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2.     a) A massa inicial e a final com o sistema fechado podem ter pequena variação,     dentro da incerteza da medida da...
Carvão        Oxigênio         Dióxido de        Cinzas                                                            carbono...
ou     O mesmo vale para as relações entre as massas do dia 12/7 e 15/7.     Portanto, a massa de dióxido de carbono forma...
Atividade 3 – Releitura do problema inicialPágina 23  Combustão                Reagentes                           Produto...
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sem registro; falta de segurança (risco de contaminação por gases tóxicos,   queimaduras e explosões); falta de preparo té...
c) Os alunos devem reconhecer que o gás carbônico tem grande capacidade de absorver   as radiações eletromagnéticas, geran...
o metanol (um álcool), o metano (um dos gases combustíveis do biogás) e o   hidrogênio (combustível utilizado em foguetes)...
de seus valores e de sua vivência para construir argumentações consistentes num debate,defender certos pontos de vista e r...
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON: IDEIAS SOBRE ACONSTITUIÇÃO E A TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIAAtividade ...
acrescenta-se uma segunda, em minúscula; por exemplo, nitrogênio (nitrogen),     símbolo N, e sódio (natrum), símbolo Na.P...
Experimento III:     m  22,4  9,6  32,0 g                                    i                              Consider...
Química - 1a série - Volume 2      a)	 Expresse a massa, em gramas, de cal                      Assim, para a produção de ...
6.	 Em média, um alto-forno produz 4,0 x 104 kg    ceitos de notação científica e algarismos signifi-         de ferro de ...
Química - 1a série - Volume 2    Energia                  6 800 kcal                Mesmo que a combustão já tenha sido es...
Questões para análise do Experimento 2                4.	 É possível dizer que as massas inicial e fi-                    ...
Química - 1a série - Volume 2     Atualmente, o principal uso da combustão              Até a II Guerra Mundial, o carvão ...
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  1. 1. Caro Professor,Em 2009 os Cadernos do Aluno foram editados e distribuídos a todos os estudantes darede estadual de ensino. Eles serviram de apoio ao trabalho dos professores ao longo detodo o ano e foram usados, testados, analisados e revisados para a nova edição a partirde 2010.As alterações foram apontadas pelos autores, que analisaram novamente o material, porleitores especializados nas disciplinas e, sobretudo, pelos próprios professores, quepostaram suas sugestões e contribuíram para o aperfeiçoamento dos Cadernos. Notetambém que alguns dados foram atualizados em função do lançamento de publicaçõesmais recentes.Quando você receber a nova edição do Caderno do Aluno, veja o que mudou e analiseas diferenças, para estar sempre bem preparado para suas aulas.Na primeira parte deste documento, você encontra as orientações das atividadespropostas no Caderno do Aluno. Como os Cadernos do Professor não serão editados em2010, utilize as informações e os ajustes que estão na segunda parte deste documento.Bom trabalho!Equipe São Paulo faz escola. 1
  2. 2. Caderno do Aluno de Química – 1ª série – Volume 2Respostas às questõesAs respostas são indicações do que pode ser esperado das reflexões dos alunos. De maneiranenhuma são “gabaritos” para ser seguidos em eventuais correções de tarefas ou discussõesem sala de aula. Deve-se chamar atenção para o fato de se ter procurado utilizar a linguagemque envolve termos científicos de maneira adequada, o que, certamente, não corresponde aomodo pelo qual os alunos se expressam. Muitas vezes, expressam ideias pertinentes, porém sema devida apropriação da terminologia química. 2
  3. 3. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO NO DIA A DIA E NO SISTEMAPRODUTIVOQuestões para a sala de aulaPáginas 3 - 41. 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. Massa de carvão  312 g  x x  2,184  1012 g  x  2,2  10 6 t Massa de cal 1 000 g 7,0  1012 g 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 aulaPáginas 5 - 61. 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). 3
  4. 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: massa de carvão  1,0 kg  x  x  2,5 kg energia liberada 6 800 kcal 17 000 kcal4. 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. massa de biogás 1,0 kg x b)    x  1,5 kg energia liberada 6000 kcal 9,1 x 10 3Páginas 6 - 71. 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. 4
  5. 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: massa de carvão 0,91 kg x    x  3,6  10 4 kg massa de ferro 1,0 kg 4,0  10 4 kg • Cálculo da quantidade de calor produzido na combustão de 3,6 × 104 kg de carvão: energia liberada 6 800 kcal y    y  24480  10 4 kcal  2,4  10 8 kcal massa de carvão 1,0 kg 3,6  10 4 kgPágina 71. 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 combustãoPágina 8 O triângulo da combustão significa que, para ocorrer uma combustão, sãonecessários combustível, comburente e energia suficiente para iniciar o processo.Questões para a sala de aulaPáginas 8 - 91. 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 5
  6. 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: Manifestações Apresenta Combustão Reagentes Produtos de energia chama? liberada carvão (C) e gás gás carbônico energia térmica e I talvez oxigênio (O2) (CO2) luz etanol gás carbônico energia térmica e II (C2H5OH) e gás (CO2) e água sim luz oxigênio (O2) (H2O) ferro (Fe) e gás óxido de ferro energia térmica e III não oxigênio (O2) III (Fe2O3) luz2. 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”. 6
  7. 7. Páginas 9 - 101. 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 111. Supondo os seguintes dados: Combustível Preço em reais Densidade do Poder calorífico por litro combustível (kcal/kg) (g/cm3) 1,40 0,84 6507 Álcool combustível 2,40 0,75 9700 Gasolina com álcool 7
  8. 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: energia liberada 6 507 kcal x    x  5 465 kcal massa de álcool 1,0 kg 0,84 kg energia liberada 9 700 kcal y    x  7 275 kcal massa de gasolina 1,0 kg 0,75 kg Assim, temos a seguinte relação: 1 L de álcool  massa  0,84 kg e libera  5465 kcal que   R$ 1,40 tem  de   custa  1 L de gasolina tem  de  0,75 kg e libera  7275 kcal que   R$ 2,40  massa    custa  Cálculo do custo de 1000 kcal de energia para cada combustível: custo 1,40 reais x    x  0,25 reais/1 000 kcal (álcool combustível)energia 5 465 kcal 1 000 kcal custo 2,40 reais y    y  0,33 reais/1 000 kcal (gasolina com álcool)energia 7 275 kcal 1 000 kcal 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. 8
  9. 9. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 RELAÇÕES EM MASSA NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS: CONSERVAÇÃO E PROPORÇÃO EM MASSAPáginas 12 - 13 Os alunos, em geral, manifestam a concepção de que, quando se queima qualquermaterial, a massa diminui; portanto, acreditam que a balança penderá para o lado noqual não houve combustão, fato que não é observado no caso da palha de aço. No ladono qual ocorre a queima do papel, o gás produzido na combustão é liberado aoambiente, pois o sistema está aberto. Na queima da palha de aço, a interação com o gásoxigênio provoca um aumento de massa, pois é formado óxido de ferro, mais pesadoque o ferro da palha de aço.3. Resposta pessoal.4. Resposta pessoal.5. Resposta pessoal.6. a) Papel Palha de aço Após a combustão, a massa diminuiu aumentou aumentou ou diminuiu? 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. 9
  10. 10. Página 141. 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 asespécies participantes da transformação químicaPáginas 14 - 151. 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. Amostra Massas dos reagentes Massas dos produtos (g) (g) II 188 184 III 71 71Questões para análise do experimentoPágina 181. 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. 10
  11. 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 aulaPáginas 19 - 201. 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 Massa de carvão 150 60 23   4,8  5,0  4,6 ou  5 Massa de cinzas 31 12 52. 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. 11
  12. 12. Carvão Oxigênio Dióxido de Cinzas carbono Amostra I 150 320 442 31  2,5  2,50  2,57  2,6 Amostra II 60 128 172 124. 150 60 23 Amostra I :  0,147 Amostra II :  0,15 Amostra III :  0,15 1020 410 156 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 - 221. 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 12
  13. 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. 13
  14. 14. Atividade 3 – Releitura do problema inicialPágina 23 Combustão Reagentes Produtos Papel (celulose) (C6H12O6)n Gás carbônico (CO2) Papel Gás oxigênio do ar (O2) Vapor de água (H2O) Cinzas Aço (ferro) (Fe) Óxido de ferro (III) (Fe2O3) Palha de aço Gás oxigênio do ar (O2)Questões para a sala de aulaPágina 231. 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. 14
  15. 15. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 IMPLICAÇÕES SOCIOAMBIENTAIS DA PRODUÇÃO E DO USO DE COMBUSTÍVEISPágina 25 Cabe lembrar que, para abordar o tema desta atividade, “Implicações socio-ambientais da produção e do uso de combustíveis”, poderiam ser tratados muitos outrosaspectos diferentes do que os sugeridos, mas, devido ao número de aulas previsto e àcomplexidade do tema, é preciso fazer escolhas. Nesse caso, optou-se por trabalhar como carvão em razão da facilidade em se discutir os aspectos socioambientais de obtençãoe uso de um combustível conhecido pelos alunos. Além disso, os problemas ambientaiscomo efeito estufa e chuva ácida são bastante discutidos e tratados nos diversos meiosde comunicação. Com isso, a proximidade do assunto com o cotidiano do aluno podefavorecer 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 construçãode significados atribuídos a determinado objeto de ensino. No momento, pretende-seutilizá-la como desencadeadora e motivadora para mostrar a importância do carvão e asimplicações socioambientais de sua produção e de seu uso, principalmente comocombustível.Questões para análise do textoPáginas 27 - 281. 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 15
  16. 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 - 31a) 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. 16
  17. 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 - 331. 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 - 351. 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, 17
  18. 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 apresentaruma forma única, pois geralmente os alunos se expressam de maneira coloquial, nãoutilizando 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 paratomar decisõesPágina 39 Espera-se que os alunos relacionem informações obtidas por meio deobservações diretas, de textos descritivos, de conhecimentos adquiridos até o momento, 18
  19. 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 nainstalação ou não de uma indústria siderúrgica.Páginas 39 - 401. 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. 19
  20. 20. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON: IDEIAS SOBRE ACONSTITUIÇÃO E A TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIAAtividade 1 – Modelos explicativosPágina 41 A intenção desta atividade é fazer com que os alunos percebam que, ao levantaremhipóteses, outros podem contribuir com essas hipóteses, acrescentando outros fatores,ou mesmo refutá-las. Ou seja, as ideias devem fluir entre todos os participantes para quepossam chegar a pequenas conclusões, mas nunca a uma verdade, pois estãotrabalhando apenas com suposições carregadas com seus próprios conceitos, valores evivência. 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. Alémdisso, por mais que uma teoria tenha sido testada, haverá sempre a possibilidade darealização de testes que a contrariem.Páginas 41 - 441. 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, 20
  21. 21. acrescenta-se uma segunda, em minúscula; por exemplo, nitrogênio (nitrogen), símbolo N, e sódio (natrum), símbolo Na.Página 441. 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 - 461. 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: massa inicial  22,4  9,6  32 g   mi  mf A massa se conservou. massa final  32,0 g  Experimento II: m  19,8  8,6  28,4 g  i  Consideran do a incerteza das medidas experimentais m  28,5 g  pode - se considerar que houve conservação da massa f  21
  22. 22. Experimento III: m  22,4  9,6  32,0 g   i  Consideran do a incerteza das medidas experimentais m  32,1 g  pode - se considerar que houve conservação de massa f 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. massa de oxigênio 4   0,08 massa de mercúrio 50 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). 4 g de oxigênio x 4  100   x x  8 g de oxigênio 50 g de mercúrio 100 g de mercúrio 505. 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 cadapágina. 22
  23. 23. Química - 1a série - Volume 2 a) Expresse a massa, em gramas, de cal Assim, para a produção de 7,0 milhões de produzida em 2006, levando em conta toneladas de cal foram usados 2,2 milhões de que 1 t = 106 g = 1 000 000 g. toneladas de carvão. b) Calcule a quantidade de carvão, em to- Uma provável dificuldade que pode ser neladas, consumido no Brasil apenas na apresentada na resolução desta questão diz produção de cal durante o ano de 2006. respeito ao uso da notação científica. Talvez seja este o momento em que se deva fazer umaGrade de avaliação da Atividade 1 revisão sobre esse tópico ou, em último caso, solicitar que o professor da disciplina de Ma- Nesta questão será necessário ler, interpre- temática a faça. Outra dúvida que pode apare-tar e utilizar os dados da tabela e do enunciado, cer refere-se à forma de expressar o resultadoestabelecer uma relação de proporcionalidade final. Nesse caso, pode-se retomar o conceitoe calcular o valor solicitado. Por isso, dê tem- de algarismos significativos1 e mostrar que,po para que os alunos reflitam e respondam à como o dado de partida (7,0 milhões de to-questão. neladas) apresenta apenas dois algarismos significativos, o resultado final fica limitado a É possível a resolução da seguinte forma: apenas dois algarismos significativos (2,2 mi- lhões de toneladas). a) 7,0 milhões de toneladas = 7,0 x 106 t Atividade 2 – O poder calorífico dos Como 1 t equivale a 10 g 6 combustíveis 7,0 x 106 t = 7,0 x 106 x 106 g = 7,0 x 1012 g A escolha de um combustível deve considerar outros fatores além do custo e da disponibilida- b) Massa de carvão 312 g de. É importante também que o combustível a = Massa de cal 1 000 g ser escolhido apresente uma boa produtividade de energia. Como as mesmas massas de distintos X combustíveis liberam quantidades diferentes de X = 2,184 x 1012 g 7,0 x 1012 g energia, é desejável que o combustível escolhido consuma a menor massa possível na liberação X ≈ 2,2 x 106 t 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. 13
  24. 24. 6. Em média, um alto-forno produz 4,0 x 104 kg ceitos de notação científica e algarismos signifi- de ferro de uma vez, consumindo cerca de cativos. No item a deve-se obter como resultado 0,91 kg de carvão para cada 1,0 kg de ferro 2,7 x 105 kcal e no item b, 1,5 kg de biogás. produzido. Nessas condições, que quan- tidade de energia pode ser liberada no Na questão 5 (proposta no Caderno do alto-forno por meio da queima do carvão? Aluno – CA como Lição de Casa, questão 1, p. 6), deve-se calcular a quantidade de energia Grade de avaliação da Atividade 2 liberada na combustão da gasolina (1,2 x 106 kJ) e do álcool (1,1 x 106 kJ) para justificar o fato Nesta atividade, é fundamental que os alu- de que na combustão de 30 kg de gasolina nos compreendam duas ideias principais: a libera-se mais energia do que na combustão relação de proporcionalidade entre a massa de 40 kg de álcool. de combustível e a energia térmica liberada na combustão, ou seja, quanto maior a massa Das questões sugeridas, a questão 6 é, sem de um combustível queimado, maior a quan- dúvida, a mais desafiadora. As eventuais di- tidade de energia térmica liberada; e que cada ficuldades apresentadas anteriormente em combustível tem um poder calorífico próprio. relação ao uso de notação científica e aos al- garismos significativos podem se repetir nesta As três primeiras questões são mais simples questão. Assim, deve-se estar atento aos dados e a maioria dos estudantes não deve apresen- do enunciado e à apresentação do resultado. tar muita dificuldade em respondê-las. Ao res- ponder à questão 1, o aluno deve reconhecer Esta questão pode ser resolvida da seguinte que, entre os combustíveis da tabela, o gás de forma: cozinha (GLP) é o que apresenta maior poder calorífico e que a lenha apresenta o menor. ff cálculo da massa de carvão consumido na produção de 4,0 x 104 kg de ferro: Na questão 2, a quantidade de energia pode ser calculada em quilojoules, obtendo-se Massa de carvão 0,91 kg como resultado 52  750 kJ (ou, mais correta- = Massa de ferro 1,0 kg mente, 5,3 x 104 kJ), ou em quilocalorias, tendo como resultado 12 620 kcal (ou 1,3 x 104 kcal). X X ≈ 3,6 x 104 kg A questão 3 tem como resposta 2,5 kg de 4,0 x 104 kg carvão. ff cálculo da quantidade de energia térmica O grau de dificuldade eleva-se a partir da liberada na combustão de 3,6 x 104 kg de questão 4, por exigir a compreensão dos con- carvão:16
  25. 25. Química - 1a série - Volume 2 Energia 6 800 kcal Mesmo que a combustão já tenha sido es- = Massa de carvão 1,0 kg tudada no Ensino Fundamental, este assunto Y pode ser retomado a partir do triângulo da 3,6 x 104 kg combustão. CALORY = 24480 x 104 kcal ou Y ≈ 2,4 x 108 kcal A produção de 4,0 x 104 kg de ferro envolvea liberação de cerca de 2,4 x 108 kcal de ener-gia obtida pela queima de carvão.Sugestão de questões para pesquisa1. Além do preço, disponibilidade e poder ca- lorífico, que outros fatores podem ser consi- COMBURENTE COMBUSTÍVEL derados na escolha de um combustível? Triângulo da combustão.2. Por que a gasolina comercializada no Brasil apresenta cerca de 20% de etanol, sendo Pode-se destacar, na discussão desse esque- que ela isenta de álcool tem poder calorífi- ma, o fato de que apenas a presença do com- co maior? bustível não é suficiente para ocorrer a reação de combustão. O combustível deve estar emAtividade 3 – A combustão contato com um comburente, ou seja, outro reagente que participará da combustão – ge- Além de conhecer os combustíveis e suas pro- ralmente o gás oxigênio constituinte do ar –, epriedades, é importante que os alunos compreen- esses materiais devem receber uma quantida-dam como se dá o seu processo de combustão. de inicial de energia para interagirem. Para ocorrer a combustão são necessárias, É bom frisar que essa quantidade inicial dealém do combustível, a presença de gás oxigê- energia térmica pode ter diferentes origens.nio na quantidade ideal e uma pequena quanti-dade de energia para iniciar o processo. Assim, Em geral, quando se pergunta sobre o quedefine-se combustão como sendo uma transfor- é necessário para ocorrer a combustão de ummação química que envolve a interação de ma- material, os alunos respondem “oxigênio eterial combustível com um comburente (quase fogo”. A ideia de que é necessário fogo parasempre o oxigênio), em que há liberação de ocorrer combustão é muito recorrente. Estaenergia térmica (transformação exotérmica). concepção pode ser confrontada levando-os 17
  26. 26. Questões para análise do Experimento 2 4. É possível dizer que as massas inicial e fi- nal na interação entre o ácido clorídrico e 1. Você considera que os dois fenômenos ob- o bicarbonato de sódio foram iguais? Jus- servados neste experimento são transfor- tifique sua resposta com base nos dados mações químicas? Por quê? experimentais. 2. Em relação ao sistema ácido clorídrico e 5. Compare as massas inicial e final na inte- hidrogenocarbonato de sódio, calcule a di- ração entre a solução de sulfato de cobre II ferença de massa entre: e a solução de hidróxido de sódio. Houve conservação da massa nessa interação? Ex- a) a massa inicial e a massa final com a plique. garrafa fechada. Houve diferença entre as massas? Como você explica esse re- Após a discussão e correção das ques- sultado? tões, pode ser proposta a generalização das relações em massa que foram estabelecidas, b) a massa inicial e a massa final com a ou seja, a massa no estado inicial é sempre garrafa aberta. Houve diferença entre igual à massa no estado final em qualquer as massas? Como você explica esse re- transformação química. A soma das massas sultado? dos reagentes será igual à soma das massas dos produtos. Esse fato pode ser observado 3. Caso tenha sido usado bicarbonato de só- quando a transformação química se proces- dio nesta experiência, o fenômeno obser- sa em sistema fechado, mas pode parecer vado pode ser representado pela equação incorreto quando se observam as transfor- química: mações em sistemas abertos. Isso porque em sistemas abertos pode ocorrer ganho ou ácido clorídrico + bicarbonato de sódio  perda de materiais gasosos, modificando a água + gás carbônico + cloreto de sódio massa final do sistema. HCl(aq) + NaHCO3(s)  H2O(l) + CO2(g) + NaCl(aq) Pode-se mencionar que essas observações sobre a conservação da massa nas transfor- O termo (aq) indica que o material está dis- mações químicas são conhecidas desde o sécu- solvido em água, formando o que se chama de lo XVIII e foram inicialmente propostas pelo uma solução aquosa. Os termos (s), (l) e (g) repre- químico francês Antoine Laurent Lavoisier sentam os estados físicos sólido, líquido e gaso- (1743-1794). Essa proposta ficou conhecida so, respectivamente. Relacione os estados físicos como Lei da Conservação da Massa ou Lei dos materiais envolvidos nesse fenômeno e as de Lavoisier. diferenças de massa calculadas na questão 2.30
  27. 27. Química - 1a série - Volume 2 Atualmente, o principal uso da combustão Até a II Guerra Mundial, o carvão ainda era o do carvão vegetal ou mineral no mundo é na ge- combustível mais utilizado no mundo. Mas a par- ração de eletricidade, em usinas termoelétricas. tir do início do século XX, com o desenvolvimen- Os impactos ambientais das usinas a carvão são to dos motores a explosão, houve um crescente grandes, não só pelas emissões atmosféricas que aumento do consumo de combustíveis derivados agravam o problema da chuva ácida e do efeito do petróleo e uma consequente diminuição do estufa, mas também pelo descarte de resíduos uso de carvão como combustível. Com o uso da sólidos e a poluição térmica. A melhoria no pro- energia nuclear para a geração de energia elétrica cesso de combustão e o uso de carvão com bai- a partir da segunda metade do século XX, dimi- xo teor de enxofre poderiam reduzir as emissões nuiu-se ainda mais o uso de carvão. No entanto, de poluentes como o dióxido de enxofre (SO2), a disponibilidade de grandes jazidas de carvão um dos causadores da chuva ácida. Na usina, mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda a energia térmica residual proveniente desse conferem a esse combustível certo grau de impor- processo também poderia ser aproveitada no tância no cenário energético mundial. próprio local para o aquecimento de caldeiras, Adaptado de CENBIO: <http://infoener.iee.usp.br/scripts/ biomassa/br_carvao.asp.> e <http://www.cepa.if.usp.br/ movimentação de motores etc., minimizando as energia/energia 1999/Grupo1A/carvao.html>. Acesso em: perdas energéticas. 20 fev. 2009. As “Questões para análise do texto” e “Você conhecimentos sobre a chuva ácida e o efeito es-aprendeu?” (CA, pp. 27 a 29) podem orientar a tufa, a realização das Folhas de atividade 1 e 2discussão. Sugere-se como aprofundamento dos como Lição de Casa (CA, pp. 30 a 33). Folha de atividades 1 – Efeito estufa A retenção de calor provocada pelo efeito estufa é um fenômeno natural responsável por Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi manter uma temperatura média de 15 ºC na Terra, proporcionando condições ideais para Efeito estufa é o aquecimento da camada ga- a manutenção da vida no planeta. Entretanto, sosa (atmosfera) que envolve a Terra em razão da o aumento do efeito estufa devido à crescente absorção de radiações eletromagnéticas. Os gases emissão de gases estufa pode contribuir para o que compõem a atmosfera têm diferentes capaci- aquecimento global, considerado um dos maio- dades de absorção. Apesar do gás carbônico estar res problemas ambientais da atualidade. presente em pequena quantidade (0,033% em vo- lume), possui uma grande capacidade de absorver A figura e o gráfico a seguir representam os essas radiações, sendo responsável por cerca de processos de absorção e emissão de radiações 60% do efeito estufa. eletromagnéticas. Elaborado especialmente para o São Paulo faz escola. 41

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