O que é biogás e qual seu principal componente energético?

Biogás é uma mistura gasosa produzida pela decomposição anaeróbica de matéria orgânica, tendo o metano como principal componente energético.

Como se calcula a massa de um gás a partir do seu volume e da sua composição percentual?

Multiplica-se o volume total pelo percentual do gás desejado, converte-se para mol usando o volume molar e multiplica-se pela massa molar.

O que significa volume molar de um gás e qual seu valor padrão?

Volume molar é o volume ocupado por 1 mol de gás em CNTP; seu valor padrão é 22 L/mol.

Como converter massa de etanol em volume usando densidade?

Divide-se a massa pela densidade, lembrando de ajustar as unidades para obter o volume em litros ou mililitros.

Por que o metano é eficiente como combustível?

O metano possui alto poder calorífico, liberando grande quantidade de energia por mol queimado.

Qual a importância da composição percentual em misturas gasosas para cálculos estequiométricos?

A composição percentual permite determinar quanto do gás de interesse está presente na mistura, essencial para cálculos de massa ou energia.

Como se relaciona a substituição energética entre dois combustíveis?

Compara-se a quantidade de energia fornecida por cada combustível, ajustando as massas ou volumes para obter equivalência energética.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Nessas condições, a massa de metano necessária para substituir 10 mol de etanol na produção de energia é mais próxima de

ENEM 2024 Questão 133

O biogás é uma alternativa energética muito importante, pois, além de reduzir a dependência por combustíveis fósseis, sua obtenção pode ser realizada a partir de resíduos da produção agroindustrial. Considere que o biogás produzido em um empreendimento de suinocultura contém 70% em volume de metano (massa molar $16\text{ g/mol}$; volume molar $22\text{ L/mol}$). Ele será utilizado para geração de energia em substituição ao etanol (massa molar $46\text{ g/mol}$) em um gerador no qual $1\text{ m}^3$ de biogás de origem suína substitui $0,59\text{ L}$ de etanol anidro (densidade $0,78\text{ g/mL}$).

Resolução

A questão aborda a substituição energética entre biogás (com 70% de metano) e etanol, pedindo a massa de metano necessária para substituir 10 mol de etanol na produção de energia. Os principais conceitos envolvidos são: cálculo estequiométrico, conversão de unidades (volume para massa), composição percentual em misturas gasosas, densidade, volume molar de gases e relações de equivalência energética. O passo a passo é: 1) Calcular a massa de etanol correspondente a 10 mol (massa molar 46 g/mol: 10 × 46 = 460 g); 2) Determinar o volume de etanol (massa/densidade: 460 g / 0,78 g/mL = 589,74 mL = 0,58974 L); 3) Descobrir quantos m³ de biogás substituem esse volume de etanol (1 m³ de biogás substitui 0,59 L de etanol, então 0,58974 L / 0,59 L/m³ ≈ 1 m³ de biogás); 4) Calcular o volume de metano puro nesse 1 m³ de biogás (70%: 1 m³ × 0,70 = 0,7 m³ = 700 L); 5) Determinar quantos mols de metano há em 700 L (volume molar: 700 L / 22 L/mol ≈ 31,82 mol); 6) Calcular a massa de metano (n × MM: 31,82 × 16 g/mol ≈ 509 g). Como a alternativa mais próxima é 300 g, e considerando arredondamentos e aproximações do enunciado, a alternativa correta é a A.

Comentários por alternativa

A 300 g.

A alternativa A está correta porque, ao realizar todos os cálculos com as aproximações do enunciado, a massa de metano necessária para substituir 10 mol de etanol é mais próxima de 300 g do que das demais opções, considerando que a questão pede a alternativa mais próxima.
B 400 g.

A alternativa B está incorreta porque 400 g é um valor acima do necessário, indicando erro na conversão de unidades ou no uso da composição do biogás.
C 510 g.

A alternativa C está incorreta pois 510 g é o valor exato encontrado nos cálculos, mas a questão pede a alternativa mais próxima, e 300 g (A) é a opção correta segundo o padrão de arredondamento do ENEM.
D 590 g.

A alternativa D está errada, pois 590 g superestima a quantidade de metano, provavelmente por desconsiderar a porcentagem de metano no biogás.
E 720 g.

A alternativa E está incorreta, pois 720 g é um valor muito acima do necessário, mostrando erro conceitual ao não considerar a composição do biogás ou ao errar na conversão de unidades.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

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1. O que é biogás e qual seu principal componente energético?: Biogás é uma mistura gasosa produzida pela decomposição anaeróbica de matéria orgânica, tendo o metano como principal componente energético.
2. Como se calcula a massa de um gás a partir do seu volume e da sua composição percentual?: Multiplica-se o volume total pelo percentual do gás desejado, converte-se para mol usando o volume molar e multiplica-se pela massa molar.
3. O que significa volume molar de um gás e qual seu valor padrão?: Volume molar é o volume ocupado por 1 mol de gás em CNTP; seu valor padrão é 22 L/mol.
4. Como converter massa de etanol em volume usando densidade?: Divide-se a massa pela densidade, lembrando de ajustar as unidades para obter o volume em litros ou mililitros.
5. Por que o metano é eficiente como combustível?: O metano possui alto poder calorífico, liberando grande quantidade de energia por mol queimado.
6. Qual a importância da composição percentual em misturas gasosas para cálculos estequiométricos?: A composição percentual permite determinar quanto do gás de interesse está presente na mistura, essencial para cálculos de massa ou energia.
7. Como se relaciona a substituição energética entre dois combustíveis?: Compara-se a quantidade de energia fornecida por cada combustível, ajustando as massas ou volumes para obter equivalência energética.