Questão 123 caderno azul do ENEM 2022 PPL – Dia 2

Os airbags de segurança dos automóveis são acionados com o impacto, que envia um sinal elétrico para o dispositivo e inicia a reação explosiva do trinitreto de sódio (NaN3), produzindo sódio metálico e nitrogênio molecular, conforme a equação:

Questão 123 – ENEM PPL 2022 -

O gás produzido tem função de inflar o airbag. Esse tipo de dispositivo contém, aproximadamente, 100 g de NaN3.

Questão 123 – ENEM PPL 2022 -

Nesse dispositivo, o volume de gás produzido, em litro, é

A) 4,7.

B) 9,4.

C) 18,8.

D) 56,5.

E) 113,0.

✍ “Resolução Em Texto”

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

Química Geral (Estequiometria e Massa Molar).
Físico-Química (Estudo dos Gases).
Equação de Clapeyron (PV = nRT).

Tema/Objetivo Geral:

Calcular o volume de um gás produzido em uma reação química (airbag) a partir de uma massa conhecida de reagente, aplicando conceitos de estequiometria e leis dos gases.

Nível da Questão

Médio.
Exige dois passos bem definidos: primeiro, converter massa em mol e usar a proporção estequiométrica; segundo, aplicar a equação dos gases ideais. O desafio é não se perder nas contas com números decimais.

Gabarito

Letra D.
Ao decompormos 100g de azida de sódio, produzimos aproximadamente 2,3 mol de gás nitrogênio. Aplicando a equação de Clapeyron, esse número de mols ocupa um volume de cerca de 56,5 litros.


1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo:
A questão quer saber o tamanho do “balão” (volume do airbag) que será enchido quando 100 gramas de pó explosivo (NaN₃) virarem gás (N₂).

Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine uma receita de bolo.
A receita (equação química) diz: “2 xícaras de farinha (NaN₃) fazem 3 bolos (N₂)”.
Você tem 100g de farinha. Quantos bolos você consegue fazer? E qual o tamanho total desses bolos?
Para saber isso, primeiro precisamos traduzir “gramas” para “xícaras” (mols) e depois ver o volume que esses bolos ocupam no forno (gás ideal).

Nosso Plano de Ataque será o seguinte:

  1. Calcular a Massa Molar: Saber quanto pesa 1 mol de NaN₃.
  2. Regra de Três (Estequiometria): Descobrir quantos mols de gás N₂ são gerados.
  3. Calcular o Volume (PV=nRT): Transformar mols de gás em Litros.

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Ferramenta 1: Massa Molar (O peso do pacote)
A tabela periódica (ou os dados da questão) nos dá o peso de cada átomo.
NaN₃ = 1 Na + 3 N.

Ferramenta 2: A Receita Química (Estequiometria)
A equação balanceada é a lei:
2 mols de NaN₃ ➔ 3 mols de N₂.

Ferramenta 3: A Lei dos Gases (Clapeyron)
Para saber o volume de um gás, usamos:
P . V = n . R . T

  • P: Pressão (1 atm).
  • V: Volume (o que queremos).
  • n: Número de mols de gás (calculado no passo 2).
  • R: Constante (0,0821).
  • T: Temperatura em Kelvin (25°C + 273 = 298 K).

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Vamos aos números!

Passo A: Massa Molar do NaN₃
Na = 23
N = 14 (x3 = 42)
Massa Molar = 23 + 42 = 65 g/mol .

Passo B: Quantos mols de NaN₃ temos?
Temos 100g.
n(NaN₃) = 100 / 65 ≈ 1,54 mols.

Passo C: Quantos mols de N₂ são produzidos?
Olhe para a equação: 2 mols de NaN₃ produzem 3 mols de N₂.
A relação é de 1,5 (ou seja, produz 50% a mais).
Se eu tenho 1,54 mols de reagente:
n(N₂) = (1,54 x 3) / 2
n(N₂) ≈ 2,31 mols de Gás Nitrogênio.

Passo D: Qual o volume desses mols?
Aplicando PV = nRT:
1 . V = 2,31 . 0,0821 . 298

Dica de Cálculo:
0,0821 . 298 ≈ 24,5 (Esse é o volume de 1 mol nas CNTP “quase” padrão, a 25°C).
V ≈ 2,31 . 24,5
V ≈ 56,5 Litros.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
Esquecer de converter a Temperatura.
O enunciado deu T = 25°C. Se você colocar “25” na fórmula do PV=nRT, vai dar tudo errado (V ≈ 4,7 L, alternativa A).
Lei Absoluta dos Gases: Sempre use KELVIN. (25 + 273 = 298 K).

A Bússola (O Perfil do Culpado):

  • Síntese do raciocínio: Convertemos 100g de azida em mols, achamos a proporção de gás gerado e calculamos o volume ocupado por esse gás a 25°C.
  • Expectativa: Um valor próximo de 56 litros.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

A) 4,7.
Diagnóstico do Erro: Erro de Temperatura.
Análise: O aluno usou T = 25 (Celsius) em vez de 298 (Kelvin). O cálculo ficaria V = 2,31 . 0,082 . 25 ≈ 4,7. É a pegadinha clássica.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

B) 9,4.
Diagnóstico do Erro: Erro na Estequiometria (1:1).
Análise: O aluno pode ter esquecido a proporção 2:3 e calculado como se 1 mol de azida gerasse 1 mol de nitrogênio, e ainda cometido erros de arredondamento ou temperatura.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

C) 18,8.
Diagnóstico do Erro: Erro na Estequiometria.
Análise: O aluno pode ter considerado apenas 1 mol de reagente gerando 1 mol de produto, sem ajustar as massas.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

D) 56,5.
Análise de Correspondência: Perfeita.
Análise: Resultado exato da aplicação correta da estequiometria (gerando 2,31 mols de gás) e da lei dos gases ideais com a temperatura em Kelvin.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

E) 113,0.
Diagnóstico do Erro: Dobro do resultado.
Análise: O aluno pode ter multiplicado por 2 indevidamente, talvez pensando que a reação gerava o dobro de volume ou errando a divisão na estequiometria.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.


5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

Frase de Fechamento:
A alternativa D é a correta pois integra a conservação de massa (estequiometria) com o comportamento físico dos gases (Clapeyron), demonstrando que 100g de sólido podem se expandir para mais de 50 litros de gás em fração de segundos.

Resumo-flash (A Imagem Mental):
Um pacotinho de pó (100g) explode e enche um travesseiro gigante (56L).

🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Por que usamos Nitrogênio (N₂) no airbag? Porque é um gás inerte (não pega fogo) e abundante. Mas o Sódio (Na) que sobra é perigoso e reativo. Por isso, airbags reais têm outros ingredientes (como sílica e nitrato de potássio) para reagir com esse sódio metálico e transformá-lo em vidro inofensivo (silicato) dentro do airbag. É química salvando vidas com segurança dupla!

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