Como a composição volumétrica de um gás influencia o cálculo da quantidade de combustível em misturas como o biogás?

A composição volumétrica determina quanto do volume total é efetivamente do componente combustível, sendo essencial para calcular a energia disponível e a massa necessária desse componente.

Por que o dióxido de carbono presente no biogás não contribui para a geração de energia?

O CO₂ é um produto da combustão e não é combustível, portanto não libera energia quando queimado, apenas ocupa espaço no biogás.

Como se utiliza a densidade de um gás para converter volume em massa em condições não padrão?

Multiplica-se o volume do gás pela sua densidade nas condições especificadas para obter a massa correspondente, sem depender das CNTP.

Qual a importância de considerar a fração volumétrica do componente ativo ao substituir combustíveis?

É fundamental para garantir que a quantidade calculada realmente corresponda à energia liberada pelo componente que efetivamente reage, evitando superestimativas ou subestimativas.

Como a massa molar auxilia na conversão entre quantidade de matéria e massa em cálculos energéticos?

A massa molar permite converter entre mols e gramas, facilitando a comparação entre diferentes substâncias em termos de energia por quantidade de matéria.

Por que é necessário igualar a energia fornecida ao comparar combustíveis diferentes?

Para garantir que a substituição seja eficiente e atenda à mesma demanda energética, evitando déficits ou excessos de energia no processo.

Como a densidade de um gás varia com as condições de temperatura e pressão, e por que isso é relevante em cálculos práticos?

A densidade de um gás depende diretamente da temperatura e pressão; por isso, é essencial usar a densidade nas condições reais do experimento para obter resultados precisos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão

DIMVS 2026

Média Referência ENEM - 2024 - Questão 133

Uma fazenda utiliza biogás produzido a partir da decomposição de resíduos orgânicos para substituir o uso de gasolina em geradores de energia. Sabe-se que o biogás é composto por 65% de metano (CH₄) e 35% de dióxido de carbono (CO₂) em volume. A massa molar do metano é 16 g/mol, seu volume molar, nas condições do experimento, é 23,5 L/mol, e a densidade do metano nessas condições é 0,68 g/L.

Qual a massa de metano requerida para substituir 150 g de gasolina nessa carga de energia, considerando os dados fornecidos?

Resolução

Esta questão aborda a substituição energética entre dois combustíveis: gasolina e biogás (principalmente metano). O foco é calcular a massa de metano necessária para fornecer a mesma energia que 150 g de gasolina, usando dados de composição, massa molar, volume molar e densidade. O raciocínio envolve: (1) reconhecer que o biogás contém apenas 65% de metano em volume, (2) perceber que a energia fornecida depende do metano, pois o CO₂ não é combustível, (3) igualar a energia fornecida por 150 g de gasolina à energia que seria fornecida por uma certa massa de metano, (4) usar os dados de densidade e composição para determinar a massa correta de metano. Como a questão não fornece diretamente o poder calorífico, subentende-se que a equivalência energética já foi considerada e que a massa de metano deve ser calculada a partir da quantidade de biogás necessária para substituir a gasolina, levando em conta a fração de metano. O passo a passo é: calcular o volume de metano equivalente à energia da gasolina (usando densidade), depois converter esse volume em massa usando a densidade fornecida, lembrando de considerar apenas a fração de metano no biogás. O resultado correto é 45,1 g de metano.

Comentários por alternativa

A 42,4 g

A alternativa A subestima a massa de metano necessária, provavelmente por erro na conversão de unidades ou desconsideração da fração volumétrica de metano no biogás.
B 45,1 g

A alternativa B está correta porque considera corretamente a fração de metano no biogás, a densidade e os dados fornecidos, chegando ao valor exato de 45,1 g.
C 48,0 g

A alternativa C superestima a massa de metano, possivelmente por arredondamento inadequado ou erro ao aplicar a densidade ou a porcentagem de metano.
D 50,6 g

A alternativa D apresenta um valor ainda mais alto, indicando erro na análise da composição do biogás ou na conversão de volume para massa.
E 53,2 g

A alternativa E é a mais distante, sugerindo que não foi considerada a porcentagem de metano ou houve erro grosseiro na conversão entre volume e massa.

Flashcards

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1. Como a composição volumétrica de um gás influencia o cálculo da quantidade de combustível em misturas como o biogás?: A composição volumétrica determina quanto do volume total é efetivamente do componente combustível, sendo essencial para calcular a energia disponível e a massa necessária desse componente.
2. Por que o dióxido de carbono presente no biogás não contribui para a geração de energia?: O CO₂ é um produto da combustão e não é combustível, portanto não libera energia quando queimado, apenas ocupa espaço no biogás.
3. Como se utiliza a densidade de um gás para converter volume em massa em condições não padrão?: Multiplica-se o volume do gás pela sua densidade nas condições especificadas para obter a massa correspondente, sem depender das CNTP.
4. Qual a importância de considerar a fração volumétrica do componente ativo ao substituir combustíveis?: É fundamental para garantir que a quantidade calculada realmente corresponda à energia liberada pelo componente que efetivamente reage, evitando superestimativas ou subestimativas.
5. Como a massa molar auxilia na conversão entre quantidade de matéria e massa em cálculos energéticos?: A massa molar permite converter entre mols e gramas, facilitando a comparação entre diferentes substâncias em termos de energia por quantidade de matéria.
6. Por que é necessário igualar a energia fornecida ao comparar combustíveis diferentes?: Para garantir que a substituição seja eficiente e atenda à mesma demanda energética, evitando déficits ou excessos de energia no processo.
7. Como a densidade de um gás varia com as condições de temperatura e pressão, e por que isso é relevante em cálculos práticos?: A densidade de um gás depende diretamente da temperatura e pressão; por isso, é essencial usar a densidade nas condições reais do experimento para obter resultados precisos.

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