2010 - volume 2 - caderno do aluno - ensino médio - 1ª série - química

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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.

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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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Page 1: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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.

Page 2: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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.

Page 3: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - 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).

Page 4: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 5: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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

Page 6: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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”.

Page 7: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

Page 12: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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

Page 13: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 14: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 15: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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

Page 16: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 17: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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,

Page 18: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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,

Page 19: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 20: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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,

Page 21: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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

Page 22: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

Page 23: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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

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Page 24: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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

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Page 25: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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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

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Page 26: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

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Page 27: 2010 - Volume 2 - Caderno do Aluno - Ensino Médio - 1ª Série - Química

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.

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