculamos no início, temos $675\text{ mol}$ de metano. A energia total liberada ($E$) será:

$E = 675\text{ mol} \times 786\text{ kJ/mol}$ $E = 530.550\text{ kJ}$

Colocando em notação científica para comparar com as alternativas:

$E \approx 5,3 \times 10^5\text{ kJ}$

Esse valor corresponde exatamente à alternativa D.