Os combustíveis são materiais utilizados na produção de energia que, dependendo da sua composição, podem produzir diferentes substâncias. Por exemplo, numa queima completa, o hidrogênio se transforma em H2O; e o carbono, em CO2.
O quadro apresenta as entalpias de combustão de alguns combustíveis nas condições padrão.
Visando a redução do impacto ambiental, qual dos combustíveis listados libera maior quantidade de energia com menor produção de CO2?
A) Carbono.
B) Etino.
C) Propano.
D) Butano.
E) Octano.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química, Físico-Química
Nível da Questão: Médio
Gabarito: C
Tema/Objetivo Geral (Opcional): Avaliar a eficiência energética de diferentes combustíveis em função da quantidade de CO₂ gerada, visando a redução do impacto ambiental.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomada do Comando: O enunciado apresenta dados de entalpia de combustão de vários combustíveis e questiona qual deles libera mais energia com a menor produção de CO₂.
🔹 Explicação Detalhada: Devemos identificar, entre as substâncias listadas (Carbono, Etino, Propano, Butano e Octano), qual produz maior quantidade de energia por mol de CO₂ emitido na combustão completa.
📌 Identificação de Palavras-chave: “maior quantidade de energia”, “menor produção de CO₂”, “combustíveis”, “entalpia de combustão”.
📌 Definição do Objetivo: Comparar a energia liberada por mol de CO₂ gerado em cada combustível, de modo a determinar o mais eficiente ambientalmente.
“Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos e conteúdos necessários.”
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Teóricos Essenciais:
🔹 Entalpia de Combustão: quantidade de energia liberada quando 1 mol de um combustível é completamente queimado, formando CO₂ (a partir do carbono) e H₂O (a partir do hidrogênio).
🔹 Mol de CO₂: cada átomo de carbono presente no combustível resulta na formação de 1 mol de CO₂ em uma queima completa.
📌 Definições Importantes:
🔹 Relação Energia/CO₂: ao dividir a entalpia de combustão total pela quantidade de mols de CO₂ formados, obtém-se a energia liberada por mol de CO₂. Esse valor indica qual combustível é mais “limpo” em termos de emissão de CO₂ por energia gerada.
📌 Representações Visuais:
🔹 (imagem ilustrativa mostrando um cilindro de gás e moléculas de CO₂, representando a ideia de “mais energia, menos poluição”)
“Com os conceitos bem estabelecidos, vamos agora interpretar o texto da questão.”
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Análise do Contexto:
🔹 O enunciado destaca que cada combustível, ao queimar, libera certa quantidade de energia (entalpia de combustão) e forma CO₂ conforme o número de carbonos em sua fórmula.
📌 Identificação de Frases-chave:
🔹 “Visando a redução do impacto ambiental”, “maior quantidade de energia com menor produção de CO₂”.
📌 Relação com o Conteúdo Químico:
🔹 A formação de CO₂ depende diretamente do número de átomos de carbono no combustível. Quanto mais carbonos, maior a produção de CO₂ por mol de combustível.
📌 Coloque-se no Lugar de um Pesquisador Ambiental:
🔹 Imagine-se analisando diferentes combustíveis para recomendar o mais eficiente em um projeto de energia limpa. Essa perspectiva reforça a importância de avaliar não apenas o total de energia gerada, mas também o impacto no aquecimento global pela liberação de CO₂.
“Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio e, se necessário, os cálculos ou explicações técnicas para a resolução completa.”
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Resolução Completa:
🔹 Cada combustível tem sua entalpia de combustão (kJ/mol). Entretanto, precisamos saber quanta energia é gerada por mol de CO₂ formado.
🔹 Para isso, verificamos quantos carbonos (C) há na molécula do combustível. Se um combustível tem n carbonos, a combustão completa formará n mol de CO₂ para cada mol de combustível.
🔹 Dividindo a entalpia de combustão total pelo número de carbonos, obtemos a energia liberada por mol de CO₂.
📌 Explicação da Lógica Química:
✔ Carbono (C): 1 carbono → 1 mol de CO₂.
✔ Etino (C₂H₂): 2 carbonos → 2 mol de CO₂.
✔ Propano (C₃H₈): 3 carbonos → 3 mol de CO₂.
✔ Butano (C₄H₁₀): 4 carbonos → 4 mol de CO₂.
✔ Octano (C₈H₁₈): 8 carbonos → 8 mol de CO₂.
🔹 Ao dividir a entalpia de combustão pelo número de carbonos, chegamos ao valor aproximado de kJ liberados por mol de CO₂.
📌 Ilustrações Descritivas:
🔹 (imagem de uma tabela comparando o resultado “entalpia de combustão / número de carbonos” para cada combustível, destacando o maior valor)
“Com o raciocínio desenvolvido, vamos agora analisar as alternativas apresentadas.”
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Reescrita e Análise das Alternativas:
- A) Carbono
❌ A quantidade de energia liberada por mol de CO₂ não é a mais alta, pois libera apenas 394 kJ/mol para 1 mol de CO₂. - B) Etino
❌ Quando se divide a entalpia total (–1300 kJ/mol) por 2 carbonos, o resultado é 650 kJ/mol de CO₂, ainda menor que a do propano. - C) Propano
✅ Ao dividir a entalpia (–2220 kJ/mol) por 3 carbonos, obtém-se aproximadamente 740 kJ/mol de CO₂, valor superior aos anteriores. - D) Butano
❌ A entalpia total (–2878 kJ/mol) dividida por 4 carbonos gera cerca de 719,5 kJ/mol de CO₂, valor menor que o do propano. - E) Octano
❌ A entalpia total (–5471 kJ/mol) dividida por 8 carbonos resulta em aproximadamente 683,8 kJ/mol de CO₂, também inferior à do propano.
“Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.”
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
🔹 A comparação da energia liberada por mol de CO₂ mostra que o propano apresenta a melhor relação entre energia fornecida e emissão de CO₂, superando os outros combustíveis listados.
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
🔹 A alternativa C (Propano) é a correta, pois libera a maior quantidade de energia por mol de CO₂ formado.
🔍 Resumo Final:
🔹 Diante dos dados de entalpia de combustão e do número de carbonos em cada molécula, conclui-se que o propano é o combustível mais eficiente em termos de energia gerada por unidade de CO₂ liberada, contribuindo para uma menor pegada de carbono em aplicações energéticas.
