Questão 50 do ENEM 2016

Question

O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química:

\ce{3 C2H2 (g) -> C6H6 (l)}

A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais:

I. \ce{C2H2 (g) + \frac{5}{2} O2 (g) -> 2 CO2 (g) + H2O (l)} \qquad \Delta H_\text{c}^\circ = -310\text{ kcal/mol}

II. \ce{C6H6 (l) + \frac{15}{2} O2 (g) -> 6 CO2 (g) + 3 H2O (l)} \qquad \Delta H_\text{c}^\circ = -780\text{ kcal/mol}

A variação de entalpia do processo de trimerização, em kcal, para a formação de um mol de benzeno é mais próxima de

A
-1\,090.
B
-150.
C
-50.
D
+157.
E
+470.

Answer 1

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Questão 50 do ENEM 2016

1º dia · Ciências da Natureza · H26 · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química:

\ce{3 C2H2 (g) -> C6H6 (l)}

A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais:

I. \ce{C2H2 (g) + \frac{5}{2} O2 (g) -> 2 CO2 (g) + H2O (l)} \qquad \Delta H_\text{c}^\circ = -310\text{ kcal/mol}

II. \ce{C6H6 (l) + \frac{15}{2} O2 (g) -> 6 CO2 (g) + 3 H2O (l)} \qquad \Delta H_\text{c}^\circ = -780\text{ kcal/mol}

A variação de entalpia do processo de trimerização, em kcal, para a formação de um mol de benzeno é mais próxima de

A
-1\,090.
B
-150.
C
-50.
D
+157.
E
+470.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Use a lei de Hess: a variação de entalpia de uma reação global é a soma das entalpias das etapas em que ela pode ser decomposta. Para isso, ajustamos as equações de combustão para que somadas resultem em \ce{3 C2H2 (g) -> C6H6 (l)}.

A equação I tem \ce{C2H2} como reagente, mas precisamos de 3 mols dele. Multiplicamos por 3: \ce{3 C2H2 + \frac{15}{2} O2 -> 6 CO2 + 3 H2O}, com \Delta H = 3 \cdot (-310) = -930\ \text{kcal}.
A equação II tem \ce{C6H6} como reagente, mas na trimerização ele é produto. Invertemos: \ce{6 CO2 + 3 H2O -> C6H6 + \frac{15}{2} O2}, e o sinal do \Delta H troca: +780\ \text{kcal}.
Somamos as duas equações. \ce{CO2}, \ce{H2O} e \ce{O2} aparecem dos dois lados nas mesmas quantidades e se cancelam, restando \ce{3 C2H2 -> C6H6}.

\Delta H = -930 + 780 = -150\ \text{kcal}

Como a equação global já forma 1 mol de benzeno, esse é o valor pedido. O sinal negativo indica processo exotérmico.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa E (+470) engana quem esquece de multiplicar a equação I por 3 (−310 + 780), mas o processo forma benzeno a partir de 3 mols de acetileno.

Por que as outras alternativas estão erradas

ASoma os dois valores das combustões (−310 − 780) sem multiplicar nem inverter nenhuma equação.
CMultiplica a equação I por 3 mas não inverte a II, ou erra a soma; não corresponde a −930 + 780.
DValor sem relação com a soma correta; não sai de nenhuma combinação coerente das equações.
EUsa a equação I sem multiplicar por 3 e inverte a II de forma incorreta (−310 + 780), ignorando a estequiometria.

Assunto: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.

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