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Caderno do Professor com todas atividades e respostas para uso em dúvidas. Atenção: As respostas contidas aqui tem o objetivo de contribuir para um maior conhecimento e não apenas serem copiadas, já que se for pra copiar e não aprender nada, não perca seu tempo. Assim tire proveito das atividades.
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1
Caro Professor,
Em 2009 os Cadernos do Aluno foram editados e distribuídos a todos os estudantes da rede estadual de ensino. Eles serviram de apoio ao trabalho dos professores ao longo de todo o ano e foram usados, testados, analisados e revisados para a nova edição a partir de 2010.
As alterações foram apontadas pelos autores, que analisaram novamente o material, por leitores especializados nas disciplinas e, sobretudo, pelos próprios professores, que postaram suas sugestões e contribuíram para o aperfeiçoamento dos Cadernos. Note também que alguns dados foram atualizados em função do lançamento de publicações mais recentes.
Quando você receber a nova edição do Caderno do Aluno, veja o que mudou e analise as diferenças, para estar sempre bem preparado para suas aulas.
Na primeira parte deste documento, você encontra as orientações das atividades propostas no Caderno do Aluno. Como os Cadernos do Professor não serão editados em 2010, utilize as informações e os ajustes que estão na segunda parte deste documento.
Bom trabalho!
Equipe São Paulo faz escola.
2
Caderno do Aluno de Química – 1ª série – Volume 2
Respostas às questões
As respostas são indicações do que pode ser esperado das reflexões dos alunos. De maneira
nenhuma são “gabaritos” para ser seguidos em eventuais correções de tarefas ou discussões
em sala de aula. Deve-se chamar atenção para o fato de se ter procurado utilizar a linguagem
que envolve termos científicos de maneira adequada, o que, certamente, não corresponde ao
modo pelo qual os alunos se expressam. Muitas vezes, expressam ideias pertinentes, porém sem
a devida apropriação da terminologia química.
3
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO NO DIA A DIA E NO SISTEMA PRODUTIVO
Questões para a sala de aula
Páginas 3 - 4
1. Neste pequeno resumo, espera-se que os estudantes possam destacar duas principais
ideias: o carvão tem a função de fornecer energia térmica ao ser queimado na
produção da cal e do ferro e, no caso deste, é também um dos reagentes.
2.
a) Neste item é importante estar atento às dificuldades que alguns estudantes
podem apresentar em relação às operações matemáticas com notações científicas.
Espera-se que eles respondam algo como:
7,0 milhões de toneladas = 7,0 × 106 t = 7,0 × 106 × 106 g = 7,0 × 1012 g
b) Deve-se estabelecer uma relação entre a quantidade de carvão e a quantidade de
cal para obter a massa de carvão consumida na produção de cal no ano de 2006.
t10 2,2 x g10 2,184 x g10 7,0
x
g0001
g312
cal de Massacarvão de Massa 612
12
c) Espera-se que o aluno interprete os dados da tabela respondendo que a produção
de 1 kg de ferro consome maior quantidade de carvão (910 g) do que a de 1 kg de cal
(312 g de carvão).
Questões para a sala de aula
Páginas 5 - 6
1.
a) O combustível apresentado na tabela que tem maior poder calorífico é o gás de
cozinha (11730 kcal/kg ou 49030 kJ/kg).
b) O combustível apresentado na tabela que tem menor poder calorífico é a lenha
(2524 kcal/kg ou 10550 kJ/kg).
4
2. Se a combustão de 1,0 kg de lenha libera 2524 kcal, então a combustão de 5,0 kg
desse combustível, uma massa cinco vezes maior, deve liberar cinco vezes mais
energia: 5,0 kg × 2524 kcal/kg = 12620 kcal ou 1,3 × 104 kcal.
3. O estudante pode estabelecer uma relação entre a massa de carvão queimado e a
quantidade de energia liberada nesse processo:
kg 2,5 x
kcal 00017
x
kcal 8006
kg 1,0
liberada energiacarvão de massa
4.
a) Se a combustão de 1,0 kg de gás natural libera 9,1 × 103 kcal, então a combustão
de 30 kg desse combustível, uma massa trinta vezes maior, deve liberar trinta vezes
mais energia: 30 kg × 9,1 × 103 kcal/kg = 273000 kcal = 2,7 × 105 kcal.
b) kgxx
x
kcal
kg
liberadaenergia
biogásdemassa5,1
101,90006
0,13
Páginas 6 - 7
1. Nesta questão, o estudante deve calcular as quantidades de energia liberada na
combustão da gasolina com 20% de álcool e do álcool combustível. Uma análise
puramente qualitativa não é suficiente para responder à questão, visto que o
combustível com maior poder calorífico está em menor quantidade.
Como na queima da gasolina com 20% de álcool liberam-se 9700 kcal por
quilograma, para 30 kg desse combustível teremos:
30 kg × 9700 kcal/kg = 291000 kcal ou 2,9.105 kcal
De igual modo, na queima de 40 kg de álcool combustível teremos:
40 kg × 6507 kcal/kg = 260280 kcal ou 2,60.105 kcal
A energia liberada na combustão desses materiais também pode ser calculada em
quilojoules: 1216380 kJ (1,2 × 106 kJ) e 1088000 kJ (1,1 × 106 kJ), respectivamente.
A combustão de 30 kg de gasolina com 20% de álcool deve liberar mais energia
térmica do que a combustão de 40 kg de álcool combustível.
5
2. As possíveis dificuldades apresentadas pelos estudantes nas questões da Atividade 1
podem se repetir nesta questão. Assim, deve-se estar atento ao uso de notação
científica e aos algarismos significativos dos dados do enunciado e da resposta final.
Uma possibilidade de resolução para essa questão é apresentada a seguir:
• Cálculo da massa de carvão consumido na produção de 4,0 × 104 kg de ferro:
kg10 3,6 x kg10 4,0
x
kg 1,0
kg 0,91
ferro de massa
carvão de massa 4
4
• Cálculo da quantidade de calor produzido na combustão de 3,6 × 104 kg de
carvão:
kcal 10 2,4 kcal 10 24480 y kg10 3,6
y
kg 1,0
kcal 8006
carvão de massa
liberada energia 84
4
Página 7
1. Impactos ambientais, octanagem e compressibilidade, corrosão do motor, renovável
ou não-renovável.
2. Usa-se etanol misturado à gasolina para aumentar a octanagem e para substituir parte
do combustível fóssil por um combustível renovável.
Atividade 3 - A combustão
Página 8
O triângulo da combustão significa que, para ocorrer uma combustão, são
necessários combustível, comburente e energia suficiente para iniciar o processo.
Questões para a sala de aula
Páginas 8 - 9
1. Ao completar o quadro, os estudantes podem utilizar diferentes linguagens, como os
nomes oficiais ou triviais das substâncias, os nomes dos materiais ou as fórmulas
químicas. Assim, é aceitável, neste momento, que dióxido de carbono, gás carbônico
ou CO2 sejam considerados respostas corretas para a coluna dos produtos da
6
combustão do carvão. Da mesma forma, pode-se considerar tanto o carvão (material)
quanto o carbono (substância) como um dos reagentes nessa combustão. É possível
também que alguns estudantes incluam as “cinzas” como um produto da combustão
do carvão.
Uma possibilidade de resposta à questão é apresentada a seguir:
CCoommbbuussttããoo RReeaaggeenntteess PPrroodduuttooss MMaanniiffeessttaaççõõeess
ddee eenneerrggiiaa lliibbeerraaddaa
AApprreesseennttaa cchhaammaa??
II carvão (C) e gás
oxigênio (O2) gás carbônico
(CO2) energia térmica e
luz talvez
IIII
etanol (C2H5OH) e gás oxigênio (O2)
gás carbônico (CO2) e água
(H2O)
energia térmica e luz
sim
IIIIII ferro (Fe) e gás oxigênio (O2)
óxido de ferro III (Fe2O3)
energia térmica e luz
não
2. I: O carvão reage com o oxigênio do ar produzindo gás carbônico:
C(s) + O2(g) CO2(g)
II: O etanol reage com oxigênio do ar produzindo gás carbônico e água:
C2H5OH(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)
III: O ferro reage com oxigênio do ar produzindo óxido de ferro III:
Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s)
3. A definição do estudante apresenta como informação correta o fato das combustões
serem reações químicas (entre um combustível e um comburente, geralmente o
oxigênio), mas é errado afirmar que as combustões são reações em que se formam
gás carbônico e água. Os produtos obtidos na combustão dependem do combustível
utilizado e da disponibilidade de oxigênio. Como visto na questão anterior, apenas a
combustão do etanol formou gás carbônico e água; na combustão do carbono
presente no carvão forma-se apenas dióxido de carbono (ou monóxido de carbono) e
na combustão do ferro forma-se apenas óxido de ferro. Assim, uma definição mais
adequada de combustão seria: “uma reação química que envolve a interação de
material combustível com um comburente (quase sempre o oxigênio), em que há
liberação de energia térmica”.
7
Páginas 9 - 10
1. S(s) + O2(g) SO2(g)
2.
a) Muitos combustíveis são misturas de substâncias, como o caso da gasolina e do
querosene, e, portanto, não apresentam temperaturas de ebulição bem determinadas.
Assim, durante a ebulição da gasolina, por exemplo, a temperatura varia entre 40 e
200 ºC. Já o etanol é uma substância pura e, por isso, apresenta temperatura de
ebulição bem determinada.
b) A temperatura mínima para que a gasolina queime na presença de chama é de
– 43 ºC e, no caso do querosene, é de 45 ºC.
c) O fato da gasolina ter componentes bastante voláteis (com temperaturas de
ebulição a partir de 40 ºC) e temperatura de fulgor baixa (– 43 ºC), quando
comparados ao álcool, faz com que seja mais fácil dar partida em carros a gasolina
do que em carros a álcool. Como o álcool é menos volátil que a gasolina (tem
temperatura de ebulição superior à de alguns componentes da gasolina), a quantidade
de vapores de álcool formada nos motores à carburação é pequena em dias frios e,
por isso, a combustão é dificultada.
Entretanto, é bom frisar que os automóveis mais “modernos” (construídos a partir de
meados da década de 90) não apresentam mais esse problema.
Desafio!
Página 11
1. Supondo os seguintes dados:
CCoommbbuussttíívveell PPrreeççoo eemm rreeaaiiss ppoorr lliittrroo
DDeennssiiddaaddee ddoo ccoommbbuussttíívveell
((gg//ccmm33))
PPooddeerr ccaalloorrííffiiccoo ((kkccaall//kkgg))
ÁÁllccooooll ccoommbbuussttíívveell 1,40 0,84 6507
GGaassoolliinnaa ccoomm áállccooooll
2,40 0,75 9700
8
Cálculo da energia liberada na queima de 1 L de combustível considerando que as
massas de 1 L de álcool combustível e de 1 L de gasolina com 20% de álcool são,
respectivamente, 0,84 kg e 0,75 kg:
kcal 4655 x kg 0,84
x
kg 1,0
kcal 5076
álcool de massa
liberada energia
kcal 2757 x
kg 0,75
y
kg 1,0
kcal 7009
gasolinademassa
liberadaenergia
Assim, temos a seguinte relação:
40,2$727575,0 gasolina de1
40,1$546584,0álcool de1de massa tem
de massa tem
RkcalkgL
RkcalkgLcustaqueliberae
custaqueliberae
Cálculo do custo de 1000 kcal de energia para cada combustível:
l)combustíve (álcool kcal 000reais/1 0,25 x kcal 0001
x
kcal 4655
reais 1,40
energia
custo
álcool)com (gasolina kcal 000reais/1 0,33 y kcal 0001
y
kcal 2757
reais 2,40
energia
custo
Assim, pode-se concluir, a partir desses dados, que, para liberar a mesma quantidade
de energia (1000 kcal), tem-se um custo menor queimando-se álcool.
9
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2
RELAÇÕES EM MASSA NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS: CONSERVAÇÃO E PROPORÇÃO EM MASSA
Páginas 12 - 13
Os alunos, em geral, manifestam a concepção de que, quando se queima qualquer
material, a massa diminui; portanto, acreditam que a balança penderá para o lado no
qual não houve combustão, fato que não é observado no caso da palha de aço. No lado
no qual ocorre a queima do papel, o gás produzido na combustão é liberado ao
ambiente, pois o sistema está aberto. Na queima da palha de aço, a interação com o gás
oxigênio provoca um aumento de massa, pois é formado óxido de ferro, mais pesado
que o ferro da palha de aço.
3. Resposta pessoal.
4. Resposta pessoal.
5. Resposta pessoal.
6.
a)
PPaappeell PPaallhhaa ddee aaççoo
Após a combustão, a massa aumentou ou diminuiu?
diminuiu aumentou
b) Resposta pessoal. Espera-se que o estudante manifeste a ideia de que, ao
diminuir a massa (no caso do papel), alguma substância produzida foi liberada ao
ambiente; já no caso da palha de aço, o material produzido incorporou-se à palha.
10
Página 14
1. Espera-se que o estudante perceba que há coerência nessa explicação e que, em
ambos os casos, foram produzidos novos materiais, que podem ser gasosos
(possivelmente liberados para o ambiente, pois o sistema está aberto) ou sólidos
(incorporados à palha de aço).
2. Em sistema fechado, o nível da balança continuaria o mesmo, pois nenhum material
entraria ou sairia.
Atividade 2 – Conservação da massa e proporção em massa entre as
espécies participantes da transformação química
Páginas 14 - 15
1. É possível dizer que a massa do sistema inicial permaneceu a mesma depois da
combustão do carvão na amostra I, pois a diferença de 3 g entre as massas dos
reagentes (470 g) e a dos produtos (473 g) pode ser atribuída à incerteza da medida
da balança. Essa incerteza está no último dígito da medida (1 a 9 g).
2. Na amostra II verifica-se que houve uma diferença aceitável dentro da incerteza da
medida da balança e na amostra III a massa foi a mesma; portanto, conservou-se.
AAmmoossttrraa MMaassssaass ddooss rreeaaggeenntteess ((gg))
MMaassssaass ddooss pprroodduuttooss ((gg))
II 188 184
III 71 71
Questões para análise do experimento
Página 18
1. No experimento foram realizadas duas transformações químicas, pois novos materiais
foram produzidos. A interação entre hidrogenocarbonato de sódio e ácido clorídrico
produziu um gás, evidenciado pela efervescência, e a interação entre solução aquosa
de hidróxido de sódio e sulfato de cobre II produziu um sólido gelatinoso azulado.
11
2.
a) A massa inicial e a final com o sistema fechado podem ter pequena variação,
dentro da incerteza da medida da balança. O estudante pode citar uma possível
vedação inadequada da garrafa, que permite a saída de pequena quantidade de gás,
que é aceitável desde que a balança consiga captar essa quantidade.
b) A massa final será menor, pois há produção de gás e o sistema está aberto.
3. Um dos produtos da transformação química é gasoso, e, mesmo que parte do gás
possa ter se dissolvido no líquido, uma quantidade perceptível é liberada ao
ambiente, diminuindo a massa final (sistema aberto).
4. É possível dizer que as massas inicial e final foram iguais, pois as pequenas
diferenças são explicadas com base na vedação da aparelhagem e na incerteza dos
dados da balança.
5. Houve conservação da massa, pois, mesmo em sistema aberto, o produto formado
continuou dentro do recipiente.
Questões para sala de aula
Páginas 19 - 20
1. A razão massa de carvão queimado/massa de cinzas formada é igual a 5, ou seja, a
massa de carvão queimado é cinco vezes maior do que a massa de cinzas produzida.
Os valores obtidos são próximos, pois devemos considerar os algarismos
significativos dos resultados (dois para as amostras I e II e apenas um para a amostra
III).
Amostra I Amostra I Amostra III
56,45
230,5
12
608,4
31
150 ou
cinzasdeMassa
carvãodeMassa
2.
a) A massa de oxigênio é aproximadamente o dobro da massa de carvão.
b) A massa de oxigênio é aproximadamente dez vezes maior do que a massa de
cinzas.
3. Espera-se que o aluno perceba que existe uma proporção entre as massas de
reagentes e produtos das amostras I e II, que nesse caso é 2,5, ou seja, as massas da
amostra I são duas vezes e meia mais pesadas do que as massas da amostra II.
12
CCaarrvvããoo OOxxiiggêênniioo DDiióóxxiiddoo ddee ccaarrbboonnoo
CCiinnzzaass
IIAmostra
IAmostra 5,2
60
150 50,2
128
320 57,2
172
442 6,2
12
31
4.
0,15156
23:III Amostra 0,15
410
60 :II Amostra 0,147
1020
150:I Amostra
Espera-se que o aluno perceba que, além da relação proporcional em massa, existe
uma relação constante entre a massa de carvão queimado e a energia liberada na
queima do carvão, ou seja, aproximadamente 0,15.
Páginas 21 - 22
1. Como a razão entre as massas de carvão é 1,5 (90/60), a razão entre as massas de
cinzas também será a mesma; assim, serão formados 18 g de cinzas (12 × 1,5). A
proporção se mantém; logo, a massa de oxigênio consumida na combustão será de
192 g (128 × 1,5).
2.
a) O calcário é o único reagente e o dióxido de carbono e a cal são os produtos.
b) CaCO3(s) + energia CaO(s) + CO2(g)
c) O aluno poderá obter os valores de massa utilizando as seguintes relações:
ou
13
ou
O mesmo vale para as relações entre as massas do dia 12/7 e 15/7.
Portanto, a massa de dióxido de carbono formada no dia 18/7 deve ser 5,3 t e obtém-
se como resultados um consumo de 20,0 t de calcário e uma produção de 8,8 t de
dióxido de carbono no dia 15/7.
3.
a) Comparando as massas de reagentes e produtos, observa-se que a massa se
conservou nessa transformação química. O cálculo pode ser feito considerando a
massa inicial como a soma da massa de etanol que reage (etanol adicionado menos
etanol em excesso = 46 g) e a massa de oxigênio = 96 g, e a massa final como a soma
das massas dos produtos = 88 + 54 (mi = 142 g; mf = 142 g).
b) Espera-se que o estudante perceba que apenas 46 g de etanol reagem na primeira
amostra (excesso de 4 g) e que um consumo de 96 g de oxigênio está relacionado a
essa massa. Assim, a combustão de 23 g de etanol (metade de 46 g) consome apenas
48 g de oxigênio (metade de 96 g), sobrando 2 g de oxigênio; portanto, há excesso de
oxigênio na segunda amostra.
c) Espera-se que cheguem aos valores de 44 g de dióxido de carbono e 27 g de
água.
4.
a) Espera-se obter o valor de 0,83 g de MgO (0,50 g de Mg + 0,33 g de O2).
b) É necessário 0,66 g de O2 para reagir totalmente com 1,0 g de Mg, pois a razão
entre as massas de magnésio é o dobro.
c) Como 2,0 g de Mg consomem apenas 1,32 g de oxigênio, há um excesso de 0,68
g desse gás.
14
Atividade 3 – Releitura do problema inicial
Página 23
CCoommbbuussttããoo RReeaaggeenntteess PPrroodduuttooss
PPaappeell Papel (celulose) (C6H12O6)n
Gás oxigênio do ar (O2)
Gás carbônico (CO2)
Vapor de água (H2O)
Cinzas
PPaallhhaa ddee aaççoo Aço (ferro) (Fe)
Gás oxigênio do ar (O2)
Óxido de ferro (III) (Fe2O3)
Questões para a sala de aula
Página 23
1. Na queima do papel a massa diminui, pois se formaram dois produtos gasosos, que
foram liberados ao ambiente (o sistema estava aberto). Na queima da palha de aço, a
massa de O2 que reage não foi medida no sistema inicial; portanto, a massa
aumentou.
2. Espera-se que os alunos respondam que a massa sempre se conserva nas
transformações químicas, inclusive na queima do papel e da palha de aço. Observou-
-se a diminuição de massa na queima do papel porque a balança compara apenas as
massas de sólidos (papel e cinzas), mas se compararmos as massas de todos os
reagentes e a massa de todos os produtos, perceberemos que a massa não se altera.
Observou-se o aumento de massa na queima da palha de aço porque não foi
considerada a massa de oxigênio (O2), incorporada na formação do produto.
15
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3
IMPLICAÇÕES SOCIOAMBIENTAIS DA PRODUÇÃO E DO USO DE COMBUSTÍVEIS
Página 25
Cabe lembrar que, para abordar o tema desta atividade, “Implicações socio-
ambientais da produção e do uso de combustíveis”, poderiam ser tratados muitos outros
aspectos diferentes do que os sugeridos, mas, devido ao número de aulas previsto e à
complexidade do tema, é preciso fazer escolhas. Nesse caso, optou-se por trabalhar com
o carvão em razão da facilidade em se discutir os aspectos socioambientais de obtenção
e uso de um combustível conhecido pelos alunos. Além disso, os problemas ambientais
como efeito estufa e chuva ácida são bastante discutidos e tratados nos diversos meios
de comunicação. Com isso, a proximidade do assunto com o cotidiano do aluno pode
favorecer a sua aprendizagem e motivá-lo a participar de toda a atividade.
Páginas 25 - 27
A leitura de textos é um dos recursos que podem atuar como auxiliares na construção
de significados atribuídos a determinado objeto de ensino. No momento, pretende-se
utilizá-la como desencadeadora e motivadora para mostrar a importância do carvão e as
implicações socioambientais de sua produção e de seu uso, principalmente como
combustível.
Questões para análise do texto
Páginas 27 - 28
1. O aluno vai elaborar um texto próprio. A resposta poderia ser: o carvão vegetal é
produzido pela carbonização da madeira, processo realizado de forma controlada e
na presença de pouco oxigênio.
2. Problemas socioambientais que podem ser citados: degradação do meio ambiente,
devido à utilização de madeira de matas nativas; trabalho de baixa remuneração e
16
sem registro; falta de segurança (risco de contaminação por gases tóxicos,
queimaduras e explosões); falta de preparo técnico e de equipamentos apropriados;
utilização de mão de obra infantil.
3. O aluno vai elaborar um texto próprio. A resposta poderia ser: o carvão mineral é
extraído de jazidas (minas), proveniente da fossilização de troncos, raízes e folhas de
árvores que cresceram há 250 milhões de anos em pântanos rasos.
4. Problemas socioambientais que podem ser citados: degradação da fauna, da flora, do
solo e de cursos d’água; riscos de saúde para os operários das minas; incêndios;
desmoronamentos; inundações; exposição a agentes cancerígenos (gases tóxicos e
material particulado) e a elevadas temperaturas.
5. As indústrias que podem ser citadas: usinas termelétricas; siderúrgicas (produção de
ferro e aço); indústrias que necessitam de geração de energia térmica para seus
processos, como, por exemplo, as indústrias produtoras de cal etc.
6. Os problemas ambientais citados podem ser: emissões atmosféricas que agravam o
problema da chuva ácida e do efeito estufa; descarte de resíduos sólidos; poluição
térmica.
7. Vantagens que podem ser citadas:
Carvão vegetal – recurso renovável.
Carvão mineral – extração de combustível direto da natureza.
Desvantagens que podem ser citadas:
Carvão vegetal – são necessários vários dias para a sua obtenção; sua produção pode
degradar o ambiente.
Carvão mineral – recurso não renovável; sua extração pode degradar o ambiente.
Páginas 30 - 31
a) Espera-se que os alunos consigam relacionar a diminuição das emissões de gás
carbônico em processos naturais com a degradação do meio ambiente, ou seja, a
devastação de matas, florestas, animais etc.
b) Espera-se que os alunos relacionem o aumento das emissões de gás carbônico com o
uso crescente pelo ser humano de combustíveis, principalmente os fósseis – como o
petróleo –, nas suas diversas atividades.
17
c) Os alunos devem reconhecer que o gás carbônico tem grande capacidade de absorver
as radiações eletromagnéticas, gerando aquecimento da atmosfera e, por isso, é o
principal responsável pelo efeito estufa.
d) Espera-se que os alunos respondam que o aumento do efeito estufa pode causar o
aquecimento global, o qual pode provocar muitos problemas ambientais, tais como
derretimento das calotas polares, mudanças climáticas, formação de áreas desérticas
etc.
Páginas 32 - 33
1. Espera-se que os alunos identifiquem os gases poluentes – dióxido de enxofre (SO2) e
os óxidos de nitrogênio – como os compostos que provocam a chuva ácida, os quais
são provenientes da queima de combustíveis, principalmente os de origem fóssil.
2. Espera-se que os alunos relacionem a chuva ácida à degradação do meio ambiente,
provocando a morte de plantas e animais, e também desgastando monumentos e
construções.
3. Os alunos devem perceber que os gases poluentes que escapam para a atmosfera
estão sujeitos à ação dos ventos e, portanto, podem ser transportados para outras
regiões, ou seja, nem sempre caem onde são produzidos.
Páginas 33 - 35
1. Há mudança da cor do papel: o papel de tornassol azul muda de azul para vermelho
(rosa) e o papel umedecido com alaranjado de metila muda de laranja para vermelho.
2. Espera-se que os alunos, com o auxílio do texto, relacionem o experimento com a
produção de carvão. Portanto, eles devem relatar que o resíduo é o carvão e os gases
devem ser uma mistura de metanol (CH3OH), ácido acético (CH3CO2H), alcatrão,
monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrogênio (H2) e
hidrocarbonetos (principalmente metano – CH4).
3. É provável que os alunos não consigam responder à questão, mas você, professor,
pode lembrá-los que vários materiais combustíveis são formados como, por exemplo,
18
o metanol (um álcool), o metano (um dos gases combustíveis do biogás) e o
hidrogênio (combustível utilizado em foguetes).
4. É provável que os alunos não tenham a resposta. Portanto, deve-se dizer que a
interação desses gases com o papel umedecido é o que muda a cor do papel de
tornassol. Isso ocorre devido, principalmente, à presença do ácido acético, ou seja, o
papel de tornassol azul muda para cor de rosa devido aos materiais ácidos.
Páginas 35 - 38
O preenchimento da tabela após a realização do experimento não precisa apresentar
uma forma única, pois geralmente os alunos se expressam de maneira coloquial, não
utilizando linguagem científica.
1. Sim, os critérios que podem ser utilizados são: a mudança ou não da cor dos papéis
de tornassol azul e vermelho e a efervescência ou não que pode surgir quando há a
interação entre os líquidos e o carbonato de cálcio.
2. Espera-se que os alunos identifiquem os seguintes materiais com caráter ácido:
vinagre e ácido clorídrico. O outro critério para essa classificação seria a
efervescência na interação do material com o carbonato de cálcio (liberação de gás).
3. Uma possível definição seria dizer que ácido é “aquele material que, dissolvido em
água, modifica a cor do papel de tornassol azul para vermelho, e que, de sua
interação com o carbonato de cálcio, observa-se efervescência”.
4. Uma possível definição seria dizer que base é “aquele material que, dissolvido em
água, modifica a cor do papel de tornassol vermelho para azul”. E neutro é “aquele
material que não modifica a cor dos papéis de tornassol azul e vermelho.
Atividade 3 – Ciência e cidadania: aplicando as ideias estudadas para
tomar decisões
Página 39
Espera-se que os alunos relacionem informações obtidas por meio de
observações diretas, de textos descritivos, de conhecimentos adquiridos até o momento,
19
de seus valores e de sua vivência para construir argumentações consistentes num debate,
defender certos pontos de vista e representar os diferentes interesses e interessados na
instalação ou não de uma indústria siderúrgica.
Páginas 39 - 40
1. O aluno vai elaborar um texto próprio e pode apontar alguns dos seguintes problemas
ambientais causados pela produção e pelo uso de carvão como combustível:
• pela produção de carvão vegetal ou mineral: eliminação de gases e vapores para
a atmosfera; uso de mata nativa; degradação da fauna, da flora, do solo e dos cursos
d’água no local das jazidas;
• pelo uso de carvão como combustível: emissões de gases que podem provocar
chuva ácida e aumento do efeito estufa.
2. Resposta pessoal do aluno. Espera-se que, após ter participado de um amplo debate e
perceber todas as vantagens e desvantagens em relação à instalação de uma
siderúrgica, o aluno possa tomar uma posição de forma crítica a favor ou contra essa
instalação e utilize argumentos fundamentados nos conhecimentos adquiridos ao
longo dessa Situação de Aprendizagem.
20
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4
MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON: IDEIAS SOBRE A CONSTITUIÇÃO E A TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA
Atividade 1 – Modelos explicativos
Página 41
A intenção desta atividade é fazer com que os alunos percebam que, ao levantarem
hipóteses, outros podem contribuir com essas hipóteses, acrescentando outros fatores,
ou mesmo refutá-las. Ou seja, as ideias devem fluir entre todos os participantes para que
possam chegar a pequenas conclusões, mas nunca a uma verdade, pois estão
trabalhando apenas com suposições carregadas com seus próprios conceitos, valores e
vivência.
Espera-se que os alunos compreendam que as teorias são criações da mente humana,
elaboradas para explicar fatos e, portanto, estão sujeitas a dúvidas e incertezas. Além
disso, por mais que uma teoria tenha sido testada, haverá sempre a possibilidade da
realização de testes que a contrariem.
Páginas 41 - 44
1. Para Dalton, o átomo é a menor partícula que compõe toda a matéria e é indivisível e
indestrutível.
2. Os alunos devem identificar a massa como critério para diferenciar os átomos dos
diversos elementos químicos, de acordo com Dalton.
3. Para Dalton, os elementos químicos seriam os conjuntos de átomos que possuíssem a
mesma massa.
4. Para Dalton, os elementos eram representados por símbolos (desenhos circulares).
Atualmente, os elementos são representados pela primeira letra, em maiúscula de seu
nome em latim e, quando há elementos cujos nomes comecem com a mesma letra,
21
acrescenta-se uma segunda, em minúscula; por exemplo, nitrogênio (nitrogen),
símbolo N, e sódio (natrum), símbolo Na.
Página 44
1.
a) A ideia de Dalton de que os átomos dos reagentes não são destruídos, mas
sofrem recombinações para formar os produtos, explica a conservação da massa.
b) A ideia de Proust, de que há uma proporção determinada entre as massas dos
elementos químicos que compõem cada substância, pode ser compreendida a partir
do modelo de Dalton. Se há uma proporção determinada em massa em uma dada
substância, há também uma proporção determinada em relação às partículas que a
compõem.
Páginas 44 - 46
1.
a) Experimento I: 11,7 – 2,1 = 9,6 g Houve excesso de 2,1g e de 9,6 g
reagiram.
Experimento II: 8,6 g Todo o oxigênio adicionado reagiu.
Experimento III: 9,6 g Todo o oxigênio adicionado reagiu.
b) Experimento I:
conservou.semassaAf
mi
mg32,0finalmassa
g 326,922,4 inicial massa
Experimento II:
massa da oconservaçã houve que considerar se-podeaisexperiment medidas das incerteza a doConsideran
g28,5f
m
g ,4288,68,19 i
m
22
Experimento III:
massa de oconservaçã houve que considerar se-podeaisexperiment medidas das incerteza a doConsideran
g32,1f
m
g32,09,622,4 i
m
2. Alternativa b. I e III estão erradas, pois, nas transformações químicas que ocorrem
em sistema fechado, não ocorre variação de massa. Além disso, em III, afirma-se que
gases não têm massa.
3. Alternativa d.
4.
a) Como foram adicionados 100 g de mercúrio e restaram 50 g sem reagir, sabe-se
que a massa de mercúrio que reagiu foi de 50 g. Como a massa de óxido de mercúrio
produzido foi de 54 g, sabe-se que a massa de oxigênio que reagiu foi de 4 g.
0,08
50
4
mercúrio de massa
oxigênio de massa
b) Se 50 g de mercúrio consumiram 4 g de oxigênio, então 100 g de mercúrio (o
dobro da massa) irão consumir 8 g de oxigênio (o dobro da massa também).
oxigênio de g8 x 50
100 4 x
mercúrio de g100
x
mercúrio de g50
oxigênio de g4
5. Alternativa e. O modelo de Dalton explica os itens II e III, mas não o I, pois Dalton
não considerava a existência de cargas elétricas nos átomos.
6. Alternativa b.
AJUSTES
Caderno do Professor de Química – 1ª série – Volume 2
Professor, a seguir você poderá conferir alguns ajustes. Eles estão sinalizados a cada
página.
13
Química - 1a série - Volume 2
a) Expresse a massa, em gramas, de cal
produzida em 2006, levando em conta
que 1 t = 106 g = 1 000 000 g.
b) Calcule a quantidade de carvão, em to-
neladas, consumido no Brasil apenas na
produção de cal durante o ano de 2006.
Grade de avaliação da Atividade 1
Nesta questão será necessário ler, interpre-
tar e utilizar os dados da tabela e do enunciado,
estabelecer uma relação de proporcionalidade
e calcular o valor solicitado. Por isso, dê tem-
po para que os alunos reflitam e respondam à
questão.
É possível a resolução da seguinte forma:
a) 7,0 milhões de toneladas = 7,0 x 106 t
Como 1 t equivale a 106 g
7,0 x 106 t = 7,0 x 106 x 106 g =
7,0 x 1012 g
b)
Assim, para a produção de 7,0 milhões de
toneladas de cal foram usados 2,2 milhões de
toneladas de carvão.
Uma provável dificuldade que pode ser
apresentada na resolução desta questão diz
respeito ao uso da notação científica. Talvez
seja este o momento em que se deva fazer uma
revisão sobre esse tópico ou, em último caso,
solicitar que o professor da disciplina de Ma-
temática a faça. Outra dúvida que pode apare-
cer refere-se à forma de expressar o resultado
final. Nesse caso, pode-se retomar o conceito
de algarismos significativos1 e mostrar que,
como o dado de partida (7,0 milhões de to-
neladas) apresenta apenas dois algarismos
significativos, o resultado final fica limitado a
apenas dois algarismos significativos (2,2 mi-
lhões de toneladas).
Atividade 2 – O poder calorífico dos combustíveis
A escolha de um combustível deve considerar
outros fatores além do custo e da disponibilida-
de. É importante também que o combustível a
ser escolhido apresente uma boa produtividade
de energia. Como as mesmas massas de distintos
combustíveis liberam quantidades diferentes de
energia, é desejável que o combustível escolhido
consuma a menor massa possível na liberação
da energia requerida para um dado processo.
1 São os algarismos dos quais se tem certeza, mais o primeiro algarismo duvidoso de uma medida. Os zeros à esquerda não são considerados algarismos significativos. O número 0,00342 apresenta apenas três algarismos significativos, dois dos quais se tem certeza (3 e 4), e um algarismo duvidoso (2). As respostas finais não podem apresentar mais algarismos significativos do que o dado de origem com menor número de algarismos significati-vos: 1,223 + 2,3 = 3,523 = 3,5.
Massa de carvão
Massa de cal
X
7,0 x 1012 g
312 g
1 000 g=
X = 2,184 x 1012 g
X ≈ 2,2 x 106 t
16
6. Em média, um alto-forno produz 4,0 x 104 kg
de ferro de uma vez, consumindo cerca de
0,91 kg de carvão para cada 1,0 kg de ferro
produzido. Nessas condições, que quan-
tidade de energia pode ser liberada no
alto-forno por meio da queima do carvão?
Grade de avaliação da Atividade 2
Nesta atividade, é fundamental que os alu-
nos compreendam duas ideias principais: a
relação de proporcionalidade entre a massa
de combustível e a energia térmica liberada
na combustão, ou seja, quanto maior a massa
de um combustível queimado, maior a quan-
tidade de energia térmica liberada; e que cada
combustível tem um poder calorífico próprio.
As três primeiras questões são mais simples
e a maioria dos estudantes não deve apresen-
tar muita dificuldade em respondê-las. Ao res-
ponder à questão 1, o aluno deve reconhecer
que, entre os combustíveis da tabela, o gás de
cozinha (GLP) é o que apresenta maior poder
calorífico e que a lenha apresenta o menor.
Na questão 2, a quantidade de energia
pode ser calculada em quilojoules, obtendo-se
como resultado 52 750 kJ (ou, mais correta-
mente, 5,3 x 104 kJ), ou em quilocalorias, tendo
como resultado 12 620 kcal (ou 1,3 x 104 kcal).
A questão 3 tem como resposta 2,5 kg de
carvão.
O grau de dificuldade eleva-se a partir da
questão 4, por exigir a compreensão dos con-
ceitos de notação científica e algarismos signifi-
cativos. No item a deve-se obter como resultado
2,7 x 105 kcal e no item b, 1,5 kg de biogás.
Na questão 5 (proposta no Caderno do
Aluno – CA como Lição de Casa, questão 1,
p. 6), deve-se calcular a quantidade de energia
liberada na combustão da gasolina (1,2 x 106 kJ)
e do álcool (1,1 x 106 kJ) para justificar o fato
de que na combustão de 30 kg de gasolina
libera-se mais energia do que na combustão
de 40 kg de álcool.
Das questões sugeridas, a questão 6 é, sem
dúvida, a mais desafiadora. As eventuais di-
ficuldades apresentadas anteriormente em
relação ao uso de notação científica e aos al-
garismos significativos podem se repetir nesta
questão. Assim, deve-se estar atento aos dados
do enunciado e à apresentação do resultado.
Esta questão pode ser resolvida da seguinte
forma:
c f álculo da massa de carvão consumido na
produção de 4,0 x 104 kg de ferro:
cálculo da quantidade de energia térmica f
liberada na combustão de 3,6 x 104 kg de
carvão:
Massa de carvão
Massa de ferro
X
4,0 x 104 kg
0,91 kg
1,0 kg=
X ≈ 3,6 x 104 kg
17
Química - 1a série - Volume 2
A produção de 4,0 x 104 kg de ferro envolve
a liberação de cerca de 2,4 x 108 kcal de ener-
gia obtida pela queima de carvão.
Sugestão de questões para pesquisa
1. Além do preço, disponibilidade e poder ca-
lorífico, que outros fatores podem ser consi-
derados na escolha de um combustível?
2. Por que a gasolina comercializada no Brasil
apresenta cerca de 20% de etanol, sendo
que ela isenta de álcool tem poder calorífi-
co maior?
Atividade 3 – A combustão
Além de conhecer os combustíveis e suas pro-
priedades, é importante que os alunos compreen-
dam como se dá o seu processo de combustão.
Para ocorrer a combustão são necessárias,
além do combustível, a presença de gás oxigê-
nio na quantidade ideal e uma pequena quanti-
dade de energia para iniciar o processo. Assim,
define-se combustão como sendo uma transfor-
mação química que envolve a interação de ma-
terial combustível com um comburente (quase
sempre o oxigênio), em que há liberação de
energia térmica (transformação exotérmica).
Mesmo que a combustão já tenha sido es-
tudada no Ensino Fundamental, este assunto
pode ser retomado a partir do triângulo da
combustão.
Triângulo da combustão.
Pode-se destacar, na discussão desse esque-
ma, o fato de que apenas a presença do com-
bustível não é suficiente para ocorrer a reação
de combustão. O combustível deve estar em
contato com um comburente, ou seja, outro
reagente que participará da combustão – ge-
ralmente o gás oxigênio constituinte do ar –, e
esses materiais devem receber uma quantida-
de inicial de energia para interagirem.
É bom frisar que essa quantidade inicial de
energia térmica pode ter diferentes origens.
Em geral, quando se pergunta sobre o que
é necessário para ocorrer a combustão de um
material, os alunos respondem “oxigênio e
fogo”. A ideia de que é necessário fogo para
ocorrer combustão é muito recorrente. Esta
concepção pode ser confrontada levando-os
Energia
Massa de carvão
6 800 kcal
1,0 kg
Y
3,6 x 104 kg
=
ou Y ≈ 2,4 x 108 kcalY = 24480 x 104 kcalCALOR
COMBURENTE COMBUSTÍVEL
30
Questões para análise do Experimento 2
1. Você considera que os dois fenômenos ob-
servados neste experimento são transfor-
mações químicas? Por quê?
2. Em relação ao sistema ácido clorídrico e
hidrogenocarbonato de sódio, calcule a di-
ferença de massa entre:
a) a massa inicial e a massa final com a
garrafa fechada. Houve diferença entre
as massas? Como você explica esse re-
sultado?
b) a massa inicial e a massa final com a
garrafa aberta. Houve diferença entre
as massas? Como você explica esse re-
sultado?
3. Caso tenha sido usado bicarbonato de só-
dio nesta experiência, o fenômeno obser-
vado pode ser representado pela equação
química:
ácido clorídrico + bicarbonato de sódio
água + gás carbônico + cloreto de sódio
HCl(aq) + NaHCO3(s) H2O(l) + CO2(g)
+ NaCl(aq)
O termo (aq) indica que o material está dis-
solvido em água, formando o que se chama de
uma solução aquosa. Os termos (s), (l) e (g) repre-
sentam os estados físicos sólido, líquido e gaso-
so, respectivamente. Relacione os estados físicos
dos materiais envolvidos nesse fenômeno e as
diferenças de massa calculadas na questão 2.
4. É possível dizer que as massas inicial e fi-
nal na interação entre o ácido clorídrico e
o bicarbonato de sódio foram iguais? Jus-
tifique sua resposta com base nos dados
experimentais.
5. Compare as massas inicial e final na inte-
ração entre a solução de sulfato de cobre II
e a solução de hidróxido de sódio. Houve
conservação da massa nessa interação? Ex-
plique.
Após a discussão e correção das ques-
tões, pode ser proposta a generalização das
relações em massa que foram estabelecidas,
ou seja, a massa no estado inicial é sempre
igual à massa no estado final em qualquer
transformação química. A soma das massas
dos reagentes será igual à soma das massas
dos produtos. Esse fato pode ser observado
quando a transformação química se proces-
sa em sistema fechado, mas pode parecer
incorreto quando se observam as transfor-
mações em sistemas abertos. Isso porque
em sistemas abertos pode ocorrer ganho ou
perda de materiais gasosos, modificando a
massa final do sistema.
Pode-se mencionar que essas observações
sobre a conservação da massa nas transfor-
mações químicas são conhecidas desde o sécu-
lo XVIII e foram inicialmente propostas pelo
químico francês Antoine Laurent Lavoisier
(1743-1794). Essa proposta ficou conhecida
como Lei da Conservação da Massa ou Lei
de Lavoisier.
41
Química - 1a série - Volume 2
Folha de atividades 1 – Efeito estufa
Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi
Efeito estufa é o aquecimento da camada ga-
sosa (atmosfera) que envolve a Terra em razão da
absorção de radiações eletromagnéticas. Os gases
que compõem a atmosfera têm diferentes capaci-
dades de absorção. Apesar do gás carbônico estar
presente em pequena quantidade (0,033% em vo-
lume), possui uma grande capacidade de absorver
essas radiações, sendo responsável por cerca de
60% do efeito estufa.
A retenção de calor provocada pelo efeito
estufa é um fenômeno natural responsável por
manter uma temperatura média de 15 ºC na
Terra, proporcionando condições ideais para
a manutenção da vida no planeta. Entretanto,
o aumento do efeito estufa devido à crescente
emissão de gases estufa pode contribuir para o
aquecimento global, considerado um dos maio-
res problemas ambientais da atualidade.
A figura e o gráfico a seguir representam os
processos de absorção e emissão de radiações
eletromagnéticas.
Atualmente, o principal uso da combustão
do carvão vegetal ou mineral no mundo é na ge-
ração de eletricidade, em usinas termoelétricas.
Os impactos ambientais das usinas a carvão são
grandes, não só pelas emissões atmosféricas que
agravam o problema da chuva ácida e do efeito
estufa, mas também pelo descarte de resíduos
sólidos e a poluição térmica. A melhoria no pro-
cesso de combustão e o uso de carvão com bai-
xo teor de enxofre poderiam reduzir as emissões
de poluentes como o dióxido de enxofre (SO2),
um dos causadores da chuva ácida. Na usina,
a energia térmica residual proveniente desse
processo também poderia ser aproveitada no
próprio local para o aquecimento de caldeiras,
movimentação de motores etc., minimizando as
perdas energéticas.
Até a II Guerra Mundial, o carvão ainda era o
combustível mais utilizado no mundo. Mas a par-
tir do início do século XX, com o desenvolvimen-
to dos motores a explosão, houve um crescente
aumento do consumo de combustíveis derivados
do petróleo e uma consequente diminuição do
uso de carvão como combustível. Com o uso da
energia nuclear para a geração de energia elétrica
a partir da segunda metade do século XX, dimi-
nuiu-se ainda mais o uso de carvão. No entanto,
a disponibilidade de grandes jazidas de carvão
mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda
conferem a esse combustível certo grau de impor-
tância no cenário energético mundial.
Adaptado de CENBIO: <http://infoener.iee.usp.br/scripts/biomassa/br_carvao.asp.> e <http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia 1999/Grupo1A/carvao.html>. Acesso em: 20 fev. 2009.
As “Questões para análise do texto” e “Você aprendeu?” (CA, pp. 27 a 29) podem orientar a discussão. Sugere-se como aprofundamento dos
conhecimentos sobre a chuva ácida e o efeito es-tufa, a realização das Folhas de atividade 1 e 2 como Lição de Casa (CA, pp. 30 a 33).
Elaborado especialmente para o São Paulo faz escola.