Termoquímica no Enem

Olá, pessoal! 

Hoje iremos dar dicas de termoquímica para o Enem. Esse conteúdo já foi cobrado em anos anteriores e pode ser exigido novamente porque ele está relacionado com aspectos importantes do meio ambiente, como a fotossíntese; bem como com a tecnologia e a sociedade, como alimentação, calorias, carboidratos e reações de combustão. 

A termoquímica é o ramo que estuda a quantidade de calor liberada ou absorvida nas reações químicas e em determinados fenômenos físicos (mudanças de estado físico). Assim, as questões de termoquímica no Enem costumam relacionar a quantidade de calor com os fenômenos citados. 

Para se sair bem no Enem nesse conteúdo, é necessário que o candidato preste atenção em alguns aspectos importantes, dentre eles, podemos destacar:

* Diferenciar reações ou processos endotérmicos e exotérmicos: O processo endotérmico é o que absorve calor e o exotérmico libera calor;
* Saber o que é entalpia (H),  variação de entalpia (∆H), entalpia-padrão (H0) e variação de entalpia padrão (∆H0);
* Saber escrever e interpretar equações termoquímicas. É importante lembrar que, nas equações termoquímicas, aparece o valor da variação de entalpia (∆H), isto é, do calor envolvido nessas reações ou processos físicos; e que, se o valor de ∆H é negativo, a reação é exotérmica, mas se é positivo, a reação é endotérmica. 
* Lembrar-se da Lei de Hess, que, resumidamente, diz que o valor de ∆H depende somente dos estados inicial e final da reação, além de ser sempre o mesmo, independente do caminho pelo qual ela é realizada (direta ou por meio de várias etapas).

Detalhes sobre esses e outros assuntos estudados em termoquímica podem ser vistos nos textos listados na seção abaixo:

-Termoquímica.

Agora, vamos ver alguns exemplos de questões de termoquímica que caíram no Enem em provas passadas e como proceder para resolvê-las:

Exemplo 1: Enem 2009 – caderno azul:

Resolução:

Observe que essa questão engloba também os conteúdos de reações de combustão e combustíveis. Desse modo, é importante você saber escrever as equações químicas que representam esse tipo de reação e relacionar os coeficientes estequiométricos com o que foi pedido. O texto Entalpia de Combustão ensina que a variação de entalpia-padrão é determinada somente para reações de combustão completas (não para incompletas), e o artigo Combustão Completa e Incompleta ensina que toda combustão completa de compostos orgânicos, como os combustíveis listados nessa questão, tem a sua equação escrita da seguinte forma:

Combustível + O₂ → CO₂ + H₂O 

Assim, para resolver essa questão, basta escrever as equações de combustão completa de cada combustível (metano (gás natural), butano (GLP) e octano (gasolina)) e relacionar os coeficientes da equação com o valor da variação de entalpia-padrão (∆H0). É claro que não podemos nos esquecer de realizar o balanceamento das equações. Veja:

I. Metano (gás natural):

1 CH₄+ 2 O₂ → 1 CO₂ + 2 H₂O 

1 mol de  CH4  produz 1 mol de CO₂, liberando 890 kJ (segundo dado fornecido na tabela).

II. Butano (GLP):

1 C₄H₁₀+ 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O 

1 mol de C₄H₁₀ produz 4 mol de CO₂, liberando 2.878 kJ (segundo dado fornecido na tabela). Mas queremos saber o calor fornecido para 1 mol de CO₂. Então:
4 mol ---- 2.878 kJ
1 mol ---- x
x = 719,5 kJ

III. Octano (gasolina):

1 C₈H₁₈+ 25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O 

1 mol de C₈H₁₈ produz 8 mol de CO₂, liberando 5.471 kJ (segundo dado fornecido na tabela). Mas queremos saber o calor fornecido para 1 mol de CO2. Então:
8 mol ---- 5.471 kJ
1 mol ---- y
y = 683,9 kJ

Desse modo, temos que, do ponto de vista da quantidade de calor obtida por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é: gasolina, GLP e gás natural. A alternativa correta é a letra “A”.

Exemplo 2: Enem 2010 – caderno azul:

Resolução:

Nas alternativas, mencionam-se os conteúdos de energia por litro, assim, precisamos transformar a densidade dos combustíveis de g/mL para g/L:

d_metanol = 0,79  g/mL = 790 g/L;
d_etanol = 0,79  g/mL = 790 g/L 

As massas moleculares do metanol e do etanol são dadas por:

M_metanol = 32 g/mol;
M_etanol = 46 g/mol. 

Se você tem alguma dúvida sobre como encontrar as massas moleculares das substâncias, leia o artigo: Massa molecular.

Agora nós relacionamos a quantidade em massa com a quantidade em mol:

1 mol ------ 32 g                1 mol ------ 46 g
n_metanol ------ 790 g            n_etanol ------ 790 g
n_metanol = 24,6875 mol            n_etanol = 17,1739 mol

Enfim, podemos calcular a quantidade de energia em “mol”:

Metanol:                Etanol:
1 mol ------------- 726 kJ            1 mol ------------- 1367 kJ
24,6875 mol --- x                17,1739 mol ---- y
x = 17923,125 kJ ou 17,9 MJ            y = 23476,7213 kJ ou 23,5 MJ

A alternativa correta é a letra “d”.

Exemplo 3: Enem 2011 – caderno azul:

Resolução:

Do mesmo modo que no exemplo 1, vamos escrever as equações de combustão completa para cada combustível devidamente balanceadas e relacionar a quantidade de energia liberada com a quantidade de mols de CO2 produzida. Como essa questão quer saber para a mesma quantidade de energia produzida, iremos estabelecer um valor de 1000 kJ:

1. Benzeno: 1 C₆H₆ + 15/2 O₂ → 6 CO₂ + 3 H₂O 
6 mol de CO₂ ------ 3268 kJ
        nCO₂ ------------ 1000 kJ
nCO₂ = 1,83 mol de CO₂

2. Etanol: 1 C₂H₅OH +  3 O₂ →  2 CO₂ +  3 H₂O 
2 mol de CO₂ ------ 1368 kJ
        nCO₂ ------------ 1000 kJ
nCO2 = 1,46 mol de CO₂

3. Glicose: 1 C₆H₁₂O₆ +  6 O₂ →  6 CO₂ +  6 H₂O 
6 mol de CO₂ ------ 2808 kJ
        nCO₂ ------------ 1000 kJ
nCO₂ =  2,13 mol de CO₂

4. Metano: 1 CH₄+ 2 O₂ → 1 CO₂ + 2 H₂O  
1 mol de CO₂ ------ 890 kJ
  nCO₂ ------------ 1000 kJ
nCO₂ =  1,12 mol de CO₂

5. Octano: 1 C₈H₁₈+ 25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O 
8 mol de CO₂ ------ 5471 kJ
        nCO₂ ------------ 1000 kJ
nCO2 =  1,46 mol de CO₂

Observe que o combustível que libera a maior quantidade de CO2 para a mesma quantidade de energia é a glicose. A alternativa correta é a letra “c”.