Questão 131 do ENEM PPL 2019

2º dia · Ciências da Natureza

O gás hidrogênio é considerado um ótimo combustível — o único produto da combustão desse gás é o vapor de água, como mostrado na equação química.

\ce{2 H2 (g) + O2 (g) -> 2 H2O (g)}

Um cilindro contém 1\text{ kg} de hidrogênio e todo esse gás foi queimado. Nessa reação, são rompidas e formadas ligações químicas que envolvem as energias listadas no quadro.

Ligação química Energia de ligação \left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)
H−H 437
H−O 463
O=O 494

Massas molares \left(\frac{\text{g}}{\text{mol}}\right): \ce{H2} = 2; \ce{O2} = 32; \ce{H2O} = 18.

Qual é a variação da entalpia, em quilojoule, da reação de combustão do hidrogênio contido no cilindro?

  1. A
    -242\,000
  2. B
    -121\,000
  3. C
    -2\,500
  4. D
    +110\,500
  5. E
    +234\,000
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Resolução comentada

A variação de entalpia pode ser estimada pelas energias de ligação: rompe-se ligação (absorve energia, +) e forma-se ligação (libera energia, -). Assim, \Delta H = \sum E_{\text{rompidas}} - \sum E_{\text{formadas}}.

Para a equação com 2\ \ce{H2} + 1\ \ce{O2} → 2\ \ce{H2O}:

  1. Ligações rompidas: 2 H−H e 1 O=O.

    2 \cdot 437 + 494 = 874 + 494 = 1\,368\ \text{kJ}

  2. Ligações formadas: cada \ce{H2O} tem 2 ligações H−O, então 2\ \ce{H2O} têm 4 ligações.

    4 \cdot 463 = 1\,852\ \text{kJ}

  3. Variação de entalpia da equação:

    \Delta H = 1\,368 - 1\,852 = -484\ \text{kJ}

Esse valor vale para 2 mol de \ce{H2}, ou seja, 2 \cdot 2 = 4\ \text{g} de hidrogênio.

  1. O cilindro tem 1\ \text{kg} = 1\,000\ \text{g} de \ce{H2}. Regra de três:
    \frac{-484\ \text{kJ}}{4\ \text{g}} = \frac{x}{1\,000\ \text{g}} \Rightarrow x = -484 \cdot 250 = -121\,000\ \text{kJ}

O sinal negativo indica reação exotérmica, coerente com uma combustão.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa A engana quem calcula -484 kJ e usa fator errado de conversão (500 em vez de 250), esquecendo que a equação balanceada envolve 2 mol de \ce{H2} (4 g).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa -484 kJ por 2 mol e multiplica por 500, como se 1 kg fosse 500 mol de equação, esquecendo que a equação já tem 2 mol de \ce{H2} (ou usa 2 g por mol de equação).
  • CUsa a diferença de energia de ligação sem converter a massa de 1 kg em mol.
  • DValor positivo e sem base no cálculo; a combustão é exotérmica, então \Delta H<0.
  • ESinal positivo e valor incorreto, sem correspondência com rompidas menos formadas.

Assuntos: entalpia de ligação, termoquímica, estequiometria.

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