2009 volume 3 cadernodoaluno quimica ensinomedio 1aserie caderno do aluno

Caro(a) aluno(a),

Voc est recebendo um Caderno com propostas de atividades. Algumas vo auxiliar voc a acompanhar melhor o trabalho do(a) professor(a) em sala de aula; outras ajudaro voc a realizar tarefas sozinho em casa. importante que voc saiba que este Caderno no um livro didtico; por isso, ele no traz exposio de contedos. Os contedos que voc vai aprender sero ensinados pelo(a) professor(a) em sala de aula com o apoio dos livros que ele(a) indicar. Para aprender bem, voc deve participar de todas as atividades propostas pelos(as) professores(as) nas aulas, fazer suas tarefas de casa e pesquisar nos livros e na sala de leitura sempre que for orientado para esse tipo de trabalho. Assim, seus conhecimentos sempre aumentaro. Cuide bem deste Caderno; ele tem os registros de suas atividades na escola e de seus estudos em casa. Sempre que for preciso, voc poder recorrer a ele para aprender mais.

Bom trabalho!Coordenadoria de Estudos e Normas Pedaggicas CENP Secretaria da Educao do Estado de So Paulo

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Qumica - 1 srie - Volume 3

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 1 A LINGUAGEM QUMICA E A CONSTRUO HISTRICA DA TABELA PERIDICA

Antes de iniciarmos o estudo dos metais e de seus usos, vamos conhecer um pouco sobre a linguagem da Qumica por meio de seus smbolos e frmulas. Alm disso, conheceremos como alguns cientistas propuseram a organizao dos elementos qumicos e, principalmente, qual foi a contribuio de Mendeleev para a chamada Lei Peridica e para o que se conhece hoje como tabela peridica dos elementos qumicos.

Atividade 1 Representao das substncias qumicas: uso de smbolos e frmulasPara a realizao desta Situao de Aprendizagem importante que voc relembre as ideias de Dalton. Exerccios em sala de aula 1. Faa um pequeno resumo das ideias de Dalton sobre constituio da matria e elemento qumico.

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As substncias so representadas por meio dos smbolos dos diferentes elementos qumicos que as compem; cada elemento acompanhado de um ndice que indica quantos tomos desse elemento formam a partcula de uma determinada substncia: so as chamadas frmulas das substncias. Assim, podemos agora interpretar algumas frmulas apresentadas anteriormente, como, por exemplo: Fe representa o elemento ferro representa a substncia ferro representa uma partcula de ferro, formada por um tomo do elemento ferro representa a substncia oxignio representa uma partcula de gs oxignio, formada por dois tomos do elemento oxignio representa trs partculas de gs oxignio, cada uma formada por dois tomos do elemento oxignio

O2

3 O2

2. Escreva o que representa cada uma das frmulas a seguir, que correspondem s substncias HCl (cloreto de hidrognio), NaOH (hidrxido de sdio), Ca(OH)2 (hidrxido de clcio), Mg (magnsio) e Zn (zinco).

HCI

NaOH

Ca(OH)2

Mg

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Zn

3. Substncia simples aquela formada por tomos de um nico elemento e substncia composta aquela formada por tomos de mais de um elemento. Portanto, das substncias anteriores, indique quais so substncias simples e quais so substncias compostas.

4. Quantos tomos de cada elemento formam as partculas das seguintes substncias: H2O2 (perxido de hidrognio, conhecido comumente como gua oxigenada); C2H5OH (lcool etlico ou etanol); CaCO3 (carbonato de clcio); Ca(HCO3)2 (hidrogenocarbonato de clcio ou bicarbonato de clcio); e SO2 (dixido de enxofre)?

LIO DE CASA 1. Procure em livros de Qumica ou em pginas da internet as frmulas das seguintes substncias e interprete-as em termos de tomos constituintes:5


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a) sulfato de chumbo;

b) cido sulfrico;

c) nitrato de sdio;

d) cloreto de clcio;

e) oznio.

Atividade 2 Classificao peridica dos elementos: uma atividade didtica com abordagem histricaNesta Atividade, iremos conhecer como alguns cientistas propuseram uma organizao para os elementos qumicos. Exerccio em sala de aula 1. So apresentadas a seguir algumas informaes sobre vrios elementos qumicos, conforme o exemplo:

nomedoelemento:sdio; smbolodoelemento:Na; massaatmica(MA):23; temperaturadefusodasubstnciasimplesa1atm(TF):97,8oC; temperaturadeebuliodasubstnciasimplesa1atm(TE):882,9oC; frmuladasubstnciasimples:Na; frmuladasubstnciaformadacomoelementohidrognio:NaH; frmuladasubstnciaformadacomoelementooxignio:Na2O.6


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Sdio Na MA: 23 u TF:97,8oC TE:882,9oC Na NaH Na2O Magnsio Mg MA: 24 u TF:648,8oC TE:2970oC Mg MgH2 MgO Silcio Si MA:28u TF:1410oC TE: 2 355 oC Si SiH4 SiO2

Ltio Li MA:7u TF:180,5oC TE:1347oC Li LiH Li2O Clcio Ca MA:40u TF:839oC TE:1484oC Ca CaH2 CaO Flor F MA:19u TF:219,6oC TE:188oC F2 HF OF2

Potssio K MA:39u TF: 63,6 oC TE:774oC K KH K2O Carbono C MA: 12 u TF:3367oC TE:4827oC C CH4 CO2 Cloro Cl MA: 35 u TF:100oC TE: 34,6 oC Cl2 HCl Cl2O

Procure organizar os elementos em diferentes conjuntos, conforme as sugestes a seguir: a) Agrupe-os de acordo com as semelhanas das seguintes propriedades, justificando os critrios para esses agrupamentos:7


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temperaturadefusodasubstnciasimples;

temperaturadeebuliodasubstnciasimples.

b) Agrupe-os de acordo com as semelhanas das frmulas das substncias citadas, justificando os critrios para esses agrupamentos: substnciasimples(a1atmdepresso);

formadascomoelementohidrognio;

formadascomoelementooxignio.

c) Analisando todas as propriedades das substncias citadas, procure organizar os elementos em quatro grupos, explicando quais critrios foram utilizados para essa organizao.

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PESQUISA EM GRUPOMuitos cientistas se preocuparam em criar uma classificao para os elementos qumicos a fim de melhor estud-los. A tabela de Mendeleev Veja a seguir a tabela de Mendeleev conforme ele a organizou.

Extrada de: PETRIANOV, I. V.; TRIFONOV, D. N. A lei grandiosa. Traduo de Maria Helena Fortunato. Moscou:Mir,1987,p.15.

Esclarecimentos quanto aos pontos de interrogao que aparecem na tabela de Mendeleev: (a) quando eles aparecem junto aos smbolos dos elementos ou junto aos valores de massa atmica, significa que Mendeleev tinha dvida quanto a serem esses os valores das massas atmicas; (b) quando eles aparecem antes do sinal de igualdade, significa que Mendeleev acreditava que deveria haver um elemento com essa massa, que ainda no havia sido descoberto. A tabela peridica atual Veja a seguir a tabela peridica atual com as seguintes informaes: smbolodoelemento; nomedoelemento; massaatmicadoelemento.9


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Seguindo as orientaes de seu professor, pesquise mais detalhes da histria da tabela peridica ou da classificao dos elementos qumicos. Essas informaes podem ser encontradas em livros didticos do Ensino Mdio e em diversas pginas da internet. Destaque as principais informaes pesquisadas e apresente-as para a turma.

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 2 PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO E DO COBRE: INTERPRETAO DAS REAES QUMICAS

Atividade 1 Produo do ferro e do cobreVoc saberia dizer o nome de alguns materiais fabricados com o ferro? E com o cobre? Como esses metais so obtidos? Lendo o texto a seguir, voc conhecer um pouco sobre a produo de ferro e de cobre.

Leitura e Anlise de Texto Produo do ao e do cobreDenilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi

Muitos metais so obtidos por meio de transformaes qumicas dos minerais que os contm, como o caso do ferro (Fe), que pode ser extrado do Fe2O3 (xido de ferro III), principal componente do minrio heEsquema de operao de um alto-forno matita. Para que essa transformao qumica ocorra, necessrio o fornecimento de energia. Nas siderrgicas, alimentao essa energia proveniente da queima minrio de ferro do carvo (C). Essa transformao carvo calcrio realizada em grandes fornos os altos-fornos. A queima do carvo, alm sada de gases de liberar energia trmica que provoca aumento de temperatura at cerca de entrada principal de ar 1500 oC, fundindo o minrio, tambm produz o reagente monxido de carbono (CO), que ir interagir com o minrio e formar o ferro. Este sai 1500 C lquido do alto-forno e chamado de sada de passagem de ar escria ferro-gusa ou ferro de primeira fuso. As matrias-primas utilizadas para a produo do ao so o minrio de ferro, o carvo e o calcrio (CaCO3). Este ltimo reage com impurezas do minrio, como a slica (SiO2), formando a escria (CaSiO3), que utilizada como matria-prima para a fabricao de cimento.sada de ferro

GEPEQ (Grupo de Ensino e Pesquisa em Educao Qumica). Interaes e transformaes I: elaborando conceitos sobre transformaes qumicas. GEPEQ/IQUSP. 9. ed. revista e ampliada. So Paulo: Editora da UniversidadedeSoPaulo,2005.

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O ferro-gusa levado para a aciaria ainda em estado lquido, para ser transformado em ao, mediante a retirada de impurezas e a adio de outras substncias. O ao utilizado na produo de materiais siderrgicos empregados pela indstria de transformao, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhes, arames, barras etc. Alm do ferro, um metal muito utilizado na indstria o cobre, para a produo de fios, cabos eltricos e ligas metlicas, como o lato e o bronze. A calcosita (composta principalmente por Cu2S) e a calcopirita (composta principalmente por CuFeS2) so minrios utilizados na produo do cobre metlico. Ao utilizar-se a calcopirita (CuFeS2), as transformaes qumicas envolvem a produo de sulfeto de cobre I (Cu2S), que aquecido na presena de oxignio, produzindo o cobre metlico. O processo trabalhoso, pois envolve a separao do CuFeS2 do minrio, a reao com o gs oxignio (O2) para obter o Cu2S, a retirada das impurezas como ferro, resduos de enxofre e metais preciosos e o aquecimento em presena de oxignio para obter o cobre metlico (Cu), ainda impuro. Para obter-se o cobre purssimo, exigido pela indstria eltrica, torna-se necessria uma refinao, feita pela eletrlise do produto obtido. Aps este longo ciclo produtivo, o cobre puro pode ser utilizado pelas indstrias. Vocabulrio Aciaria:usinaoupartedeumasiderrgicadestinadaproduodoao.Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

Questes para anlise do texto 1. Descreva cada situao apresentada a seguir, referente transformao do minrio de ferro em ao, indicando o que ocorre e qual a sua finalidade: a) queima do carvo;

b) utilizao do calcrio;

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c) minrio de ferro + energia + produto obtido da queima do carvo;

d) produo de chapas de ao.

2. Identifique semelhanas e diferenas entre a produo do ferro e a do cobre.

Atividade 2 Combusto completa e incompleta e balanceamento de equaes qumicasA combusto do carvo fornece energia para as transformaes que ocorrem no processo de obteno do metal. Alm da energia, importante conhecer as substncias produzidas nessas combustes. Nesta atividade, vamos estudar esses processos e represent-los por meio de equaes qumicas balanceadas. Exerccios em sala de aula 1. Na queima do carvo, representado por C, ocorre a interao com o gs oxignio (O2). Represente essa transformao quando h: a) excesso de gs oxignio (combusto completa);13


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b) falta de gs oxignio (combusto incompleta).

2. Qual era a concepo de Dalton sobre as transformaes qumicas? Os tomos so os mesmos aps a transformao ou se transformam? Explique utilizando a representao da combusto completa do carvo.

3. A concepo de Dalton sobre as transformaes qumicas pode ser aplicada na combusto incompleta. Ser que todos os tomos se reorganizam para formar novas substncias? Como representar a equao de acordo com as ideias de Dalton?

4. Muitos combustveis so formados pelo elemento carbono (C) e pelo elemento hidrognio (H), como a gasolina (mistura de substncias na qual o octano C8H18 o principal componente). Outros combustveis tambm possuem oxignio (O) em sua composio, como o caso do etanol (C2H5OH), tambm chamado de lcool combustvel. A combusto do etanol pode ser representada da seguinte maneira: Combusto completa: C2H5OH(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) + energia Combusto incompleta: C2H5OH(g) + O2(g) CO(g) + H2O(g) + energia a) Reescreva essas equaes de acordo com as ideias de Dalton, ou seja, balanceadas.

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b) Indique as semelhanas e as diferenas entre as duas equaes.

LIO DE CASA 1. Se os motores de automveis no estiverem bem regulados, poder ocorrer a combusto incompleta da gasolina (formada principalmente por 2, 2, 4 trimetilpentano C8H18). Essa combusto poluir o ar atmosfrico com: a) gs carbnico (CO2); b) gs hidrognio (H2); c) gs monxido de carbono (CO); d) gs oxignio (O2); e) vapor de gua (H2O). 2. Das representaes de transformaes abaixo, escolha aquela que no representa uma reao qumica. Justifique. a) Ca(s) + 2 H2O(l) b) SO3(g) + H2O(l) c) Fe(s) + 2 HCl(aq) d) 2 HgO(s) e) CaO(s) + CO2(g) Ca(OH)2(aq) + H2(g) H2SO4(aq) FeCl2(aq) + H2(g) CO(g)

2 Hg(l) + O2(g)

3. Um estudante fez o esquema a seguir para representar a mistura dos gases nitrognio (N2) e cloro (Cl2) nas condies ambientais. Indique qual foi o erro do estudante.15


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N

Cl

Atividade 3 Transformaes qumicas no processo de obteno do ferro e do cobreDiscutiremos agora as transformaes que ocorrem na produo do ferro e do cobre. Exerccios em sala de aula 1. Represente as transformaes a seguir, devidamente balanceadas: a) nas indstrias siderrgicas, o gs monxido de carbono (CO), formado na combusto incompleta do carvo, reagir com o xido de ferro III (Fe2O3) extrado do minrio de ferro e ter como produtos o ferro lquido (Fe) e o gs dixido de carbono (CO2);

b) a remoo das impurezas (SiO2) do minrio de ferro realizada pela adio de calcrio (CaCO3), cuja interao leva formao da escria (CaSiO3) e de dixido de carbono (CO2).

2. Na produo do cobre a partir do minrio, observe as equaes qumicas e indique se h conservao de tomos nessas transformaes: a) interao de um dos componentes do minrio de cobre (CuFeS2) com gs oxignio (O2), ocorrendo a formao de sulfeto de cobre I (Cu2S), xido de ferro III (Fe2O3) e gs dixido de enxofre (SO2): 4 CuFeS2(s)+9O2(g) 2 Cu2S(s) + 2 Fe2O3(s) + 6 SO2(g)

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b) aquecimento do sulfeto de cobre I (Cu2S), em presena de oxignio (O2), com formao de gs dixido de enxofre (SO2) e de cobre metlico (Cu): Cu2S(s) + O2(g) 2 Cu(l) + SO2(g)

PESQUISA INDIVIDUALO polietileno e o polister so polmeros. Busque exemplos de estruturas destes compostos. Reconhea os monmeros que lhes do origem.

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 3 COMO PREVER AS QUANTIDADES IDEAIS DE REAGENTES E PRODUTOS ENVOLVIDOS NUMA TRANSFORMAO QUMICA?

Seria possvel fazer previses tericas das quantidades de materiais que podem ser obtidos em uma transformao qumica? E prever a quantidade de energia envolvida nesse processo? Essas questes sero respondidas ao longo desta Situao de Aprendizagem ao estudarmos as propores existentes entre reagentes, produtos e energia nas transformaes qumicas.

Atividade 1 Quantidade de partculas envolvidas em uma transformao qumicaComo foi visto, o cobre pode ser produzido pela ustulao da calcosita, minrio de cobre constitudo basicamente por sulfeto de cobre I (Cu2S). A ustulao consiste no processo de aquecimento de um minrio na presena do oxignio ou de corrente de ar. A equao qumica que representa a ustulao da calcosita pode ser escrita e interpretada da seguinte forma:

1 partcula de sulfeto de cobre I

1 partcula de gs oxignio

2 partculas de cobre

1 partcula de dixido de enxofre

A partir dessas ideias, responda s questes a seguir. Exerccios em sala de aula 1. Quantas partculas de gs oxignio (O2) so necessrias para interagir com duas partculas de sulfeto de cobre I (Cu2S)?

2. Quantas partculas de cobre (Cu) podem ser formadas a partir de duas partculas de sulfeto de cobre I?19


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3.Quequantidadedepartculasdereagentesdeveserusadanaproduode684partculasdecobre?

4. Que quantidades de partculas de cobre e de dixido de enxofre podem ser produzidas a partir de cinco partculas de Cu2S e dez partculas de O2? Explique sua resposta.

Alm da produo do cobre, as relaes em termos de quantidades de partculas podem ser exploradas em outras transformaes qumicas. Algumas transformaes qumicas discutidas anteriormente no nvel macroscpico podem ser reinterpretadas, agora, em nvel microscpico, como feito no exemplo anterior, da ustulao da calcosita. 5. Faa o balanceamento das equaes qumicas a seguir e interprete-as em termos das quantidades de partculas envolvidas: a) hidratao da cal viva: CaO + H2O Ca(OH)2

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b) queima de gs natural: CH4 + O2

CO2 + H2O

LIO DE CASA 1. Considere a equao qumica que representa a combusto do gs metano (CH4), principal componente do gs natural: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O. a) Na combusto de 15 partculas de metano so consumidas quantas partculas de gs oxignio (O2)?

b) Os produtos da combusto de certa quantidade de metano foram coletados, resfriados e, assim, separados, obtendo-se uma pequena quantidade de gua no estado lquido. Sabe-se queessapequenaquantidadedeguacontinha61022 partculas de gua. Quantas partculas de metano devem ter sido queimadas neste caso?

Atividade 2 Massas atmicas e massas moleculares possvel tambm interpretar as equaes qumicas em termos de massa, considerando que cada elemento qumico tem uma massa atmica determinada e que as massas das partculas que formam as substncias so dadas pelo somatrio das massas dos tomos que as compem. Exerccios em sala de aula 1. Qual a massa de uma partcula de gua, sabendo-se que cada tomo de hidrognio tem massa atmica 1 u e que os tomos de oxignio tm massa 16 u?21


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2. Qual a massa de uma partcula de gs oxignio (O2)? E de uma partcula de gs hidrognio (H2)?

3. Escolha trs substncias entre aquelas que so apresentadas a seguir e calcule a massa de uma partcula de cada uma delas. Consulte a tabela peridica da Situao de Aprendizagem 1 para isso.

xido de clcio: CaO

Hidrxido de clcio: Ca(OH)2

Dixido de carbono: CO2

Sulfeto de cobre I: Cu2S

xido de ferro III: Fe2O3

Metano: CH4

4. Represente a equao qumica balanceada para a decomposio da gua em gs hidrognio e gs oxignio e complete o quadro a seguir:

Equao qumica Nmero de partculas Massa de uma partcula Massas envolvidas nesta reao22


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Atividade 3 Previses das massas de reagentes e produtosAs massas das partculas envolvidas numa transformao qumica, expressas em unidades de massa atmica, podem ser relacionadas s massas mensurveis dessas substncias em qualquer unidade de massa, mantendo-se a proporcionalidade entre elas. A tabela a seguir ilustra essa ideia.

Equao Nmero de partculas Massa das partculas Exemplos de massas mensurveis que guardam a mesma proporo

2 H2O(l) 2 partculas de gua 36 u 36 g 9,0kg 2,7g produzem produzem produzem produzem produzem

2 H2(g) 2 partculas de gs hidrognio 4u 4g 1,0kg 0,3g

+ e e e e e

O2(g) 1 partcula de gs oxignio 32 u 32 g 8,0kg 2,4 g

Na decomposio da gua, percebe-se que a proporo entre a massa de gua decomposta e a massa de hidrognio formada a mesma, seja em unidades de massa atmica, gramas ou quilogramas.

massa de gua massa de hidrognio

36 u 4u

36 g 4g

9,0 kg 1,0 kg

2,7 g 0,3 g

9 1

Dessa forma, possvel obter uma proporo em massa em unidade de massa atmica para qualquer transformao qumica, desde que se conheam sua equao qumica balanceada e as massas moleculares dos reagentes e produtos envolvidos. Essa proporo em unidade de massa atmica de uma transformao qumica pode ser usada para prever massas mensurveis dos reagentes e produtos. Exerccios em sala de aula 1. A partir das informaes da tabela anterior, sobre a decomposio da gua, que massas de gs oxignio e de gs hidrognio podem ser produzidas, aproximadamente, na decomposio de 100gdegua?

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2.Quemassadeferropodeserobtidaapartirde1280kgdexidodeferroIII(Fe2O3), tendo carvo (C) e oxignio (O2) suficientes para consumir todo este minrio de ferro? Considere que essa transformao pode ser representada pela seguinte equao qumica: 2 Fe2O3(s)+ 6 C(s) + 3 O2(g) 4 Fe(l) + 6 CO2(g) Dados: massas atmicas: Fe = 56 u; O = 16 u; C = 12 u.

LIO DE CASA 1. A combusto de magnsio (Mg) uma reao qumica muito utilizada em demonstraes durante aulas de Qumica por ser acompanhada de intensa emisso de luz branca. O nico produto formado nessa reao qumica o xido de magnsio (MgO). A respeito dessa reao, pede-se:24


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a) represente a equao qumica balanceada para essa transformao qumica; b) calcule as massas moleculares dos reagentes e produtos (considere as seguintes massas atmicas: Mg = 24 u; O = 16 u); c) calcule a massa de xido de magnsio que pode ser obtida a partir da combusto de 96gdemagnsio.

Atividade 4 Previses das quantidades de energia envolvida nas transformaes qumicasAlm das relaes de proporcionalidade existentes entre as massas de reagentes e produtos, outro aspecto importante que deve ser discutido so as relaes entre as massas de reagentes e produtos e a energia envolvida na transformao qumica. Exerccios em sala de aula 1. D um exemplo de como a energia e as massas de reagentes e produtos esto relacionadas em uma transformao qumica. Pode-se usar esquemas, equaes e textos para demonstrar essa relao.

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2. Considere a equao qumica que representa a combusto do etanol: C2H5OH(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) Dado:acombustode1gdeetanolliberacercade27kJ. a) Consulte a tabela peridica e calcule as massas moleculares dos reagentes e produtos envolvidos nessa transformao qumica. b) alculeamassadeetanolqueconsumidaquando,emsuacombusto,formam-se88g C de CO2. c) uequantidadedeenergiapodeserliberadaquandohformaode88gdeCO2 na Q queima de etanol?

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LIO DE CASA 1.Quemassadecobrepodeserobtidaapartirde15,9kgdesulfetodecobreI(Cu2S), tendo oxignio suficiente para essa reao? Dadosmassasatmicas:Cu=63,5u;S=32,0u;O=16,0u. Equao qumica no balanceada: Cu2S(s) + O2(g) Cu(s) + SO2(g)

2.Completeaslacunasnatabelaaseguir,sabendoquesonecessrias2,90kcalparadecompor 1,00gdecalcrio. Dadosmassasatmicas:Ca=40,0u;C=12,0u;O=16,0u.

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CaCO3(s) 100u g 1,00g

+

energia kcal kcal 2,90kcal

CaO(s) u 56,0g g

+

CO2(g) u g g

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 4 METAIS E O SISTEMA PRODUTIVO

Nesta Situao de Aprendizagem, a compreenso do tema metais ser ampliada, com a discusso de aspectos relacionados sua produo e seus usos.

Atividade 1 Metais no cotidianoH alguns milhares de anos, os metais passaram a ser usados pela humanidade at se tornarem materiais indispensveis para as mais diversas atividades do nosso cotidiano. Voc j percebeu quantos metais diferentes esto presentes em nosso dia a dia? Mas por que usamos um metal para certo fim, e no outro? O que determina o uso de um metal em lugar de outro? O texto a seguir mostra a constituio de uma lmpada incandescente. Perceba que neste objeto to comum so utilizados diversos metais e que a funo de cada um deles est diretamente ligada s suas propriedades.

Leitura e Anlise de Texto De que feito uma lmpada?Fabio Luiz de Souza

Tungstnio

Ferro e nquel

A lmpada eltrica incandescente um dos objetos mais comuns maioria das residncias brasileiras. Inventada porThomasAlvaEdison,em1879,estepequenoaparato tecnolgico sofreu algumas mudanas at chegar forma e composio como a conhecemos hoje.

Cobre Zinco Chumbo, estanho e antimnio

Inicialmente, a luz era produzida quando a corrente eltrica passava por um basto de carvo, em vez do filamento de tungstnio que se usa atualmente, tornando-o incandescente. Mas este sistema tinha pouca durabilidade (cerca de algumas horas apenas). Este problema levou Edison a pesquisar outros materiais que pudessem substituir o carvo. Nessa busca por uma nova constituio para a lmpada eltrica incandescente foram testados diversos metais e ligas metlicas at se chegar ao filamento de tungstnio (W). Estemetalpossuicondutibilidadeeltricamoderada(cercade340vezesmenordoque a da prata, que considerada um excelente condutor eltrico); por isso, oferece resistncia passagem da corrente eltrica, gerando calor a ponto de se tornar incandescente e emitir luz. Apresentatambmelevadatemperaturadefuso(3410 oC), resistindo a altas temperaturas sem sofrer fuso. Esta ltima propriedade especialmente importante, visto que o filamento dalmpadapodealcanarimpressionantes3000oC durante seu funcionamento.29


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Poucos metais resistiriam sem fundir a to elevada temperatura. Alm do tungstnio, muito outros metais so empregados na confeco de uma lmpada eltrica incandescente: aste de ferro (Fe) e nquel (Ni): esta liga metlica apresenta elevada resistncia mecniH ca(noentortafacilmente)esuportaaltastemperaturassemfundir(cercade1500oC), sendo um material ideal para sustentar o filamento da lmpada. ios de cobre (Cu): metal com boa condutibilidade eltrica e alta temperatura de fuso. F osca de zinco (Zn): metal malevel (fcil de moldar), que suporta temperaturas modeR radassemfundir(420oC) e possui boa condutibilidade eltrica. onto de contato de chumbo (Pb), estanho (Sn) e antimnio (Sb): esta liga metlica P til para fazer soldagem porque seus componentes apresentam temperaturas de fuso relativamentebaixas(327,232e631oC, respectivamente) e, consequentemente, sua liga tambm. O antimnio misturado ao chumbo e ao estanho para que a liga suporte temperaturas um pouco maiores sem fundir e tenha maior dureza. Os metais, quando submetidos a temperaturas elevadas, podem sofrer oxidao facilmente se estiverem em contato com o oxignio do ar. Por este motivo, o interior das lmpadas preenchido com gases inertes (que dificilmente reagem com outros materiais), como nitrognio (N2), criptnio (Kr) e, principalmente, argnio (Ar).Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

Exerccios em sala de aula 1. Comente a importncia do conhecimento das propriedades dos metais para a construo de uma lmpada eltrica incandescente. D exemplos que ilustrem seus argumentos.

2. Zinco, ferro e nquel so metais de mais fcil obteno do que o tungstnio. Seria possvel substituir o filamento de tungstnio da lmpada eltrica por um desses metais? Explique sua resposta.

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3. Complete o quadro a seguir com trs exemplos de objetos metlicos (ou que contenham metais) presentes em sua casa ou na escola. Cite os metais que constituem esses objetos e estabelea uma relao entre suas propriedades e aplicaes. Metal ou liga que compe o objeto Relao entre propriedades e aplicao

Objeto

Atividade 2 Produo de ferro no mundo: do minrio ao aoO ferro o metal produzido em maior quantidade no mundo. Devido sua dureza, maleabilidade e elevada temperatura de fuso, alm de outras propriedades, ele tambm o metal mais utilizado pela humanidade h mais de 6 mil anos. De armas a utenslios domsticos e vergalhes para a construo civil, o ferro amplamente utilizado em todos os lugares do mundo. Entretanto, as reservas de minrio de ferro e a produo de ferro e de ao esto concentradas em alguns pases. Os quadros mostrados a seguir apresentam dados obtidos do Sumrio Mineral 2007*. Brasil Reserva de minrio 7,1% (5o no mundo) Reserva de minrio 4,1% (7o no mundo) Reserva de minrio 15,1% (2o no mundo) Extrao de minrio 18,8% (2o no mundo) Extrao de minrio 3,2% (7o no mundo) Rssia Extrao de minrio 6,2% (5o no mundo)31

Produo de ferro-gusa 3,8% (6o no mundo) Produo de ferro-gusa 4,5% (5o no mundo) Produo de ferro-gusa 6,1% (4o no mundo)

Produo de ao 2,6% (9o no mundo) Produo de ao 8,0% (4o no mundo) Produo de ao 5,8% (5o no mundo)

Estados Unidos


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China Reserva de minrio 12,4% (3 no mundo)o

Extrao de minrio 30,8% (1 no mundo)o

Produo de ferro-gusa 44,3% (1 no mundo)o

Produo de ao 35,0% (1 no mundo)o

Japo Reserva de minrio 0% Extrao de minrio 0% Ucrnia Reserva de minrio 18,4% (1o no mundo) Extrao de minrio 4,3% (6o no mundo) Produo de ferro-gusa 3,7% (7o no mundo) Produo de ao 3,3% (8o no mundo) Produo de ferro-gusa 9,7% (3o no mundo) Produo de ao 9,5% (3o no mundo)

* DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUO MINERAL. Sumrio Mineral 2007. Disponvel em: . Acessoem:31mar.2009.

Exerccios em sala de aula Escolha um desses pases para analisar os dados apresentados no quadro e responda s questes propostas a seguir. 1. Comente os seguintes aspectos referentes ao pas escolhido: a) geografia fsica; b) desenvolvimento socioeconmico; c) desenvolvimento tecnolgico.

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2. Compare os valores entre a reserva e a extrao de minrio de ferro nesse pas. Esses valores so compatveis? Se no forem compatveis, como explicar esse fato?

3. Compare os valores de extrao de minrio de ferro e a produo de ferro-gusa e de ao nesse pas. Esses valores so compatveis? Se no forem compatveis, como explicar esse fato?

4. Elabore uma sntese que relacione os aspectos gerais desse pas, abordados na questo 1, e a produo de ferro, analisada nas questes 2 e 3.

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Atividade 3 Visita ao ferro-velhoOs ferros-velhos e as cooperativas de reciclagem so instituies que participam diretamente do ciclo de vida de muitos materiais importantes para nossa sociedade, incluindo metais, plsticos e vidro.

PESQUISA DE CAMPONesta Atividade, conheceremos um pouco das caractersticas dessas empresas. Siga as instrues de seu professor para a realizao dessa pesquisa de campo. Sugere-se a ficha a seguir como forma de organizao das informaes obtidas na pesquisa.

Dados gerais sobre o ferro-velho 1. Nome e localizao:

2. Nmero de pessoas que trabalham no local (funcionrios, cooperados, catadores etc.) e condies de trabalho desses profissionais:

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3. Descrio fsica do local (rea ocupada, organizao etc.):

Materiais comercializados Material Objetos mais comuns Preo mdio de compra e venda Destino do material

4. Problemas identificados:

5. Outras informaes:

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Siga as orientaes do seu professor para a apresentao dos resultados desta pequisa.

VOC APRENDEU? 1. Faa o balanceamento da equao qumica que representa a produo de cobre a partir de calcosita e complete o quadro a seguir, interpretando as equaes qumicas em termos de quantidades de partculas e de massa. Dados massas atmicas: Cu = 63,5 u; S = 32 u; O = 16 u.

Calcosita

Oxignio

Cobre

Dixido de enxofre

Em partculas Em massa (u) 2. Relacione as duas colunas a seguir:

Aplicaes A trilhos de trem, lataria de automveis, ferramentas B solda, latas de alimentos C fios eltricos, panelas, tubulaes de gua quente D fios eltricos, latas de bebidas, esquadrias36

Metais/ligas ( ) alumnio ( ) ferro/ao ( ) estanho ( ) cobre


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3. Reveja suas anotaes sobre os problemas ambientais relacionados queima de combustveis (2o bimestre) e responda: Quais problemas ambientais podem ser agravados com as emisses na atmosfera dos gases provenientes da produo de cobre e de ferro? a) Efeito estufa e chuva cida, respectivamente. b) Efeito estufa e intoxicao por monxido de carbono, respectivamente. c) Buraco na camada de oznio e chuva cida, respectivamente. d) Chuva cida e efeito estufa, respectivamente. e) Intoxicao por monxido de carbono e buraco na camada de oznio, respectivamente. 4. Uma embalagem de alimento orgnico apresentava a frase Produto sem elementos qumicos. Sobre essa afirmao, correto afirmar que: a) a frase est errada porque toda matria formada por substncias compostas de elementos qumicos, inclusive os alimentos orgnicos; b) a frase est correta porque produtos orgnicos so naturais e, portanto, no contm elementos qumicos; c) a frase est errada. O correto seria dizer que os produtos orgnicos no contm substncias qumicas; d) a frase est correta porque os alimentos orgnicos so produzidos sem a adio de substncias qumicas, tais como fertilizantes industrializados e agrotxicos. 5. A figura a seguir representa: a) uma mistura de duas substncias formadas por trs elementos qumicos; b) uma substncia formada por dois elementos qumicos; c) uma mistura de trs substncias formadas por dois elementos qumicos; d) uma substncia formada por trs elementos qumicos.

6. O titnio produzido a partir de um minrio chamado ilmenita, formado de um xido de ferro magntico (FeO) e de dixido de titnio (TiO2). A produo do metal pode ser dividida em quatro etapas:37


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1a etapa separao magntica do FeO usando um m; 2a etapa reao entre xido de titnio slido, carvo (C) e gs cloro (Cl2), que produz dixido de carbono gasoso (CO2) e cloreto de titnio lquido (TiCl4); 3a etapa destilao do cloreto de titnio (temperatura de ebulio = 136 oC); 4a etapa reao entre cloreto de titnio lquido e magnsio lquido (Mg), produzindo titnio slido e cloreto de magnsio lquido. a) Quais dessas etapas envolvem transformaes qumicas? Explique sua resposta.

b) Represente as equaes qumicas balanceadas envolvidas na produo do titnio.

7.Calculeaquantidadedepartculasdexidodealumnio(Al2O3) que se combinam com seis partculas de carbono (C) durante a produo de alumnio (Al), de acordo com a equao qumica no balanceada a seguir: Al2O3(s) + C(s) a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 1038

Al(s) + CO2(g)


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PARA SABER MAISLivros BELTRAN, N. O.; CISCATO, C. A. M. Qumica. So Paulo: Cortez, 1991. p. 133-160.(Magistrio).Estelivroapresentaalgunstextosquediscutemaconstruo histrica da tabela peridica com enfoque no trabalho desenvolvido por Mendeleev em sua busca por uma lei peridica. CANTO,E.L.Minerais, minrios, metais: de onde vm? Para onde vo? So Paulo: Moderna,1996.Nestelivropodem-seencontrarinformaessobreaobtenode diferentes metais a partir de seus minrios, sua importncia econmica e alguns impactos ambientais causados por sua explorao. ESPERIDIO,Y.M.;NBREGA,O.Os metais e o homem. 5. ed. So Paulo: tica,2002.Nestelivropodem-seencontrarinformaessobreaimportnciade metais e de ligas metlicas para o ser humano, alguns exemplos de sua utilizao e atividades para ser trabalhadas com os alunos. STRATHERN,P.O sonho de Mendeleiev.RiodeJaneiro:JorgeZahar,2002.Neste livro o autor narra diversos aspectos histricos ligados construo do conceito de elemento qumico, s descobertas de diversos elementos e s tentativas de organiz-los de acordo com suas caractersticas e propriedades at chegar proposta de Mendeleev. VAITSMAN,D.S.;AFONSO,J.C.;DUTRA,P.B.Para que servem os elementos qumicos.RiodeJaneiro:Intercincia,2001.Olivrotrazinformaesbsicasdos elementos qumicos, tais como propriedades fsicas e qumicas, data em que cada um foi descoberto, abundncia na natureza e usos mais comuns. Sites PROCOBRE.Disponvelem:.Acesso em:30abr.2009.Estapginadainternetapresentainformaesgeraisrelacionadas ao cobre, como dados de produo, histria do cobre, aplicaes, reciclagem, atualidades sobre a indstria etc. SUMRIO MINERAL 2007. Disponvel em: . Acessoem:4maio2009.Estapginadainternetapresentainformaesgerais sobre a produo mineral brasileira e a compara com a produo mundial em diversos anos.

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2009 volume 3 cadernodoaluno quimica ensinomedio 1aserie caderno do aluno

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