Professores: Rosimere Machado dos Santos e Laura Chaves

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1 1 Escla: INSTITUTO DE EDUCAÇÃO DINARTE RIBEIRO Disciplina: Química Prfessres: Rsimere Machad ds Sants e Laura Chaves Supervisra: Cristiane Crrêa Turma/série: 203 Tema: Cmbustíveis Fósseis e Mei Ambiente Númer de aulas: 04 hras Justificativa: O estud da Termquímica, Calrimetria e Entalpia permitirá articular cnheciment químic e de utras áreas cm a física, n enfrentament de situações prblemas que está presente n nss dia a dia cm, aquecer um aliment n fgã a gás u derretiment de uma pedra de gel u pr que sai vapr d crp quand saíms d banh. Objetiv Geral: Cnceituar termquímica, calrimetria e entalpia. Objetivs Específics: - Cnstruir uma visã cntextualizada (cmbustíveis fósseis e mei ambiente) e relevante ds cnceits pertinentes a termquímica, calrimetria e entalpia. - Estimular diálg científic entre s discentes. - Orientar s discentes à cmpreensã científica ds prblemas ambientais riunds da cmbustã de cmbustíveis fósseis. Cnteúd e desenvlviment: Aula 01: Sndar cnheciments prévis ds aluns e interagir a partir destes. Apresentar víde A História ds Cmbustíveis Fósseis e discutir benefícis e malefícis das tecnlgias para a humanidade. Cnceituar termquímica e reslver exercícis de fixaçã e crreçã.

2 2 Aula 02: Experiment 01- Reaçã extérmica e Experiment 02 Reaçã endtérmica, questinament ral sbre s experiments. Cnceituar calrimetria e reslver exercícis de fixaçã e crreçã. Aula 03: Cnceituar entalpia e reslver exercícis de fixaçã Aula 04: Crreçã ds exercícis e tirar dúvidas, fazer leitura d text Cmbustível Fóssil e Pluiçã, verem víde sbre Principais Fntes de Energia e realizarã debate sbre cmbustíveis e mei ambiente. Desenvlviment Metdlógic: Sndar cnheciments prévis ds aluns através de questinament e interagir a partir destes. Apresentaçã de slides d funcinament d mtr a cmbustã. Questões de cnheciment. Text para leitura e discussã cm s aluns. Cnceituar termquímica. Experiments cm estratégia a aprendizagem e favreciment d entendiment efetiv d cnceit a ser estudad. Cnceituar calrimetria e entalpia, exercícis para a fixaçã de cnteúds e text para leitura e realizaçã de debates sbre cmbustíveis e mei ambiente. PLANO DE AULA Aula 01 Prblematizaçã Inicial 1)Cm vcês vieram hje para a escla? 2)Qual tip de cmbustível veícul que vcês vieram usa? 3)Há um crescente aument da frta de veículs autmtres e cnsequentemente também há aument d cnsum de cmbustível, quais s impacts ambientais causads pela queima ds mesms? 4) A queima de cmbustíveis é uma reaçã química? Será apresentad um víde sbre a História ds cmbustíveis fósseis. 1)Qual tip de cmbustível que prduz mens pluiçã fósseis u renváveis?

3 3 2)O funcinament d mtr ds autmóveis é mesm princípi d mecanism da máquina à vapr, sem essa tecnlgia cm estaria desenvlviment da humanidade? 3)Quais as vantagens de usar cmbustível renvável? Serã apresentads slides sbre funcinament d mtr a cmbustã u mtr de quatr temps. igniçã. Uma imagem de faísca prduzida pela vela de Questões de cnheciment 1) Tdas as reações químicas liberam u absrvem energia? 2) A reaçã de cmbustã da madeira, frma gás carbônic e água, está liberand u absrvend energia d ambiente? 3) Quand pegams um cub de gel, sentims fri, está liberand u absrvend a energia d ambiente? Text para leitura e discussã cm s aluns TERMOQUÍMICA A energia liberada nas reações químicas está presente em várias atividades de nssa vida diária. Pr exempl, é calr liberad na queima d gás butan que

4 4 czinha s nsss aliments, é calr liberad na cmbustã d álcl u da gaslina que mvimenta nsss veículs e através das reações química ds aliments n nss rganism que btems a energia necessária para a manutençã da vida. A mairia das reações químicas que crrem prduzem variações de energia, que frequentemente se manifestam na variaçã de calr (transferência de calr). A termquímica cupa- se d estud quantitativ das variações térmicas que acmpanham as reações químicas. Essas reações sã de dis tips: Reações extérmicas: as que prduzem u liberam calr para ambiente. Exempls: - a queima de carvã: C + O 2 => CO 2 + Calr - cmbustã d etanl, C 2 H 6 0: C 2 H 6 0 (l) + 3O 2(g) => 2 CO 2(g) + 3 H 2 O (g) + calr Na equaçã química calr é representad junt as prduts para significar que fi prduzid, ist é liberad para ambiente durante a reaçã. Reações endtérmicas: as que absrvem u retiram calr d ambiente. Exempls: -a decmpsiçã d carbnat de cálci: CaCO 3 + Calr => CaO + CO 2 - ftssíntese: 6 CO 2(g) + 6 H 2 O (I) + Calr => C 6 H 12 O 6(aq) + 6 O 2(g) Na equaçã química a energia absrvida é representada junt as reagentes, significand que fi frnecida pel ambiente as reagentes. Nas mudanças de estad físic da matéria também a perda u ganh de calr. Dessa frma para que uma substância passe de um estad para utr e suas mléculas sejam rerdenadas, há sempre a necessidade de absrver u liberar calr.

5 5 Assim send, pdems cncluir que a fusã, a vaprizaçã e a sublimaçã sã prcesss endtérmics, enquant a slidificaçã e a cndensaçã sã prcesss extérmics. Nesses cass nã há reaçã química, mas sim, transfrmações u fenômens físics cm absrçã u liberaçã de calr. Exercícis 1)Cnsidere as transfrmações i) H 2 O (S) H 2 O (L) ii) H 2 O (L) H 2 O (V) iii) H 2 O (V) H 2 O (L) cnclui- se que crre transfrmaçã endtérmica apenas em: a) i b) ii d) i e ii c) iii e) ii e iii 2)Experimentalmente se bserva que, quand se disslve etanl na água, há aument de temperatura da mistura. Cm base nesse fat, demnstre u refute a seguinte infrmaçã: A dissluçã de etanl em água é um prcess endtérmic

6 6 Aula 02 Experiment 01 Reaçã extérmica Materiais: 01 prveta de 250 ml e uma espátula Reagentes: 100 ml de peróxid de hidrgêni 10 V; um 01 ml de detergente líquid e uma pequena prçã, medida cm a pnta de uma espátula, de idet de ptássi e termômetr. Prcediments: 1º) Clcar numa prveta 100 ml de peróxid de hidrgêni, acrescentar 01 ml de detergente líquid, e, a seguir, acrescenta a pequena prçã de KI. 2º) Observar atentamente que crre, mstra as aluns a quants graus termômetr está, clcar dentr d experiment, esperar em média 1min, retirar termômetr e mstrar quants graus a temperatura elevu. Fazer algumas perguntas as aluns: 1º) Ocrreu alguma reaçã química n experiment? 2º) O que acnteceu cm detergente? 3º) Observaste a absrçã u a liberaçã de energia? 4º) Que tip de prcess acnteceu n experiment? ( endtérmic u extérmic) Experiment 02 Reaçã Endtérmica Materiais: 01 béquer, 01 bastã de vidr, 01 clher rasa; Reagentes: 50 gramas de uréia, 50 ml de água. Prcediments: 1º) Clcar aprximadamente, 50 ml de água n béquer e adicinar 02 clheres de uréia. 2º) Agitar cm bastã de vidr até que a mistura se trne hmgenia.

7 7 3º) Mstrar que béquer esta suad. 4º) Clcar béquer na palma da mã de cada alun e verificar que crreu. Fazer algumas perguntas as aluns: 1º) Ocrreu alguma reaçã química n experiment? 2º) Observaste a absrçã u liberaçã de energia? 3º) Que tip de prcess acnteceu n experiment? ( endtérmic u extérmic ) Text para leitura e discussã cm s aluns CALORIMETRIA Calrimetria é estud e a mediçã das quantidades de calr liberadas u absrvidas durante s fenômens físics e/u químics. A energia transferida entre dis crps ( u entre diferentes partes de um mesm crp) que tem temperaturas diferentes é denminad calr, u seja há transferência de energia d crp mais quente para mais fri. Unidades de quantidade de calr É usual expressar quantidade de calr em calrias (cal): Calria é a quantidade de calr necessária para elevar de 14,5 C para 15,5 C a temperatura de 1g de água. Cm as várias frmas de energia se equivalem ( ist é uma se transfrma em utra), pdems também expressar as quantidades de calr em utras unidades de energia ( e de trabalh), cm, pr exempl, erg, jule, etc.lembrems que: 1 cal = 4, erg = 4,18j 1 cal = 4,18j 1000 cal = 1kcal

8 j = kj Exempl: Cnverter 12540j em cal 1 cal = 4,18j 4,18j 1 cal 12540j x x= 12540j.1cal = 4,18j X= 3000 cal u 3 kcal Respsta: 12540j = 3000 cal EXERCÍCIOS Adtand que 1 cal = 4,2 j, faça as seguintes transfrmações: a) 5 cal = k j b) 1 j = x cal c) 105 j = x cal Aula 03 Text para leitura e discussã cm s aluns Entalpia ( H ) Entalpia é uma grandeza da termdinâmica que crrespnde a cnteúd de calr de um sistema a pressã cnstante. A termquímica se interessa pela variaçã desse cnteúd de calr, quand sistema é sujeit a uma transfrmaçã química. Chamams de variaçã de entalpia ( H), a quantidade de calr liberad u absrvid pela reaçã, a pressã cnstante. H = H f - H i nde

9 9 H = variaçã de entalpia H i = entalpia inicial H f = entalpia final O H em prcesss extérmics é negativa, pis a entalpia inicial é mair que a entalpia final, prque prcess libera calr. H = H f H i H 0 prcess extérmic H f H i Exempl : C + O 2 CO 2 H = -94 Kcal O H em prcesss endtérmics é psitiv, pis a entalpia inicial é menr que a entalpia final prque prcess absrve calr. H = H f H i H > 0 prcess endtérmic H f > H i Exempl: 1 N 2 + O 2 NO 2 H = +8 Kcal 2 Lei De Hess Assim, pdems entender a Lei De Hess: a variaçã da entalpia ( H) de um prcess depende d estad inicial ds reagentes e d estad final ds prduts, nã dependend ds estads intermediáris. A Lei De Hess permite que trabalhams cm equações termquímicas cm se fssem equações matemáticas. Exempl: H 2 O (l) H 2(g) + ½ O 2(g) H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O H = +286 KJ H = -242 KJ

10 10 H 2 O 1H 2 O H = +44 KJ Equaçã termquímica Uma equaçã termquímica, também chamada de fórmula termquímica, é uma frma de se representar uma reaçã química, semelhante a uma equaçã química cmum, que infrma a variaçã de entalpia resultante d prcess, a pressã e a temperatura ambiente, pdend infrmar também s estads físics ds reagentes e prduts e númer de mls ds elements participantes. Quand nã sã infrmadas a pressã e a temperatura, cnsidera-se as cndições ambiente (também chamada de estad u cndiçã padrã de uma substância), nde pressã = 1 atm e temperatura = 25ºC. Exempl: 1 C grafita + 1 O 1CO 2(g) H = Kj a 25 ºC e 1atm O sinal da entalpia determina a quantidade de energia absrvida u liberada pela reaçã. Uma entalpia psitiva mstra uma reaçã endtérmica, que absrve energia. Uma entalpia negativa mstra uma reaçã extérmica, que liberta energia. Vist que nã se cnhece até hje uma maneira experimental de determinar valr da entalpia de cada substância, nrmalmente trabalha-se cm a variaçã da entalpia nas reações e nas mudanças de estad físic, que é dada pela diferença entre a entalpia ds prduts e a ds reagentes (? H = H prduts H reagentes ). N entant, assim cm existem váris tips de reações e mudanças de estad físic, existem também váris tips de entalpia. Basead niss, veja explicações sbre cada um deles a seguir: Entalpia de Mudança de Estad Físic: cm própri nme diz, ela designa a energia necessária para que 1 ml de substância, nas cndiçõespadrã de temperatura e pressã, mude de estad físic. Dentr desse tip de entalpia, tems: Entalpia de Vaprizaçã: energia que precisa ser absrvida para vaprizar (passar d estad líquid para estad de gass) 1 ml da substância.

11 11 Cm se absrve energia na frma de calr, esse é um prcess endtérmic e valr da entalpia de vaprizaçã será sempre psitiv. Exempl: H2O(l) H2O(v)?H vaprizaçã = +44 kj Entalpia de Fusã: energia que precisa ser absrvida para que 1 ml da substância passe d estad sólid para estad líquid. Nesse cas, também é um prcess endtérmic e valr da entalpia de vaprizaçã será sempre psitiv. Exempl: H 2 O (s) H 2 O (l)?h fusã = +7,3 kj Entalpia de Liquefaçã: energia que precisa ser liberada para que 1 ml da substância passe d estad gass para estad líquid. Já nesse cas, prcess é extérmic e valr da entalpia de vaprizaçã será sempre negativ. Exempl: H 2 O (v) H 2 O (l)?h liquefaçã = -44 kj Entalpia de Slidificaçã: energia que precisa ser liberada para que 1 ml da substância passe d estad líquid para sólid. O prcess também é extérmic e valr da entalpia de vaprizaçã será sempre negativ. Exempl: H 2 O (l) H 2 O (s)?h slidificaçã = -7,3 Kj/ml Entalpia de Frmaçã: calr liberad u absrvid na frmaçã de 1 ml de uma substância a partir de seus elements cnstituintes, que sã substâncias simples, n estad padrã, cm a entalpia igual a zer. Pr exempl, para descbrir a entalpia da mlécula de água é só usar valr da entalpia da reaçã de frmaçã dessa mlécula: H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l)?h =-286 kj/ml?h = HPrduts HReagentes -286 kj/ml = H H 2 O (H H 2 + H 1/2 O 2 ) -286 kj/ml = HH 2 O 0 H H 2 O =286 kj/ml Entalpia de Cmbustã: é a energia liberada na cmbustã cmpleta de 1ml de uma substância n estad padrã. Cm sã reações de cmbustã, sempre será liberada energia na frma de calr, send, prtant, uma reaçã extérmica cm a variaçã da entalpia negativa. Exempl: CH 4(g) + ½ O 2 1 CO 2(g) + 2 H 2 O?H 0 cmbustã = -890,4 kj/ml Entalpia de Neutralizaçã: é a energia liberada na frma de calr, na reaçã entre 1 ml de H+(aq) e 1 ml de OH-(aq), frnecids respectivamente pr um ácid e uma base frtes, para a frmaçã de 1 ml de água. Exempl: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l)?h neutralizaçã = -57,7 kj Entalpia de Sluçã: é a sma da entalpia reticular (absrve energia) e da entalpia de hidrataçã (libera energia). Ocrrem quand se disslve um slut na água, gerand uma sluçã. Se valr da variaçã da entalpia de sluçã der negativ, significa que prcess é extérmic. Já se valr der psitiv, a dissluçã é endtérmica. Exempl: KI (s) K + (g) + I - (g)?h ret = +623 kj/ml K + (g) + I - (g) K + (aq) + I - (aq)?h hid = -611 kj/ml

12 12 KI (s) K + (aq) + I - (aq)?h sl =?H ret +?H hid?h sl = ( (-611)) kj/ml?h sl = + 21 kj/ml Aula 04 Exercícis de revisã sbre s cnteúds estudads 1)Em uma czinha, estã crrend s seguintes prcesss: i)gás queimand em uma das bcas d fgã; ii)água fervend em uma panela que se encntra sbre essa bca d fgã. Cm relaçã a esses prcesss que se pde afirmar? a)i e ii sã extérmics. b)i é extérmic e ii é endtérmic. c)i é endtérmic e ii extérmic d)i é istérmic e ii extérmic e)i é endtérmic e ii é istérmic 2)De acrd cm a lei de Hess, a quantidade de calr liberada u absrvida em uma reaçã química depende de que? 3)Dizems que reaçã de cmbustã é extérmica pr que: a)absrvem calr b)liberam calr c)perdem água 4)Nas pizzarias a cartazes dizend Frn a lenha. A reaçã que crre neste frn para assar a pizza é: a)explsiva b)extérmica c)endtérmica 5)Ns mtres de explsã existentes hje em dia utiliza- se uma mistura de gaslina e etanl. A substituiçã de parte da gaslina fi pssível prque ambs s líquids sã:

13 13 a)reagem extermicamente cm xigêni. b)frnecem prduts diferentes na cmbustã. c)sã cmburentes. d)pssuem densidades diferentes. e)apresentam pnts de ebuliçã iguais. 6)A variaçã de energia térmica de uma reaçã, quand reagentes e prduts sã cmparads sb mesma pressã, recebe nme de: a)entalpia b)energia livre c)energia de ativaçã d)calr específic 7)Cnsidere a equaçã a seguir: 2 H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (l) H = -572 KJ É crret afirmar que a reaçã é: a)extérmica, liberand 286 KJ pr ml de xigêni cnsumid. b)extérmica, liberand 572 KJ para dis mls de água prduzida. c)endtérmica, cnsumind 572 kj para dis mls de água prduzida. d)endtérmica, liberand 572 KJ para dis mls de xigêni cnsumid. e)endtérmica cnsumind 286 Kj pr ml de água prduzida. Text para leitura e discussã cm s aluns Cmbustíveis Fósseis e Pluiçã Existem três grandes tips de cmbustíveis fósseis cm carvã, petróle e gás natural. O nme fóssil surge pel temp que demra à sua frmaçã, váris milhões de ans. Estes recurss que agra se utilizam fram frmads à 65 milhões de ans. A regeneraçã destes fósseis é mesm cerne d prblema, pis uma vez esgtads só existirã nvamente passad bastante temp. A ecnmia glbal está dependente destes recurss naturais, daí as variâncias d preç d petróle, pis prevê- se que acabe em pucas décadas, que influência em grande parte a crise financeira que agra se vive.

14 14 O us destes recurss teve naturalmente grandes impacts na evluçã d Hmem, tant para melhr, a nível scial, tecnlógic, ecnômic e uma grave cnsequência para mei ambiente. As grandes cnsequências surgem cm us deste tip de cmbustíveis, cm a cntaminaçã d ar pela sua cmbustã, send mesm um prblema para a saúde pública. Os cmbustíveis fósseis têm valr muit alt em terms de eficiência energética. Assim a queima de um grama de cmbustível fóssil libera uma quantidade enrme de energia. Os cmbustíveis fósseis sã mais fáceis de extrair e prcessar, pr iss sã mais barats d que as frmas nã cnvencinais de energia. Gases cm dióxid de carbn sã cnsiderads pluentes pr agirem diretamente cm efeit de estufa, aumentand assim aqueciment glbal, nã deixand dissipar calr gerad pels rais slares. Este aument de temperatura é sentid ns dias que crrem, e prvavelmente trará cnsequências de dimensões catastróficas se nada fr feit em cntrári. Algumas das energias renváveis nde atualmente existe um mair desenvlviment Bimassa: utiliza matéria de rigem vegetal para prduzir energia (bagaç de cana-de-açúcar, álcl, madeira, palha de arrz, óles vegetais etc). Energia slar: utiliza s rais slares para gerar energia ferece vantagens cm: nã plui, é renvável e existe em abundância. A desvantagem é que ainda nã é viável ecnmicamente, s custs para a sua btençã superam s benefícis. Energia eólica: é a energia gerada através da frça d vent captad pr aergeradres. Suas vantagens sã: é abundante na natureza intens e regular e prduz energias a preçs relativamente cmpetitivs. Etanl: é prduzid principalmente a partir da cana-de-açúcar, d eucalipt e da beterraba. Cm energia pde ser utilizad para fazer funcinar mtres de veículs u para prduzir energia elétrica. Suas vantagens sã: é uma fnte renvável e mens pluidra que a gaslina. Bidiesel: bidiesel substitui ttal u parcialmente óle diesel de petróle em mtres cicl diesel. Vantagens: é renvável, nã é pluente. Desvantagem: existe esgtament d sl. Exempls de Fntes de Energias Renváveis: Energia Hídrica; Energia Eólica; Energia Slar; Energia Getérmica; Energia das Ondas e Marés;

15 15 Energia da Bimassa. Será frmad dis grups para fazer debate sbre benefícis e malefícis ds cmbustíveis fósseis e renváveis prpnd alternativas para ajudar a prteger mei ambiente. Cada grup deverá preparar s arguments a favr de sua fnte de energia u cmbustível e questinar ( 03 perguntas intercalada ) utr grup, a final cada grup dará sugestões sbre alternativas para ajudar a prteger mei ambiente. AVALIAÇÃO O prcediment avaliativ se dará pel acmpanhament d prcess de desenvlviment individual e grupal a lng d desenvlviment das aulas. As clcações e s questinaments feits pels aluns refletirã s níveis de cmpreensã destes para cm s cnteúds abrdads. Também serã avaliads pela reciprcidade nas aulas e pel desempenh na resluçã ds exercíci prpsts.