SPFE_2014_Vol1_Quimica_EM_1S

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1a SRIEENSINO MDIOCaderno do AlunoVolume 1

QUMICACincias da Natureza

MATERIAL DE APOIO AOCURRCULO DO ESTADO DE SO PAULO

CADERNO DO ALUNO

QUMICAENSINO MDIO

1a SRIE VOLUME 1

Nova edio

2014-2017

GOVERNO DO ESTADO DE SO PAULO

SECRETARIA DA EDUCAO

So Paulo

Governo do Estado de So Paulo

Governador

Geraldo Alckmin

Vice-Governador

Guilherme Af Domingos

Secretrio da Educao

Herman Voorwald

Secretrio-Adjunto

Joo Cardoso Palma Filho

Chefe de Gabinete

Fernando Padula Novaes

Subsecretria de Articulao Regional

Rosania Morales Morroni

Coordenadora da Escola de Formao e Aperfeioamento dos Professores EFAP

Silvia Andrade da Cunha Galletta

Coordenadora de Gesto da Educao Bsica

Maria Elizabete da Costa

Coordenadora de Gesto de Recursos Humanos

Cleide Bauab Eid Bochixio

Coordenadora de Informao, Monitoramento e Avaliao

Educacional

Ione Cristina Ribeiro de Assuno

Coordenadora de Infraestrutura e Servios Escolares

Ana Leonor Sala Alonso

Coordenadora de Oramento e Finanas

Claudia Chiaroni Afuso

Presidente da Fundao para o Desenvolvimento da Educao FDE

Barjas Negri

Caro(a) aluno(a),

Este seu primeiro Caderno de Qumica. Ele ser seu passaporte para a compreenso de um mundo instigante, o das transformaes qumicas. A partir de agora, voc perceber que vivemos em um mundo em constante processo de transformao.

Com o auxlio de seu professor, voc entender, por exemplo, por que uma fruta amadurece mais rapida-mente quando colocada em uma estufa ou por que as grades e os portes de uma casa vo enferrujando com o tempo, entre outros episdios de seu cotidiano.

As respostas a essas questes foram preciosas para o desenvolvimento de uma srie de substncias, equi-pamentos e tcnicas que permitiram ao homem melhorar sua condio de vida.

Voc ver que algumas dessas transformaes qumicas deixam evidncias que nos permitem observ-las sem a necessidade de qualquer tipo de equipamento; basta olhar com ateno. Saber tambm que a energia fundamental no decorrer das transformaes qumicas e como o fator tempo toma parte nesse processo.

Temas importantes relacionados ao modo de viver das pessoas tambm sero abordados. Sabemos, por exemplo, o quanto difcil pensar em nosso dia a dia sem o uso de combustveis; por isso, conhecer mais profundamente esse assunto permitir que se compreenda melhor questes que desafiam o mundo atual-mente, como a necessidade de obter energia por processos cada vez mais limpos e de controlar as emisses de carbono na atmosfera.

Voc estudar as relaes que ocorrem entre os materiais durante as transformaes e constatar que a frase de Lavoisier na natureza nada se cria, tudo se transforma tem tudo a ver com o estudo de Qumica.

Por que o efeito estufa e a chuva cida so problemas enfrentados pelo homem contemporneo? Por que esses fenmenos no ocorreram na poca das Cruzadas ou das Grandes Navegaes? So realmente proble-mas de difcil soluo? Ao estudar as implicaes socioambientais da produo e do uso de combustveis, voc poder compreender melhor o complexo desafio que esse processo apresenta, alm de poder refletir sobre as medidas que devem ser tomadas urgentemente.

Outros desafios e questes o esperam; por exemplo, de que forma explicar algo que no podemos ver, como os tomos? O ltimo assunto deste Caderno abordar a maneira que os cientistas encontraram para explicar, no sculo XIX, como todos os materiais eram formados. Voc ver como as ideias de um cientista podem ser utilizadas por outros e como essas ideias vo sofrendo modificaes com o passar do tempo. Essa viso ser importante para perceber que a Cincia um conjunto de conhecimentos elaborados pelos ho-mens e que, portanto, pode ser modificada e aperfeioada. Os modelos explicativos mostram que, alm de esforo e estudo, a Cincia demanda criatividade.

Bom estudo!

Equipe Curricular de Qumica

rea de Cincias da Natureza Coordenadoria de Gesto da Educao Bsica CGEB

Secretaria da Educao do Estado de So Paulo

Qumica 1a srie Volume 1

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 1 PRODUO E USO DA CAL

Muitas transformaes qumicas so realizadas pelo ser humano na busca por materiais que aten-dam s suas necessidades. Um bom exemplo disso a obteno de materiais de construo a partir de materiais extrados da natureza. A produo da cal ilustra bem esse fato. No Brasil, apenas no ano de 2007, foram produzidos cerca de 7 milhes de toneladas desse material. muito provvel que voc j tenha visto um saco de cal de construo, mas ser que voc saberia dizer como ela foi produzida ou para que mais ela serve, alm da construo civil? Essas e outras questes sero respondidas ao longo desta Situao de Aprendizagem.

Atividade Produo e uso da cal

!?

Leitura e anlise de texto

Produo e uso da calA cal um dos materiais de maior importncia para a sociedade atual. Poucas substncias

possuem tantas aplicaes quanto ela. Embora seja conhecida pelas civilizaes (egpcia, grega e romana) desde h muito tempo, sua produo e seu uso foram deixados de lado por alguns sculos, sendo redescobertos no fim da Idade Mdia. Na Amrica colonial, por exemplo, havia produo de cal por meio de processos primitivos de calcinao do calcrio em fornos escavados em barrancos e revestidos de tijolos ou pedras, onde se queimava carvo ou madeira. Esses proces-sos eram, entretanto, muito demorados, levando cerca de trs dias para que a cal fosse produzida. Esse perodo muito superior ao tempo mdio nos fornos modernos, onde a produo da cal consome algumas poucas horas.

Em geral, fornos modernos consomem 1,0 kg de carvo na produo de 3,2 kg de cal. A energia obtida pela queima do carvo necessria para secagem, aquecimento e decomposio trmica do calcrio (CaCO3). Esse processo, conforme a representao a seguir, necessita de energia e ocorre em temperaturas superiores a 900 C:

calcrio + energia A cal viva + gs carbnico (processo de calcinao)

A cal viva (CaO) pode ser assim comercializada ou passar por uma segunda etapa, na qual adi-cionada gua. Enquanto na calcinao h consumo de energia e diminuio de massa e de volume de material slido, na hidratao h liberao de energia e aumento de massa e de volume de mate-rial slido. Nesse ltimo processo, forma-se como produto a cal extinta ou cal apagada, Ca(OH)2:

cal viva + gua A cal extinta + energia (processo de hidratao)

Dependendo do tipo de calcrio empregado, a cal obtida poder ter diferentes aplicaes. Entre as mais comuns e importantes, podemos citar: a) agricultura (correo da acidez do solo);


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Questes para anlise do texto

1. Quais as matrias-primas empregadas na produo da cal? Quais materiais podem ser formados?

2. Proponha uma explicao para a diminuio e o aumento da massa de material slido durante os processos de calcinao e hidratao, respectivamente.

3. Comente a importncia, em termos de custos, de controlar o tempo de produo nas transfor-maes que ocorrem na indstria e em nosso dia a dia.

b) siderurgia (fundente e escorificante); c) fabricao de papel (agente branqueador e correo da acidez); d) tratamento de gua (correo da acidez e agente floculante); e) construo civil (agente cimentante). Assim, pode-se perceber que a cal um material verstil e, por isso, im-portante em diversos setores da sociedade.

Vocabulrio

Fundente: material que facilita a fuso de outro slido, nesse caso, fuso da slica (areia) presente nos minrios de ferro.

Escorificante: material que auxilia na purificao de um produto, nesse caso, o ferro.Elaborado por Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi especialmente para o So Paulo faz escola.


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4. Na indstria, o tempo de produo um fator importante a ser considerado. De acordo com o texto, alm desse fator, quais outros devem ser levados em conta na produo da cal?

1. Alm da cal, so utilizados muitos outros materiais na construo civil. Elabore uma lista com, pelo menos, cinco materiais que so utilizados na construo de uma casa.

2. Quais desses materiais voc considera que s puderam ser obtidos a partir do desenvolvimento cien-tfico e tecnolgico do ser humano? Quais desses materiais j eram utilizados desde a Antiguidade?

APRENDENDO A APRENDER

Uma visita a uma loja de jardinagem ou de materiais de construo pode ser uma tima oportunidade de aprender alguns usos da cal. Se voc for a uma loja de jardinagem, pergunte a um vendedor para que serve a cal no cultivo de plantas; se for a uma loja de materiais de construo, pode se informar sobre os usos da cal na construo civil.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 2 INTERAES E TRANSFORMAES

Atividade 1 Transformaes qumicas

A interao entre a energia trmica e o calcrio, discutida anteriormente, provoca a transforma-o do calcrio em cal viva e gs carbnico. Alm desse exemplo, o ser humano realiza muitos outros processos de transformao de materiais que extrai da natureza. Algumas dessas transformaes le-vam produo de materiais diferentes dos iniciais, enquanto outras apenas modificam a aparncia deles, tornando-os mais adequados s nossas necessidades. Nesta atividade, voc vai conhecer mais sobre as transformaes qumicas.

Exerccios em sala de aula

1. Complete a primeira coluna da tabela a seguir com mais trs materiais que so muito utilizados pelo ser humano e que podem ser extrados diretamente da natureza. A segunda coluna deve ser preenchida com mais trs materiais igualmente importantes, mas que s podem ser obtidos mediante processos de transformao de matrias-primas.

!?

Materiais obtidos diretamente da natureza

Materiais obtidos por transformaes de matrias-primas

Ouro Cal

2. Faa um resumo das ideias principais que apareceram durante a discusso da tabela.


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3. Comente de que forma, na Antiguidade, o domnio do fogo proporcionou ao ser humano me-lhores condies de:

a) segurana;

b) alimentao;

c) conforto.

4. Muitas pessoas confundem mudanas de estado fsico com a ocorrncia de transformaes qu-micas. Analise os fenmenos a seguir e comente essa ideia.

a) Queima do gs de cozinha.

b) Evaporao do lcool em contato com a pele.

5. Uma ideia muito comum a de que so necessrias, pelo menos, duas substncias interagindo para que ocorra uma transformao qumica.

a) Voc concorda com essa ideia? Justifique.


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b) Considere os casos de transformaes qumicas a seguir:

Antes de iniciar qualquer atividade experimental, preciso prestar ateno em algumas orientaes sobre segurana em laboratrio para que a atividade (mesmo se for feita de maneira demonstrativa) no oferea nenhum risco sade. Alguns cuidados bsicos so:

1. prender os cabelos ao trabalhar com fogo (lamparina, bico de Bunsen);2. usar aventais e culos de segurana;3. no tocar em vidros quentes;4. evitar contato da pele e dos olhos com qualquer reagente (principalmente cidos e bases; por

exemplo, nunca agite um tubo de ensaio tampando-o com o polegar);5. no aquecer substncias com a boca do frasco voltada para o prprio rosto ou na direo

de algum colega;6. no inalar vapores de forma direta ao tentar identificar cheiros caractersticos; 7. no ingerir nenhum alimento enquanto estiver realizando o experimento;8. seguir sempre as orientaes.

Calcinao do calcrio calcrio cal viva + gs carbnicoEfervescncia da gua oxigenada gua oxigenada gua + gs oxignioFormao do gs oznio gs oxignio gs oznio

A anlise desses casos confirma ou contraria a ideia de que so necessrias, pelo menos, duas substncias para que ocorra uma transformao qumica? Explique.

Atividade 2 Como reconhecer a ocorrncia de transformaes qumicas?

Evidncias de transformaes qumicas


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Materiais e reagentes

5 tubos de ensaio; 2 bqueres de 100 mL ou de 250 mL, ou copos de vidro; 1 canudinho de refrigerante; 1 basto de vidro ou colher de plstico; 1 esptula ou palito de sorvete; 1 pisseta com gua; sulfato de cobre pentaidratado; hidrxido de sdio; gua de cal ou soluo de hidrxido de clcio filtrada (preparada antecipadamente); raspa de magnsio ou zinco; palha de ao ( esponja); soluo de cido clordrico (aproximadamente 1 mol L-1) ou vinagre; carbonato de clcio (ou mrmore triturado ou qualquer carbonato ou bicarbonato).

Preparo da gua de cal: adicione 1 colher (caf) de cal em 100 mL de gua, agite a mistura e filtre-a.

Procedimento experimental

As observaes devero ser anotadas na tabela que se encontra no final do roteiro. Na coluna Estado inicial, descreva os aspectos gerais das substncias presentes no sistema antes da interao; na coluna Estado final, descreva os aspectos gerais das substncias depois da interao; em Evidncias de transformaes qumicas, descreva os sinais ob-servados nas transformaes.

1a parte Soluo de cido clordrico (ou vinagre) e carbonato de clcio

1. Coloque cerca de 2 mL da soluo de cido clordrico (HCl(aq)) em um tubo de ensaio.2. Adicione uma quantidade de carbonato de clcio (CaCO3) equivalente a um gro de

feijo (uma ponta de esptula) no tubo contendo a soluo cida.3. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela que se encontra no final deste

roteiro.

2a parte Soluo de sulfato de cobre e soluo de hidrxido de sdio

1. Coloque uma ponta de esptula de sulfato de cobre pentaidratado (CuSO4.5H2O) em um tubo de ensaio.

2. Adicione cerca de 4 mL de gua no tubo de ensaio contendo o sulfato de cobre. Agite-o at dissolver completamente o slido.


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3. Coloque duas pontas de esptula de hidrxido de sdio (NaOH) em outro tubo de en-saio. Tenha cuidado ao manusear o hidrxido de sdio, pois extremamente perigoso se entrar em contato com a pele e os olhos ou se ingerido.

4. Adicione cerca de 4 mL de gua no tubo de ensaio contendo o hidrxido de sdio. Agite-o at dissolver completamente o hidrxido. Envolva o fundo do tubo de ensaio com uma das mos e observe.

5. Transfira a soluo de sulfato de cobre para o tubo de ensaio contendo a soluo de hidrxido de sdio.

6. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela que se encontra no final deste roteiro.

3a parte Soluo de sulfato de cobre e palha de ao

1. Coloque uma quantidade equivalente a colher (caf) de sulfato de cobre pentaidra-tado em um bquer.

2. Adicione gua at a metade da capacidade do bquer. Agite-o at dissolver completa-mente o sulfato.

3. Coloque a palha de ao na soluo de sulfato de cobre contida no bquer. Agite le-vemente por alguns minutos (o ao , na verdade, uma liga formada principalmente por ferro e carbono).

4. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela que se encontra no final deste roteiro.

4a parte Soluo de cido clordrico e magnsio ou zinco

1. Coloque cerca de 2 mL da soluo de cido clordrico em um tubo de ensaio. 2. Adicione uma raspa de metal magnsio (Mg) ou zinco (Zn) na soluo cida do

tubo de ensaio. Agite levemente.3. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela que se encontra no final deste roteiro.

5a parte Soluo de cido clordrico e hidrxido de sdio

1. Coloque cerca de 2 mL da soluo de cido clordrico em um tubo de ensaio.2. Adicione cuidadosamente uma ponta de esptula de hidrxido de sdio no tubo de

ensaio contendo o cido. Agite com cuidado.3. Envolva o tubo de ensaio com uma das mos.4. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela que se encontra no final deste roteiro.

6a parte Gs carbnico e gua de cal

1. Coloque gua de cal filtrada no outro bquer at metade de sua capacidade.

2. Com o canudinho, sopre vigorosamente na gua de cal de modo a fazer bolhas de ar. Faa isso por cerca de um minuto.


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3. Observe e anote o que est sendo solicitado na tabela a seguir.

Sistema Estado inicial Estado finalEvidncias de

transformaes qumicas

1a p

arte

2a p

arte

3a p

arte

4a p

arte

5a p

arte

6a p

arte


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Questes para anlise do experimento

1. Analisando as anotaes da tabela de registro de observaes do experimento, em quais das in-teraes voc considera que houve a formao de novas substncias?

2. Quais das interaes realizadas no experimento voc considera que so transformaes qumi-cas? Explique.

1. Considere os fenmenos a seguir, cite as evidncias de interaes e diga se so transformaes qumicas ou no:

a) gua sanitria em roupa colorida;

b) ferver gua;

c) obteno de sal a partir da gua do mar;

d) enferrujamento de um porto de ferro;

e) amadurecimento de uma fruta;

f ) evaporao da acetona.


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2. Analise os seguintes fenmenos e assinale aqueles que podem ser considerados transformaes qumicas:

( ) dissoluo de sal em gua;

( ) exploso de uma bombinha de plvora;

( ) corroso de um cano de cobre;

( ) derretimento de um sorvete;

( ) apodrecimento de um pedao de madeira;

( ) corroso de uma pia de mrmore pelo vinagre;

( ) queima de uma vela;

( ) mistura de suco em p com gua e acar.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 3 FATORES QUE PODEM SER ANALISADOS NAS INTERAES E TRANSFORMAES QUMICAS

Nesta Situao de Aprendizagem sero analisados trs diferentes fatores envolvidos nas intera-es entre materiais e entre materiais e energia: o tempo gasto; a absoro e a liberao de energia; e a possibilidade de se reverterem algumas transformaes qumicas.

Atividade 1 O fator tempo nas interaes e transformaes qumicas

O tempo envolvido em uma transformao qumica pode ser analisado considerando-se, por exemplo, o tempo necessrio para observarmos o aparecimento de algum sinal perceptvel de trans-formao no material ou o tempo necessrio para que ela se complete.


1. Analise as transformaes qumicas a seguir, classificando-as, quando possvel, como instant-neas (percebem-se sinais de transformao imediatamente, ou seja, em at um segundo aps o incio da transformao) ou no instantneas. Complete a tabela com os Sinais perceptveis e a Classificao para cada fenmeno.

!?

Transformao qumica Sinais perceptveis Classificao

Calcinao do calcrio

Interao entre carbonato de clcio e cido clordrico

Queima do lcool

Apodrecimento de uma fruta

Formao de slido gelatinoso (hidrxido de cobre) na interao entre solues de sulfato de cobre e de hidrxido de sdio

Enferrujamento de um porto de ferro

Cozimento de um ovo


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2. Faa um resumo das principais ideias que surgiram durante a discusso.

Atividade 2 O fator energia nas interaes e transformaes qumicas

Algumas transformaes qumicas ocorrem com liberao de energia e outras com absoro.

Exerccio em sala de aula

1. Qual o significado de transformao exotrmica e de transformao endotrmica?


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Aquecimento e hidratao do sulfato de cobre


1 lamparina a lcool; 1 trip; 1 tela de amianto; 1 bquer de 100 mL; 1 colher (caf); 1 esptula de madeira; 1 pisseta ou conta-gotas com gua; 1 pina de madeira; sulfato de cobre pentaidratado.


1. Coloque o bquer sobre o trip e a tela de amianto.2. Adicione cerca de colher (caf) de sulfato de cobre pentaidratado (CuSO4.5H2O) no

bquer.3. Aquea o sulfato de cobre pentaidratado sobre a chama da lamparina misturando-o

com a esptula de madeira at que a transformao observada seja completada. Se ne-cessrio, segure o bquer com a pina de madeira.

4. Apague o fogo, anote suas observaes e deixe o bquer esfriar por alguns minutos.5. Depois que o bquer estiver frio, coloque-o sobre a palma de uma das mos e solicite a

um colega que adicione algumas gotas de gua sobre o slido do bquer at que o slido fique mido.

6. Anote suas observaes.


1. Comparando o estado final com o estado inicial da transformao em que foi aquecido o sulfato de cobre pentaidratado, voc considera que houve uma transformao qumica? Explique sua resposta e, em caso afirmativo, quais materiais seriam reagentes e quais seriam produtos?


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2. O que voc observou ao adicionar gua ao slido contido no bquer? Como voc explica o que aconteceu?

3. A interao da gua com o slido do bquer pode ser considerada uma transformao qumica? Ex-plique sua resposta e, em caso afirmativo, quais materiais seriam reagentes e quais seriam produtos?

4. Classifique o aquecimento do sulfato de cobre pentaidratado e a hidratao do slido resultante desse aquecimento como fenmenos endotrmicos ou exotrmicos. Justifique.

5. Os fenmenos observados nesse experimento podem ser apresentados, em linguagem esquem-tica, pelas representaes a seguir.

sulfato de cobre pentaidratado + energia A sulfato de cobre anidro + gua (desidratao)

(slido azul) (slido branco)

sulfato de cobre anidro + gua A sulfato de cobre pentaidratado + energia (hidratao)

(slido branco) (slido azul)

a) Explique o que essas representaes significam.

b) Reescreva essas equaes substituindo os nomes das substncias pelas suas respectivas fr-mulas qumicas (sulfato de cobre pentaidratado = CuSO4.5H2O; sulfato de cobre anidro = CuSO4; gua = H2O).


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Atividade 3 Revertibilidade das interaes e transformaes qumicas

Nesta atividade, vamos estudar a possibilidade de reverter ou no uma transformao qumica.


1. Escreva com suas palavras o significado de transformao revertvel.

2. Escreva com suas palavras o significado de transformao irrevertvel.

3. Classifique os fenmenos a seguir como revertveis ou irrevertveis.

Fenmeno Classificao

Queima de uma vela

Amadurecimento de legumesHidratao da cal vivaCorroso do magnsio ou zinco por cidoCozimento de um ovo

1. Cite trs exemplos de transformaes que voc considera instantneas e trs exemplos de trans-formaes no instantneas.


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2. Complete a tabela a seguir.

EtapaFormas de energia

envolvidas

Classificao quanto absoro ou liberao de

energia

uma transformao qumica?

Queima do carvo

Secagem do calcrio

Aquecimento do calcrio

Decomposio do calcrio

Hidratao da cal viva

3. Dos fenmenos citados na tabela, quais deles voc indicaria como revertveis e quais seriam irrevertveis?


Observamos diversas transformaes que ocorrem em nosso dia a dia, como amadure-cimento de frutos, decomposio de alimentos, corroso de portes etc. Podemos relacionar esses fenmenos com o que estudamos at o momento, ou seja, se so transformaes qumi-cas, quais as evidncias dessas transformaes e como os fatores tempo, energia e revertibili-dade afetam essas transformaes?


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 4 A PRODUO DO LCOOL COMBUSTVEL E DO FERRO

Nesta Situao de Aprendizagem, ampliaremos os conhecimentos sobre as transformaes qumi-cas, abordando dois importantes processos industriais a fermentao alcolica e a siderurgia que levam obteno, respectivamente, do etanol e do ferro. Para isso, leia os textos a seguir.

!?


Texto 1 Fermentao alcolica na produo do etanol

O Brasil um dos poucos pases do mundo que utilizam lcool (etanol) como combustvel automotivo. Esse fato garante ao pas no apenas a posio de um dos maiores produtores de etanol do mundo, mas tambm de detentor da melhor tecnologia de produo de lcool a partir da cana-de-acar. Mas voc sabe como produzido o lcool a partir da cana-de-acar?

A cana-de-acar a principal matria-prima usada na produo de lcool no Brasil. A partir de 1 ha (um hectare, ou seja, 10 000 m2) de plantao, pode-se obter cerca de 3 mil litros de etanol. A cana-de-acar passa inicialmente pelo processo de moagem, em que o suco da cana, a garapa, separado do bagao, que pode ser queimado como combustvel ou usado na alimentao do gado. Em seguida, a garapa aquecida at que boa parte da gua evapore e se forme um lquido viscoso e rico em acares, chamado melao. Esse mate-rial acidificado para que esteja em condies ideais para o desenvolvimento das leveduras (micro-organismos que possuem substncias denominadas enzimas, capazes de acelerar a transformao de acares em lcool etlico e gs carbnico). na presena das leveduras que o melao passar pelo processo de fermentao alcolica, que dura cerca de 50 horas, ocorrendo a formao do etanol.

A mistura obtida na fermentao apresenta cerca de 14% em volume de lcool, mas, aps o processo de destilao, obtm-se lcool com 96 GL (4% de gua e 96% de etanol). Para obter etanol puro (100%) pode-se adicionar cal viva ao lcool 96 GL. Nesse caso, haver interao entre a cal e a gua, formando um composto pouco solvel em gua e em etanol, o hidrxido de clcio ou cal extinta, conforme as representaes a seguir:

sacarose + gua glicose + frutose

C12H22O11(aq) + H2O(l) C6H12O6(aq) + C6H12O6(aq)

glicose ou frutose etanol + gs carbnico + energia

C6H12O6(aq) 2 C2H5OH(aq) + 2 CO2(g) + energia trmicaenzimas

enzimas

enzimas

enzimas


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xido de clcio + gua A hidrxido de clcio + energiaCaO(s) + H2O(l) A Ca(OH)2(s) + energia trmicaEmbora tenhamos tratado aqui da produo do lcool a partir da cana-de-acar, essa no a

nica matria-prima da qual se pode obt-lo. Alm disso, o uso do lcool etanol no se restringe ao mercado de combustveis, pois ele apresenta inmeras outras aplicaes na indstria e no dia a dia.1

Texto 2 A produo do ferro nas siderrgicas

O ferro o metal mais utilizado no mundo, principalmente por seu baixo custo de produo e resistncia trao. Quando misturado a pequenas quantidades de carbono e outros metais, produz-se o ao.

O ferro raramente encontrado na natureza na forma metlica. Em geral, ele est presente na composio qumica de outras substncias. A hematita, por exemplo, formada basica-mente de xido de ferro (Fe2O3) e um minrio relativamente abundante na natureza. O Brasil possui uma das maiores reservas desse minrio no mundo.

Nas siderrgicas, a hematita misturada ao carvo, que um reagente e tambm o com-bustvel que fornece a energia necessria para que ocorra a transformao qumica para a produo do ferro metlico (Fe):

carvo + gs oxignio do ar A gs monxido de carbono + energia2 C(s) + O2(g) A 2 CO(g) + energiaxido de ferro III + gs monxido de carbono A ferro + gs carbnicoFe2O3(s) + 3 CO(g) A 2 Fe(l) + 3 CO2(g)Alm do oxignio do ar e do carvo, para a produo de ferro mistura-se calcrio ou cal viva,

que tem a funo de retirar impurezas, principalmente areia, presentes no minrio. O calcrio decompe-se e forma cal viva, que reage com as impurezas, resultando em escria derretida (sili-cato de clcio, CaSiO3). Essa escria lquida depois facilmente separada do ferro que tambm sai do forno na forma lquida.

Elaborado por Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi especialmente para o So Paulo faz escola.

Questes para anlise dos textos

1. Leia os textos, destacando as ideias principais abordadas para participar das discusses e res-ponder s questes propostas por seu professor. Anote tambm os termos desconhecidos para procurar seu significado.

1 O teor alcolico do lcool comercial atualmente expresso em oINPM (porcentagem em massa de lcool).


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2. Faa um resumo das principais ideias que surgiram durante a discusso.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 5 COMO RECONHECER QUE HOUVE UMA TRANSFORMAO QUMICA QUANDO NO H EVIDNCIAS?

Reconhecendo a formao da cal

Sabemos que a cal (CaO) pode ser obtida por meio do aquecimento do calcrio (CaCO3), mas como reconhecer que houve formao de cal aps o aquecimento, ou seja, como saber se ocorreu transformao qumica se a cal e o calcrio so dois slidos brancos?

Para ajudar a responder a essa pergunta, vamos observar algumas caractersticas dos materiais envolvidos no processo de calcinao do calcrio.

!?

CaCO3(s)(calcrio slido)

CaO(s) (cal viva slida) +

CO2(g)(gs carbnico)

Cor Branco Branco Incolor

Estado fsico a temperatura e presso ambientes (25 C e 1 atm)

Slido Slido Gasoso

Como as substncias se com-portam durante mudanas de temperatura

Decompe-se a 900 C,

formando cal e gs carbnico

Funde a 2624 C e vaporiza a 2850 C

Sublima1 a -78,5 C

Massa de 1 cm3 dessa substncia (25 C e 1 atm)

2,7 g 3,3 g 0,002 g

Quanto possvel dissolver dessa substncia em 100 mL de gua temperatura ambiente (25 C)

0,0014 g 0,12 g 0,15 g

(900 C)aquecimento

1 Sublimao a mudana do estado slido para o gasoso sem passar pela fase lquida.Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

Fonte dos dados: LIDE, David R. (editor-in-chief ). Handbook of Chemistry and Physics. 73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.


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A partir da anlise da tabela, responda:

1. Quais so as caractersticas semelhantes e diferentes entre o calcrio e a cal?

2. A partir dessas caractersticas, possvel diferenciar uma amostra de calcrio de uma amostra de cal? Como voc faria?

3. Voc pode dizer que ocorreu transformao qumica no processo de calcinao do calcrio? Justifique.

Atividade 1 Pode-se identificar uma substncia por suas temperaturas de ebulio e de fuso?

1. A gua, como outras substncias, pode ser encontrada nos estados slido (gelo), lquido ou ga-soso, dependendo das condies experimentais. Voc saberia dizer o que necessrio para uma substncia mudar de estado fsico?

D o nome das seguintes mudanas de estado.

Estado slido A estado lquido:

Estado lquido A estado gasoso:

Para melhor entender uma das propriedades das substncias, a temperatura de ebulio, pode ser realizado um experimento no qual se aquece certa poro de gua e mede-se sua temperatura a cada minuto.


29

Determinao da temperatura de ebulio da gua (descrio do experimento)

A temperatura de ebulio da gua pode ser determinada colocando-se gua em um bquer e inse- rindo um termmetro nele (o bulbo do termmetro no deve encostar no fundo do bquer). O bquer com gua deve ser aquecido por uma fonte de energia (bico de Bunsen, lamparina ou chapa eltrica).

Mede-se ento a temperatura a cada minuto at a gua ferver e durante alguns minutos de fervura.


1. Anote os dados obtidos experimentalmente ou fornecidos pelo seu professor e responda s ques-tes apresentadas.

Aquecimento de guaTempo (minutos) (( 0,1 min) Temperatura ($C) (( 1 C)

2. Depois que a gua entrou em ebulio, a temperatura variou? Podemos considerar 1 C como mudana de temperatura?


30

3. A partir dos dados da tabela Aquecimento de gua, construa um grfico de temperatura em funo do tempo e responda aos itens a seguir.


31

a) Depois de quanto tempo a gua comea a ferver, ou seja, a entrar em ebulio? Qual essa temperatura?

b) Depois desse tempo, o que ocorre com a gua? E com a temperatura?

c) Com base nesses dados, qual a temperatura de ebulio da gua? Como voc pode observar isso no grfico?

d) Se aps meia hora aquecendo no ocorrer a vaporizao total da gua, qual seria sua tempe-ratura? Por qu?

4. Quais informaes esse tipo de grfico pode fornecer? Quais as vantagens do uso de grficos?


Aquecimento da mistura de gua e sal

Tempo ( 0,1min)

Temperatura ( 1 C)

0 24 1,0 29 2,0 45 3,0 60 4,0 78 5,0 92 6,0 99 (incio da ebulio) 7,0 102 8,0 103 9,0 10510,0 106

1. Imagine que estamos aquecendo gua com sal em uma chaleira e, ao fazer isso, obtivemos os dados mos-trados ao lado. Observando esses dados, qual voc diria que a tempe-ratura de ebulio dessa mistura de gua e sal?


32

2. Voc diria que as variaes de temperatura de uma substncia e de uma mistura de substncias a partir do momento que se inicia a ebulio so similares? Justifique sua resposta.

3. Analise o grfico a seguir, que mostra como a temperatura de alguns slidos varia com o aque-cimento, e responda s questes.

a) Sabendo-se que temperatura ambiente (25 C) o naftaleno, o enxofre, o estanho e o chum-bo esto no estado slido, indique o estado fsico de cada substncia, quando possvel, nos seguintes casos:

Naftaleno Enxofre Estanho Chumbo

I temperatura de 70 C

II Aps 30 minutos de aquecimento

III Aps 55 minutos de aquecimento

b) Em quais intervalos de tempo podemos encontrar cada substncia nos estados slido e lqui-do ao mesmo tempo?

c) Qual a temperatura de fuso de cada uma dessas substncias? Como voc obteve essa in-formao?

C

onex

o E

dito

rial T (C)

350

328

232

112

80

25

t(a)

t(b) t(c) t(d)

300

250

200

150

100

50

20 40 60 80 t (min)

chumbo (d)

estanho (c)

enxofre (b)

naftaleno (a)

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola. Fonte dos dados: LIDE, David R. (editor-in-chief ). Handbook of Chemistry and Physics. 73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.


33

4. Duas amostras de materiais de origem desconhecida foram aquecidas at a fuso, que ocorreu temperatura de 180 C no primeiro caso e de 232 C no segundo. Essas amostras podem ser de algumas das substncias mostradas no grfico? Justifique.

1. Construa, no mesmo espao utilizado para a questo 2 (Questes para anlise do experimento), um grfico de temperatura em funo do tempo de aquecimento com os dados apresentados para a mistura de gua e sal. Compare-os e explique as diferenas.

2. A tabela a seguir apresenta as temperaturas de fuso e de ebulio de algumas substncias. Ana-lisando os dados apresentados, responda s questes.

Temperaturas de fuso e de ebulio de algumas substncias presso de 1 atm

Substncia Temperatura de fuso (C)Temperatura de ebulio

(C)

gua 0,0 100,0

lcool etlico (etanol) 117,3 78,5

Acetona 95,4 56,2

Carbonato de clcio decompe a 900 C

Cloreto de sdio 801 1 413

Cobre 1 083,4 2 567

Enxofre 112,8 444,7

ter 116,2 34,5

Ferro 1 535 2 750

Hidrognio 259,3 252,8

xido de clcio 2 624 2 850

Oxignio 218,4 182,9

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola. Fonte dos dados: LIDE, David R. (editor-in-chief ). Handbook of Chemistry and Physics. 73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.


34

a) gua, etanol, acetona e ter so lquidos incolores temperatura de 25 C. No laboratrio, encontramos quatro frascos no identificados contendo esses quatro lquidos. Como pode-mos identific-los utilizando suas temperaturas de ebulio e de fuso?

b) Considere as seguintes substncias: gua, oxignio, ferro, ter e enxofre. Construa uma ta-bela que mostre os estados fsicos dessas substncias s seguintes temperaturas: 5 C, 50 C e 150 C.

3. O grfico a seguir mostra o que acontece durante o aquecimento de duas amostras A e B, isentas de impurezas.

a) De acordo com esse esboo, as amostras A e B esto sendo aquecidas ou resfriadas? Justifique sua resposta.

C

onex

o E

dito

rial

T(C)

80

A

Bslido

slido

lquido + slidolquido + slido

25

10 20 t(min)

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.


35

b) As amostras A e B so de materiais diferentes ou do mesmo material? Explique.

c) As frases a seguir foram ditas por dois alunos ao explicarem o motivo da amostra B demorar 10 minutos a mais do que a amostra A para fundir.

Frase 1: A massa da amostra A menor do que a da amostra B. Frase 2: A intensidade da fonte de aquecimento foi maior na amostra A.

Voc concorda com os alunos? Justifique.

Atividade 2 Densidade: pode-se identificar uma substncia por sua densi-dade?

A propriedade que relaciona massa (m) e volume (V) de um dado material a densidade. Nesta atividade, voc vai estudar essa relao e entender sua possvel utilidade para identificar um material.


1. Foram determinados os volumes ocupados por certas quantidades de gua, lcool e alumnio, temperatura de 25 C, conforme os dados a seguir.

Substncia gua lcool Alumnio

Massa (g) 27 80 8 16 27 54

Volume (cm3) ou mL 27 80 10 20 10 20

Massa contida em 1 cm3 (g)

a) Calcule a massa contida em 1 cm3 dessas substncias e anote na ltima linha da tabela.


36

b) Qual a densidade da gua, do lcool e do alumnio temperatura de 25 C?

c) Se voc encontrasse um frasco fechado contendo 60 mL de um lquido incolor, e a massa do lquido fosse de 48 g, esse lquido poderia ser gua? E lcool? Explique.

d) Escreva o significado de densidade.

Atividade 3 Solubilidade: pode-se identificar uma substncia por sua solu-bilidade?

A solubilidade tambm uma propriedade caracterstica das substncias, que pode ser utilizada para identific-las.


1. De acordo com o que voc aprendeu, explique o significado da propriedade solubilidade.

2. Analise a tabela a seguir e responda.

Temperatura (C) Solubilidade do sal de cozinha (g 100 g-1 H2O)

0 35,7

25 36,0

50 37,0

100 39,8


37

a) A solubilidade do sal de cozinha em gua depende da temperatura?

b) Em uma soluo de gua e sal, qual substncia pode ser chamada de solvente? E qual seria o soluto?

3. Escreva o que significa soluto, solvente, soluo, mistura homognea e mistura heterognea.

1. Com base na tabela que mostra a solubilidade do nitrato de potssio (KNO3) em gua, a dife-rentes temperaturas, resolva as questes.

Temperatura (C) Solubilidade (g 100 g-1 H2O)

0 13

10 17

20 30

35 65

40 70

60 112

a) Pode-se afirmar que a temperatura um dos fatores que afetam a solubilidade? Justifique.


38

b) Com esses dados, construa um grfico da solubilidade em funo da temperatura.

Observando o grfico construdo, responda:

c) Qual a massa de nitrato de potssio capaz de se dissolver em 100 g de gua a 50 C?

d) possvel, utilizando o grfico, determinar a massa de nitrato de potssio que se dissolve em 100 g de gua a 70 C? Justifique.

Solu

bilid

ade

do K

NO

3 (g

100g

-1 H

2O)

Temperatura (oC)


39


40

SITUAO DE APRENDIZAGEM 6 A NECESSIDADE DE SEPARAR MISTURAS E SUA IMPORTNCIA PARA O SISTEMA PRODUTIVO

Voc sabe como a indstria separa o lcool produzido pela fermentao do caldo de cana e como uma siderrgica separa o ferro de suas impurezas?

Para compreender, leia os textos a seguir, sobre a produo do lcool e a separao de ferro e escria no alto-forno, e responda s questes.

!?


A produo de lcool

Na produo do lcool por fermentao alcolica, o produto obtido tem baixo teor alcolico (14% em volume). Para aumentar esse teor, necessrio utilizar o processo de destilao, no qual o fermentado aquecido at a ebulio em sistema fechado, e os vapores produzidos so conden-sados e recolhidos em outro recipiente. Dessa forma, o lquido obtido tem maior teor alcolico, podendo chegar a 96%. Esse processo de separao s possvel porque o lcool apresenta tem-peratura de ebulio menor que a da gua. Assim, no aquecimento de uma mistura de diferentes lquidos, o vapor produzido apresenta um aumento no teor do lquido mais voltil.

Na indstria, para obter o lcool puro (anidro), realiza-se a desidratao do lcool. Um dos meios utilizados nesse processo era adicionar cal virgem (CaO xido de clcio) ao lcool (hoje, a indstria no utiliza mais esse recurso por ter encontrado um mtodo economica-mente melhor). A cal interage com a gua contida no lcool, formando hidrxido de clcio Ca(OH)2 , de baixa solubilidade, tanto na gua quanto no lcool:

xido de clcio + gua A hidrxido de clcio + energiaComo a solubilidade da cal hidratada (Ca(OH)2) baixa, no final teremos uma mistura

de lcool puro e de cal hidratada slida. A etapa final consiste na separao do hidrxido de clcio pela destilao.

No caso do lcool comercial (96%), para sua desidratao e obteno em elevado grau de pureza, so utilizados alguns mtodos de separao que levam em conta algumas propriedades especficas das substncias, como temperatura de ebulio do lcool e da gua; solubilidade da cal hidratada em lcool aps a interao entre a cal e a gua presente no lcool 96%; e o fato do hidrxido de clcio ser slido temperatura de ebulio do lcool.

Portanto, importante conhecer as propriedades especficas das substncias, como tempera-tura de ebulio e solubilidade, para que se possa entender processos industriais de separao e tambm para poder desenvolver novos processos conforme as necessidades sociais e pessoais.



41

Questes para anlise do texto

1. Se tivermos 100 mL de soluo de lcool 14% em volume, quantos mililitros teremos de lcool?

2. Em 100 mL de lcool 96% em volume, quantos mililitros teremos de lcool? E de gua?

3. Voc compraria um lcool 14%? Por qu?

4. Quais propriedades e quais processos de separao foram usados para obter lcool 96% a partir de lcool 14%?

5. Quais propriedades da cal hidratada (Ca(OH)2) e do lcool foram usadas para obter lcool ani-dro? Quais os processos utilizados nessa obteno?

6. Voc reconhece alguma transformao qumica na obteno de lcool anidro? Justifique sua resposta.


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Separao de ferro e escria no alto-forno

O ferro um metal dificilmente encontrado na natureza na forma de substncia metlica. Para ser produzido nas siderrgicas (ferro-gusa), o minrio de ferro, ou seja, um mineral do qual se pode obter ferro de maneira economicamente vivel, misturado a carvo mineral ou vegetal e calcrio, e essa mistura aquecida em alto-forno.

Na produo de ferro-gusa formada a escria como subproduto. Esses dois produtos saem do alto-forno no estado lquido a uma temperatura de 1 600 C. Os dois lquidos, fer-ro e escria, apresentam baixa miscibilidade, ou seja, um no se dissolve bem no outro. O ferro fundido, por ser mais denso do que a escria fundida, fica no fundo do alto-forno, e a escria fundida fica logo acima dele.

Observe o esquema de funcionamento do alto-forno de uma usina siderrgica:

C

onex

o E

dito

rial

No fundo do alto-forno existem sadas independentes por onde escorrem separadamente o ferro e a escria. Essa tcnica de separao dos componentes da mistura de ferro e escria formada no alto-forno possibilita a obteno de um produto com maior grau de pureza e qualidade.


Sada de ferro-gusa

Sada de escria

Entrada de ar

Escria fundida

Ferro fundido

Entrada de matrias-primas

Mistura de minrio de ferro, calcrio e carvo


43

Questo para anlise do texto

1. Como separar a escria do ferro? Pense nas propriedades que foram estudadas at agora.

Sal gua fria gua quente

AgCl Insolvel Insolvel

NaCl Solvel Solvel

PbCl2 Insolvel Solvel

1. (Comvest/Vestibular Unicamp 1990) Uma mistura slida constituda de cloreto de prata (AgCl), cloreto de sdio (NaCl) e cloreto de chumbo (PbCl2). A solubilidade desses sais em gua est resumida na tabela a seguir. Baseando-se nesses dados de solubilidade, esquematize um pro-cesso de separao desses trs sais que constituem a mistura.


44

PESQUISA EM GRUPO

Existem vrios processos de separao de misturas utilizados em nosso cotidiano e na indstria, como a destilao, filtrao, decantao e cristalizao. Para a realizao desta pesquisa complemen-tar em grupo, procure em livros didticos um dos processos de separao de misturas, descreva-o, destacando a propriedade fsica que possibilita a separao dos componentes da mistura, e d exem-plos de sua utilizao. Prepare uma apresentao para a classe.

Com os dados apresentados em classe pelos grupos, construa uma tabela, indicando o nome do processo de separao de misturas, a descrio do processo, as propriedades envolvidas e os exem-plos de aplicao.


45

VOC APRENDEU?

1. Complete a tabela a seguir com as informaes solicitadas.


Quando for a um supermercado, observe rtulos de embalagens de alimentos (gua mineral, sucos etc.) e de outros produtos (gua sanitria, desinfetantes, xampus etc.). Procure informa-es sobre a composio dos produtos escolhidos.

Observe em especial rtulos de garrafas de gua mineral e verifique quais os componentes descritos e quais propriedades aparecem nesses rtulos.

Realizamos algumas atividades em nossas casas como coar caf; filtrar ou coar o leo de-pois de ser utilizado para frituras; adicionar sal na gua que est fervendo, cessando por alguns instantes a ebulio, no preparo da macarronada. Que relao voc faz entre essas atividades e os assuntos estudados at agora?

Transformao qumica

Evidncias observveis

Instantnea ou no instantnea?

Formas de energia

envolvida

Revertvel ou irrevertvel?

Queima de carvo

Calcinao do calcrio

Hidratao do sulfato de cobre

2. (Comvest/Vestibular Unicamp 1992) Tm-se as seguintes misturas:

I. areia e gua;II. lcool (etanol) e gua;III. gua e sal de cozinha (NaCl); nesse caso, uma mistura homognea.


46

Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtrao em funil com papel, e o lquido resul-tante (filtrado) foi aquecido at sua total evaporao. Pergunta-se:

a) Qual mistura deixou um resduo slido no papel? Qual era esse resduo?

b) Em qual caso apareceu um resduo slido aps a evaporao do lquido? O que era esse resduo?

3. (GEPEQ. Interaes e transformaes: Qumica para o Ensino Mdio: livro de exerccios. 5. ed. So Paulo: Edusp, 2003, v. 1, p. 68 Adaptado.)

Na tentativa de identificar cinco materiais slidos (A, B, C, D e E) existentes no laboratrio, um aluno resolveu determinar a densidade de cada um medindo suas massas e os volumes que deslocaram ao ser imersos em lquidos nos quais so insolveis. Tambm determinou, para cada um dos materiais, o intervalo de tempo desde o aquecimento at a fuso e a temperatura na qual ocorreu a mudana de estado. Os dados obtidos foram:

Slido Massa (g)Volume

inicial (cm)Volume

final (cm) Dados referentes ao aquecimento

A 62,1 60,0 65,5 Foi o terceiro a fundir; temperatura de fuso: 327 C.B 71,2 60,0 68,0 No fundiu durante o tempo observado.

C 33,4 60,0 63,0 Foi o segundo a fundir; temperatura de fuso: 328 C.

D 29,1 60,0 64,0 Foi o primeiro a fundir; temperatura de fuso: 232 C.E 14,3 60,0 62,0 No fundiu durante o tempo observado.

a) Monte uma tabela com apenas trs colunas: uma para os slidos, outra para as densidades e a terceira para as temperaturas de fuso.


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b) Com base nos dados obtidos, possvel identificar amostras de um mesmo material? Justifique.

c) Sabendo que os slidos A, B, C, D e E esto entre os materiais a seguir, procure identific-los.

Material Densidade (g cm-3) Temperatura de fuso (C)

Alumnio 2,702 660,2

Antimnio 6,684 630,5

Chumbo 11,344 327,5

Cobre 8,92 1083,0

Estanho 7,28 231,9

Ferro 7,86 1535,0

Mercrio 13,594 38,9

Zinco 7,14 419,4

4. (GEPEQ. Interaes e transformaes: Qumica para o Ensino Mdio: livro de exerccios. 5. ed. So Paulo: Edusp, 2003, v. 1, p. 63.)

A curva de aquecimento em funo do tempo de 5 g de uma substncia pura slida est esbo-ada a seguir:

T (C)

35C

t (s)


48

Analise cada uma das afirmaes a seguir e decida se esto certas ou erradas, justificando suas respostas.

a) Nas mesmas condies experimentais, a curva de aquecimento de 50 g da mesma substncia pura tem a mesma forma apresentada.

b) O ponto de solidificao da mesma substncia maior que seu ponto de fuso.

c) A substncia em questo lquida temperatura ambiente (20 C).

5. Um aluno desejava identificar uma substncia slida desconhecida. Para isso, ele precisou analisar as seguintes propriedades da substncia:

a) dureza e densidade;b) cor e densidade;c) temperatura de fuso e densidade;d) massa e temperatura de fuso;e) reatividade e cor.


49


50

SITUAO DE APRENDIZAGEM 7 COMBUSTVEIS: COMBUSTO NO DIA A DIA E NO SISTEMA PRODUTIVO

A combusto um tipo de transformao qumica muito importante para a humanidade. H tempos queimamos madeira, carvo e leos para obter energia trmica e luminosa para as mais diversas tarefas. Usamos a combusto para preparar alimentos, aquecer e iluminar ambientes e tam-bm nos motores dos automveis.

Atividade 1 Combusto do carvo na produo da cal e do ferro

Se voc parar para pensar um instante em quais atividades do dia a dia queimamos combustveis, perceber a importncia das combustes. Alm dessas aplicaes mais comuns, podemos considerar tambm a im-portncia da combusto na indstria. Um exemplo disso foi visto quando estudamos a produo da cal pelo aquecimento do calcrio.


1. A partir das discusses feitas em sala de aula, elabore um pequeno resumo expli-cando para que serve o carvo usado na produo de cal e na produo de ferro.

sada de gs

entrada de calcrio

paredes de tijolos

sada da cal

entrada de carvo e ar

Esboo de um forno de calcinao de calcrio.

!?

C

onex

o E

dito

rial


51

2. Analise a tabela e responda s questes.

Massa de carvo consumida

Na produo de 1 000 g (1 kg) de cal Na produo de 1 000 g (1 kg) de ferro

312 g 910 g

Segundo a Associao Brasileira de Produtores de Cal (ABPC), a produo de cal no Brasil, em 2006, foi de 7 milhes de toneladas. A partir desse dado e das informaes da tabela:

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 carvo, em toneladas, consumida no Brasil apenas na produo de cal durante o ano de 2006.

c) O que consome mais carvo, a produo de 1 kg de cal ou de 1 kg de ferro?


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Atividade 2 O poder calorfico dos combustveis

Um dos fatores que devem ser considerados na escolha de um combustvel o seu poder calo-rfico. A tabela a seguir apresenta o poder calorfico de diversos combustveis.

CombustvelEnergia trmica liberada na combusto

de 1,0 kg de combustvel

Em kJ kg-1 Em kcal kg-1

Gs de cozinha (GLP)1 49030 11730Gasolina (sem lcool) 46900 11220Gasolina (com 20% de lcool) 40546 9700leo diesel 44851 10730Carvo 28424 6800Lenha 10550 2524Etanol 29636 7090lcool combustvel 27200 6507Biogs 25000 6000Gs natural 37800 9054

Esses dados representam valores mdios, j que a maioria dos combustveis formada por mis-turas de substncias e pode haver variaes na composio das amostras de um mesmo material. Um exemplo disso o carvo mineral. A tabela a seguir apresenta dados referentes composio e quan-tidade de energia trmica liberada na queima de 1 kg de diferentes tipos de carvo mineral.

Tipos de carvo Turfa Linhito Hulha AntracitoTeor de carbono (%) 50-60 60-75 75-90 90-95

Poder calorfico (kJ g1)

25 25-30 30-35 35-38


1. Analise a tabela de poder calorfico de diversos combustveis e responda:

a) Qual dos combustveis apresenta maior poder calorfico?

b) Qual dos combustveis apresenta menor poder calorfico?

1 GLP: gs liquefeito de petrleo, uma mistura de propano (C3H8) e butano (C4H10).


53

2. Que quantidade de energia trmica pode ser liberada na combusto de 5,0 kg de lenha?

3. Que massa de carvo necessrio queimar para liberar 17 000 kcal?

4. A queima de 1,0 kg de gs natural gera em torno de 9,1.103 kcal de energia. Responda:

a) Que quantidade de energia trmica pode ser liberada na queima de 30 kg de gs natural?

b) Que massa de biogs deve ser queimada para gerar a mesma quantidade de energia que 1,0 kg de gs natural?

1. Em qual das situaes h maior liberao de energia trmica: na combusto de 30 kg de gasolina com 20% de lcool ou na combusto de 40 kg de lcool combustvel? Justifique sua resposta mostrando seus clculos e suas concluses.


54

2. Um alto-forno produz, em mdia, 4,0 .104 kg de ferro de uma vez, consumindo cerca de 0,91 kg de carvo para cada 1,0 kg de ferro produzido. Nessas condies, que quantidade de energia pode ser liberada no alto-forno por meio da queima do carvo?

Busque informaes que o auxiliem a responder s questes apresentadas a seguir. Elabore um pequeno texto com cerca de dez linhas supondo que voc vai expor sua pesquisa aos colegas de classe.

1. Alm do preo, da disponibilidade e do poder calorfico, que outros fatores podem ser conside-rados na escolha de um combustvel?

2. Por que a gasolina comercializada no Brasil apresenta cerca de 20% de etanol, se a gasolina isen-ta de lcool tem poder calorfico maior?

PESQUISA INDIVIDUAL


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Atividade 3 A combusto

Alm dos aspectos quantitativos (relao entre massa de combustvel queimado e ener-gia liberada), preciso entender tambm como ocorre o processo de combusto, quais so os materiais envolvidos e as condies necessrias para que ela ocorra.

A partir das discusses feitas em sala de aula e de seus conhecimentos anteriores, explique o que significa o tringulo da combusto apre-sentado ao lado.


1. Considere as combustes a seguir e complete a tabela.

I. queima de carvo (C) para churrasco;

II. queima de etanol (C2H5OH);

III. queima de palha de ao (constituda basicamente de ferro, Fe) com formao apenas de xido de ferro III (Fe2O3).

Combusto Reagentes Produtos Manifestaes de energia liberada Apresenta chama?

I

II

III

Calor

Comburente Combustvel


56

2. Descreva os processos que ocorrem nas trs combustes apresentadas na questo anterior e pro-ponha equaes qumicas que as representem.

I:

II:

III:

3. Um aluno definiu combusto da seguinte forma: Combusto uma reao qumica que forma gs carbnico e gua. Analise a definio do aluno e diga o que est correto e o que est errado nela. Proponha outra definio para o termo combusto.

1. O enxofre (S) um slido amarelo que pode ser queimado facilmente, formando dixido de enxofre gasoso (SO2). Proponha uma equao qumica que represente essa combusto.


57

2. A tabela mostra as temperaturas de ebulio e de fulgor de alguns combustveis.

Combustvel Temperatura de ebulio (C) Temperatura de fulgor (C)Etanol 78 13Gasolina 40-200 43Querosene 175-320 45

a) Explique por que a gasolina e o querosene apresentam uma faixa de temperatura de ebuli-o, enquanto o etanol apresenta temperatura de ebulio bem determinada.

b) Qual a temperatura mnima da gasolina para que ocorra combusto quando uma chama se aproxima dela? E a do querosene?

c) A partir desses dados, proponha uma explicao para o fato de os carros a lcool mais antigos apresentarem problema para dar partida em dias frios.


A adulterao de combustveis um crime grave, mas, infelizmente, muito comum. Quan-do passar por um posto de gasolina, converse sobre esse assunto com um dos frentistas ou, se possvel, com o gerente. Pergunte a eles quais so as formas de adulterao mais comuns e como a gasolina testada no posto para comprovar que de boa qualidade.


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Desafio!

Pesquise as seguintes informaes a respeito da gasolina comercial e do etanol (lcool combustvel):

a) custo mdio por litro de combustvel em sua regio;

b) densidade desses combustveis (massa de 1,0 L de combustvel);

c) poder calorfico desses combustveis.

Com base nessas informaes, compare qual dos combustveis economicamente mais van-tajoso: o lcool ou a gasolina. Ateno: o fato de 1,0 L de lcool custar menos do que 1,0 L de gasolina no significa necessariamente que ele mais econmico. Devemos lembrar que o poder calorfico da gasolina maior que o poder calorfico do lcool e que isso dificulta a comparao dos custos ligados ao consumo desses combustveis. Assim, para saber qual deles economicamente melhor, voc deve calcular o custo, em reais, para cada 1 000 kcal de energia produzida a partir desses combustveis.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 8 RELAES EM MASSA NAS TRANSFORMAES QUMICAS: CONSERVAO E PROPORO EM MASSA

Nesta Situao de Aprendizagem, estudaremos as relaes entre as massas de reagentes e produ-tos envolvidas nas transformaes qumicas. Vamos analisar os resultados de experimentos nos quais foram realizadas as combustes do papel e da palha de ao.

Atividade 1 Anlise dos resultados experimentais obtidos na queima do papel e da palha de ao

!?

Um aluno do Ensino Mdio, que gostava muito de estudar Histria da Cincia, leu um texto que apresentava observaes experimentais realizadas por Lavoisier, um cientista que muito colaborou para o desenvolvimento da Qumica. Lavoisier observou que, na combusto, o enxofre e o fsforo ganhavam massa, em vez de perd-la, e concluiu que o aumento de massa ocorreria porque, na combusto, uma grande quantidade de ar seria "fixada".

Isso deixou o aluno intrigado. Ele procurou ento seu professor, para que este o auxiliasse a compreender melhor o que aquilo queria dizer.

O professor props que a turma realizasse, no laboratrio da escola, experimentos envol-vendo a queima do papel e da palha de ao. Os alunos realizaram as queimas em cadinhos de porcelana, medindo as massas dos materiais antes e depois de cada processo.

No caso da queima do papel, constataram que a massa inicial (cadinho + papel) era maior que a massa final (cadinho + cinzas). Ou seja, perceberam que a massa medida diminuiu, em decorrncia do processo da queima.

No caso da queima da palha de ao, constataram que a massa inicial (cadinho + palha de ao) era menor que a massa final (cadinho + xido de ferro). Ou seja, perceberam que a massa medida aumentou, em decorrncia do processo da queima.


Questo para anlise do texto

1. Como voc explica essas observaes relacionadas s mudanas de massa aps a queima do papel e da palha de ao?

Queima do papel e da palha de ao

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.


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1. Os alunos de uma sala de aula, ao analisarem o que ocorreu no experimento descrito na Leitura e anlise de texto, explicaram a queima do papel e da palha de ao da seguinte maneira:

Queima do papel: a massa final diminuiu porque algum material produzido foi liberado do sistema.

Queima da palha de ao: a massa final aumentou porque algum material envolvido na trans-formao qumica no foi contabilizado pela balana.

Voc acha que essas ideias so coerentes? Explique.

2. Se a queima do papel e a queima da palha de ao fossem realizadas em um sistema fechado, isto , que no permite troca de materiais com o meio, o que voc acha que teria ocorrido com o nvel da balana?

Atividade 2 Conservao da massa e proporo em massa entre as espcies participantes da transformao qumica

Trs experimentos de combusto do carvo foram realizados em recipiente fechado. As massas foram medidas e anotadas na tabela a seguir. Analise a tabela e responda s questes propostas.

Amostra

Massas iniciais dos reagentes (valores em gramas)

Massas finais dos produtos (valores em gramas) Energia

liberada(kcal)Carvo

(C(s))Gs oxignio

(O2(g))Dixido de

carbono (CO2(g))Cinzas

I 150 320 442 31 1 020

II 60 128 172 12 410

III 23 48 66 5 156


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1. Some as massas dos reagentes da amostra I. Some as massas dos produtos da amostra I. Com-parando os dois resultados, possvel dizer que a massa do sistema inicial permaneceu a mesma depois da combusto do carvo? Se no, a que pode ser atribuda essa diferena?

2. Compare a soma das massas dos reagentes com a soma das massas dos produtos na amostra II. Compare tambm as massas de reagentes e de produtos na amostra III. possvel dizer que a massa se conservou aps a combusto das amostras II e III? Justifique sua resposta.

Ser que em outras transformaes qumicas a massa tambm se conserva? Vamos analisar mais duas transformaes qumicas realizando um experimento.

Transformaes qumicas e conservao de massa


garrafa de plstico incolor de 600 mL com tampa (seca);

cerca de 50 mL de soluo aquosa de cido clordrico (quantidade equivalente ao volu-me de um copo descartvel de caf);

1 tubo de ensaio de 15 mm 100 mm; 2 g de hidrogenocarbonato de sdio (bicarbonato de sdio) ou carbonato de clcio; estante para tubos de ensaio; balana; 2 tubos de ensaio de 15 mm 150 mm; esptula ou palito de sorvete; cerca de 5 mL de soluo de sulfato de cobre II; cerca de 5 mL de soluo de hidrxido de sdio. (Obs.: evite contato direto com a pele ao

manusear hidrxido de sdio. Siga as orientaes de seu professor ao agitar o tubo de ensaio.)


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Registre os dados nas tabelas apresentadas no final de cada experimento.


Interao entre cido clordrico e hidrogenocarbonato de sdio

1. Coloque cuidadosamente 50 mL da soluo de cido clordrico na garrafa.

2. Usando a esptula, adicione cerca de 2 g de hidrogenocarbonato de sdio ou de carbona-to de clcio ao tubo de ensaio pequeno.

3. Transfira com cuidado o tubo de ensaio para dentro da garrafa, conforme a figura a seguir. No deixe que a soluo de cido entre em contato com o hidrogenocarbonato de sdio nesse momento.

4. Pese todo o conjunto na balana: a garrafa com a soluo de cido, o tubo de ensaio con-tendo hidrogenocarbonato ou carbonato e a tampa da garrafa (no se esquea de pesar a tampa). Anote a massa de todo o sistema.

5. Assegure-se de que a garrafa esteja bem fechada.

6. Vire a garrafa para que o cido entre em contato com o hidrogenocarbonato ou o carbo-nato. Deixe ocorrer a reao at cessar a efervescncia.

7. Com a garrafa ainda tampada, mea a massa do conjunto novamente. Anote o valor.

Montagem do experimento usando garrafa de plstico ou frasco de boca larga.

C

laud

io R

ipin

skas


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8. Destampe a garrafa e mea a massa do conjunto sem se esquecer de medir tambm a massa da tampa da garrafa. Anote o valor.

Sistema no estado inicial Sistema no estado final

Descrio(aspecto visual) Massa

Descrio(aspecto visual)

Massa

Fechado Aberto

Interao entre sulfato de cobre II e hidrxido de sdio

1. Coloque cerca de 5 mL de soluo aquosa de sulfato de cobre II em um dos tubos de ensaio maiores e cerca de 5 mL de soluo aquosa de hidrxido de sdio no outro tubo.

2. Coloque os tubos com as solues na estante para tubos de ensaio. Pese todo esse sistema (os tubos com as solues e a estante). Anote o valor da massa na tabela a seguir.

3. Transfira a soluo de sulfato de cobre II para o tubo de ensaio que contm a soluo de hidrxido de sdio.

Voc acha que a massa do sistema vai variar?

4. Pese todo o sistema novamente, incluindo o tubo de ensaio que continha a soluo de sulfato de cobre II. Anote na tabela o valor da massa.

O valor de massa encontrado corresponde s suas previses?

Sistema no estado inicial Sistema no estado finalDescrio

(aspecto visual) MassaDescrio

(aspecto visual) Massa

Experimento adaptado de: GEPEQ Grupo de Pesquisa em Educao Qumica (Org.). Interaes e transformaes. Qumica para o Ensino Mdio. Livro do Aluno. Elaborando conceitos sobre transformaes qumicas. So Paulo: Edusp, 2005, v. I, pp. 47-50.


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1. Voc considera que os dois fenmenos observados nesse experimento so transformaes qumicas? Por qu?

2. Em relao ao sistema cido clordrico e hidrogenocarbonato de sdio, calcule a diferena de massa entre:

a) a massa inicial e a massa final com a garrafa fechada. Houve diferena entre as massas? Como voc explica esse resultado?

b) a massa inicial e a massa final com a garrafa aberta. Houve diferena entre as massas? Como voc explica esse resultado?

3. Caso tenha sido usado hidrogenocarbonato de sdio nessa experincia, o fenmeno observado pode ser representado pela equao qumica:

cido clordrico + hidrogenocarbonato de sdio A gua + gs carbnico + cloreto de sdio

HCl(aq) + NaHCO3(s) A H2O(l) + CO2(g) + NaCl(aq)

O termo (aq) indica que o material est dissolvido em gua, formando o que se chama de soluo aquosa. Os termos (s), (l) e (g) representam os estados fsicos slido, lquido e gasoso, respectivamente. Qual a relao existente entre os estados fsicos dos materiais envolvidos nesse fenmeno e as diferenas de massa calculadas na questo 2?

4. possvel dizer que as massas inicial e final na interao entre o cido clordrico e o hidrogeno-carbonato de sdio foram iguais? Justifique sua resposta com base nos dados experimentais.


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Amostra

Massas iniciais dos reagentes (valores em gramas)

Massas finais dos produtos (valores em gramas) Energia

liberada(kcal)Carvo

(C(s))Gs oxignio

(O2(g))Dixido de

carbono (CO2(g))Cinzas

I 150 320 442 31 1 020

II 60 128 172 12 410

III 23 48 66 5 156

5. Compare as massas inicial e final na interao entre a soluo de sulfato de cobre II e a soluo de hidrxido de sdio. Houve conservao da massa nessa interao? Explique.

Como escolher as quantidades de reagentes para que no haja desperdcio?

Nas transformaes qumicas, para que no haja desperdcio, necessrio que os reagentes sejam adicionados em uma proporo ideal. Vamos aprender, nesta atividade, como calcular as massas de reagentes que podem ser empregadas sem perda de material.


Analise novamente a tabela a seguir e responda s questes propostas.

1. Calcule a razo entre a massa de carvo que reagiu e a massa de cinzas formada para cada uma das trs amostras. Quantas vezes a massa de carvo maior que a massa de cinzas em cada amostra? Os valores encontrados so prximos?


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2. Analise novamente a tabela. Considerando as trs amostras, responda s questes a seguir.

a) Aproximadamente, quantas vezes a massa de oxignio maior que a massa de carvo?

b) Aproximadamente, quantas vezes a massa de oxignio maior que a massa de cinzas?

3. Para cada um dos materiais, calcule a razo entre as massas da amostra I e as massas da amostra II. O que voc pode concluir?

Amostra IAmostra II

Carvo Oxignio Dixido de carbono Cinzas

4. Para cada uma das amostras, calcule a razo entre a massa do carvo que reagiu e a quantidade de energia liberada nessa combusto. O que voc pode dizer sobre o valor obtido? Consulte a tabela da pgina anterior.


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1. Sabendo-se que a combusto de 60 g de carvo requer 128 g de gs oxignio e produz 12 g de cinzas, que massa de cinzas formada quando se queimam 90 g de carvo? Que massa de oxi-gnio ser consumida na combusto dessa massa de carvo?

2. O responsvel tcnico de um forno de calcinao de calcrio elaborou um relatrio sobre as trs ltimas tiragens da produo de cal. O relatrio apresenta a seguinte tabela:

Data Massa de calcrio (t)(CaCO3)Massa de cal (t)

(CaO)Massa de dixido de carbono (t)

(CO2)

12/7 10,0 5,6 4,4

15/7 11,2

18/7 12,0 6,7

Como se pode perceber, faltaram dados da massa de calcrio usada no dia 15/7 e da massa de dixido de carbono formada nos dias 15 e 18/7.

a) Identifique quais so os reagentes e produtos nesse processo.

b) Sabendo que a calcinao do calcrio envolve o consumo de energia, proponha uma equao qumica que represente a calcinao do calcrio e inclua o termo energia na equao.

c) Determine os valores que faltam na tabela e complete-a. Mostre todos os clculos realizados.


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3. A combusto do etanol foi estudada em laboratrio e as massas de reagentes e produtos da com-busto de duas amostras desse material foram registradas em uma tabela.

Massas no estado inicial (g) Massas no estado final (g)Etanol

adicionadoOxignio

adicionadoGs carbnico

produzidogua

produzidaEtanol em

excessoOxignio

em excesso50 96 88 54 4

Documents

SPFE_2014_Vol1_Quimica_EM_1S