Eq12 Dossie Professor

no a º . 2 1 a Químic

Cristina Celina Silva Carlos Cunha Miguel Vieira

Dossiê do Professor

A cópia ilegal viola os direitos dos autores. Os prejudicados somos todos nós.

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Ao professor O conjunto Manual + Caderno de Laboratório constitui, essencialmente, o ponto de partida para a abordagem dos conteúdos, podendo usar‑se e/ou adaptar‑se os recursos pedagógicos que aí se propõem e, ainda, complementá‑los com os incluídos nos restantes componentes do projeto: Caderno de Atividades, Projetos de Investigação, Dossiê do Professor, Cartazes EQ12, Cartazes 3D e e‑Manual Premium. Este Dossiê do Professor pretende ser mais um complemento de suporte ao trabalho do docente. Todos os materiais e recursos didáticos que o compõem vão ao encontro das reais necessidades dos professores e são disponibilizados em formato editável (no e‑Manual Premium), permitindo a personalização dos mesmos por cada docente. Este dossiê está organizado em três secções: 1. Planificações: – Articulação curricular vertical (documento que faz a articulação dos pré‑requisitos essen‑ ciais abordados na componente de Química de 10.° e 11.° anos com os assuntos a lecionar nos 14 módulos de Química de 12.° ano) – Planificação a longo prazo (33 semanas)

– Planificações por domínio (3 documentos)

– Planificações por módulo (14 documentos) 2. Testes: – Teste Diagnóstico (avaliação dos pré‑requisitos essenciais à exploração dos conteúdos de Química de 12.° ano)

– Testes de Avaliação (6 testes, 2 por cada domínio)

– Todos os testes são acompanhados das respetivas matrizes, cotações, critérios de correção e grelhas de classificação 3. Anexos: – Grelhas de observação de aula, de observação da atividade laboratorial, de registo de trabalhos de casa, de avaliação de trabalhos escritos, ficha de autoavaliação do aluno – Projetos de Investigação – Unidades SI – Decreto-Lei n.° 128/2010 de 3 de dezembro Assim, os autores deste projeto desejam que a diversidade de materiais apresentados neste Dossiê de Professor, em articulação com os existentes nos restantes componentes, permita ao professor promover uma ação pedagógica marcada pela diversidade, abertura e flexibilidade ne‑ cessárias ao acompanhamento das aprendizagens efetivas dos seus alunos, em diferentes con‑ textos escolares e com diferentes perfis. Bom trabalho e muitos sucessos! Os autores

ISBN 978-972-0-84671-6

2

EQ12DP © Porto Editora

O projeto Eu e a Química 12 privilegia uma metodologia de ensino centrada nos alunos e na liber‑ dade pedagógica do professor.

Índice

Planificações

Testes

Articulação curricular vertical

6

Planificação a longo prazo

10

Planificações por domínio

11

Planificações por módulo

20

Teste Diagnóstico

46

Domínio 1 Metais e ligas metálicas Teste de Avaliação 1

59

Teste de Avaliação 2

71

Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente Teste de Avaliação 3

83


96

Domínio 3 Plásticos, vidros e novos materiais

Anexos


108


124

Grelha de observação de aula

142

Grelha de observação da atividade laboratorial

143

Grelha de registo de trabalhos de casa

144

Grelha de avaliação de trabalhos escritos

145

Ficha de autoavaliação do aluno

146

Projetos de Investigação

148

Unidades SI – Decreto-Lei n.° 128/2010 de 3 de dezembro 154

3

Planificações Articulação curricular vertical Planificação a longo prazo Planificações por domínio Planificações por módulo

Articulação curricular vertical – Pré-requisitos de FQA do Ensino Secundário Domínio 1 Metais e ligas metálicas

Módulos Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos M1

Metas Curriculares de FQA do Ensino Secundário Ano 10.°

Domínio Elementos químicos e sua organização

Subdomínio Tabela Periódica

Metas Curriculares ■■

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Ligação química nos metais e noutros sólidos M2

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M3 Corrosão: uma oxidação indesejada ■■

Pilhas e baterias: uma oxidação útil M4

M5

Proteção de metais

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M6 Metais, complexos e cor

Os metais no organismo humano

■■

Domínio 1 Metais e ligas metálicas

M7

M8 Os metais como catalisadores

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■■

AL1.2

Um ciclo do cobre

Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico APL1

AL1.5 A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos

Propriedades e transformações da matéria

Ligação química

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AL1.6 Funcionamento de um sistema-tampão

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■■

6

Interpretar a organização da Tabela Periódica com base em períodos, grupos e blocos e relacionar a configuração eletrónica dos átomos dos elementos com a sua posição relativa na Tabela Periódica. Identificar a energia de ionização e o raio atómico como propriedades periódicas dos elementos. Distinguir entre propriedades de um elemento e propriedades da(s) substância(s) elementar(es) correspondentes. Comparar raios atómicos e energias de ionização de diferentes elementos químicos com base nas suas posições relativas na Tabela Periódica. Interpretar a tendência geral para o aumento da energia de ionização e para a diminuição do raio atómico observados ao longo de um período da Tabela Periódica. Interpretar a tendência geral para a diminuição da energia de ionização e para o aumento do raio atómico observados ao longo de um grupo da Tabela Periódica. Explicar a formação dos iões mais estáveis de metais e de não metais. Justificar a baixa reatividade dos gases nobres. Indicar que um sistema de dois ou mais átomos pode adquirir maior estabilidade através da formação de ligações químicas. Interpretar as interações entre átomos através das forças de atração entre núcleos e eletrões, forças de repulsão entre eletrões e forças de repulsão entre núcleos. Interpretar gráficos da energia em função da distância internuclear durante a formação de uma molécula diatómica identificando o predomínio das repulsões a curta distância e o predomínio das atrações a longas distâncias, sendo estas distâncias respetivamente menores e maiores do que a distância de equilíbrio. Indicar que os átomos podem partilhar eletrões formando ligações covalentes (partilha localizada de eletrões de valência), ligações iónicas (transferência de eletrões entre átomos originando estruturas com carácter iónico) e ligações metálicas (partilha de eletrões de valência deslocalizados por todos os átomos). Associar as ligações químicas em que não há partilha significativa de eletrões a ligações intermoleculares.


Programa e Metas Curriculares de Química de 12.° ano

Articulação curricular vertical – Pré-requisitos de FQA do Ensino Secundário

Módulos

Metas Curriculares de FQA do Ensino Secundário Ano 11.°

Domínio Equilíbrio químico

Subdomínio Estado de equilíbrio e extensão das reações químicas


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Reações em sistemas aquosos

Reações de oxidação-redução

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Planificações


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Interpretar a ocorrência de reações químicas incompletas numa base molecular: ocorrência simultânea das reações direta e inversa. Associar estado de equilíbrio químico a qualquer estado de um sistema fechado em que, macroscopicamente, não se registam variações de propriedades físicas e químicas. Associar equilíbrio químico homogéneo ao estado de equilíbrio que se verifica numa mistura reacional numa só fase. Escrever expressões matemáticas que traduzam a constante de equilíbrio, usando concentrações. Relacionar a extensão de uma reação, a uma certa temperatura, com o valor da constante de equilíbrio dessa reação, a essa temperatura. Relacionar o valor da constante de equilíbrio da reação direta com o da constante de equilíbrio da reação inversa. Distinguir entre constante de equilíbrio e quociente da reação em situações de não equilíbrio. Prever o sentido dominante da reação com base na comparação do valor do quociente da reação, num determinado instante, com o valor da constante de equilíbrio da reacção química considerada à temperatura a que decorre a reação. Indicar os fatores que podem alterar o estado de equilíbrio de uma mistura reacional (pressão, em sistemas gasosos, temperatura e concentração).

Identificar o Princípio de Le Châtelier como uma regra que permite prever a evolução de um sistema químico quando ocorre variação de um dos fatores que podem afetar o estado de equilíbrio – concentração, pressão, volume ou temperatura. Associar oxidação à cedência de eletrões e redução ao ganho de eletrões. Interpretar reações de oxidação-redução como reações de transferência de eletrões. Identificar, numa reação de oxidação-redução, as espécies químicas oxidada (redutor) e reduzida (oxidante).

Identificar estados de oxidação de um elemento em substâncias elementares, compostas e em espécies iónicas a partir do cálculo do seu número de oxidação. Usar o conceito de número de oxidação na identificação de reações de oxidação-redução. Acertar equações químicas de oxidação-redução em casos simples. Interpretar uma reação de oxidação-redução como um processo em que ocorrem simultaneamente uma oxidação e uma redução, escrevendo as semiequações correspondentes.

7

Articulação curricular vertical – Pré-requisitos de FQA do Ensino Secundário

Módulos

Metas Curriculares de FQA do Ensino Secundário Ano

Domínio

11.°

Reações em sistemas aquosos

Subdomínio Reações de oxidação-redução


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Reações ácido-base

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8

Associar a ocorrência de uma reação ácido-metal à oxidação do metal com redução simultânea do ião hidrogénio. Comparar o poder redutor de alguns metais. Prever se uma reação de oxidação-redução ocorre usando uma série eletroquímica adequada. Interpretar a corrosão dos metais como um processo de oxidação-redução. Interpretar reações ácido-base como reações de transferência de protões. Relacionar quantitativamente a concentração hidrogeniónica de uma solução e o seu valor de pH. Relacionar as concentrações dos iões H3O+ e OH-, bem como os valores de pH e pOH, para soluções ácidas, básicas e neutras.

Explicitar os significados de ionização (de ácidos e algumas bases) e de dissociação de sais (incluindo hidróxidos), diferenciando ionização de dissociação. Explicar o que é um par conjugado ácido-base, dando exemplos de pares conjugados ácido-base.

Escrever equações químicas que representam reações de ionização de um ácido, ou de uma base, e as respetivas expressões das constantes de acidez ou de basicidade. Relacionar os valores das constantes de acidez de diferentes ácidos (ou as constantes de basicidade de diferentes bases) com a extensão das respetivas ionizações.

Determinar o pH de soluções de ácidos (ou bases) fortes a partir da respetiva concentração e vice-versa. Relacionar as constantes de acidez e de basicidade para um par conjugado ácido-base. Interpretar o significado de neutralização associando-o à reação entre os iões H3O+ e OHdurante uma reação ácido-base.

Associar o ponto de equivalência de uma titulação à situação em que nenhum dos reagentes se encontra em excesso. Associar indicador ácido-base a um par conjugado ácido-base em que as formas ácidas e básicas são responsáveis por cores diferentes. Interpretar o carácter ácido, básico ou neutro de soluções aquosas de sais com base nos valores das constantes de acidez ou de basicidade dos iões do sal em solução.



Articulação curricular vertical – Pré-requisitos de FQA do Ensino Secundário Programa e Metas Curriculares de Química de 12.° ano Módulos

Metas Curriculares de FQA do Ensino Secundário Ano

Domínio

Subdomínio

Do crude ao gás 10.° Propriedades e Ligação transformações química de petróleo da matéria liquefeito (GPL) e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo M9


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Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças M10

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Energia, calor, entalpia e variação de entalpia

Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente

M11

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AL2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes

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Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados APL2

AL2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCℓ(aq)

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Gases e dispersões

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Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois AL2.5

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Transformações químicas

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Representar, com base na regra do octeto, as fórmulas de estrutura de Lewis de moléculas como CH4, NH3, H2O e CO2. Prever a relação entre as energias de ligação ou os comprimentos de ligação em moléculas semelhantes, com base na variação das propriedades periódicas dos elementos envolvidos nas ligações. Indicar que as moléculas diatómicas homonucleares são apolares e que as moléculas diatómicas heteronucleares são polares, interpretando essa polaridade com base na distribuição de carga elétrica entre os átomos. Identificar ligações polares e apolares com base no tipo de átomos envolvidos na ligação. Indicar alguns exemplos de moléculas polares (H2O, NH3) e apolares (CO2, CH4). Identificar hidrocarbonetos saturados, insaturados e haloalcanos e, no caso de hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta até 6 átomos de carbono, representar a fórmula de estrutura a partir do nome ou escrever o nome a partir da fórmula de estrutura. Interpretar e relacionar os parâmetros de ligação, energia e comprimento, para a ligação CC nas moléculas etano, eteno e etino. Identificar grupos funcionais (álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e aminas) em moléculas orgânicas, biomoléculas e fármacos a partir das suas fórmulas de estrutura. Identificar ligações intermoleculares – de hidrogénio e de van der Waals – com base nas características das unidades estruturais. Relacionar a miscibilidade ou imiscibilidade de líquidos com as ligações intermoleculares que se estabelecem entre unidades estruturais. Definir volume molar e, a partir da Lei de Avogadro, concluir que tem o mesmo valor para todos os gases à mesma pressão e temperatura. Relacionar a massa de uma amostra gasosa e a quantidade de matéria com o volume molar, definidas as condições de pressão e temperatura. Relacionar a massa volúmica de uma substância gasosa com a sua massa molar e volume molar. Interpretar uma reação química como resultado de um processo em que ocorre rutura e formação de ligações químicas. Interpretar a formação de ligações químicas como um processo exoenergético e a rutura como um processo endoenergético. Classificar reações químicas em exotérmicas ou em endotérmicas como aquelas que, num sistema isolado, ocorrem, respetivamente, com aumento ou diminuição de temperatura. Interpretar a energia da reação como o balanço energético entre a energia envolvida na rutura e na formação de ligações químicas, designá-la por variação de entalpia para transformações a pressão constante, e interpretar o seu sinal (positivo ou negativo). Interpretar representações da energia envolvida numa reação química relacionando a energia dos reagentes e dos produtos e a variação de entalpia. Determinar a variação de entalpia de uma reação química a partir das energias de ligação e a energia de ligação a partir da variação de entalpia e de outras energias de ligação.

Nota: Dado que o Domínio 3 trata essencialmente um conteúdo novo (polímeros e novos materiais) este não possui pré-requisitos específicos.

9

Planificações

Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente

Planificação a longo prazo Gestão global de tempos letivos

O ano letivo apresenta em média 33 semanas (66 aulas).

Aulas previstas

N.° de aulas

Aula para apresentação

1

Aulas para avaliação diagnóstica, formativa e sumativa e para auto e heteroavaliação

12

ulas para lecionação de conteúdos programáticos e atividades prático-laboratoriais (resolução e A correção de exercícios e problemas e exploração das atividades laboratoriais)

53

TOTAL

66

Distribuição do número de aulas por domínio e subdomínio Domínio

D1 Metais e ligas metálicas

Subdomínio

N.° de aulas

SD1 Estrutura e propriedades dos metais

8

SD2 Degradação dos metais

11

SD3 Metais, ambiente e vida

11

SD1 Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural

8

SD2 De onde vem a energia dos combustíveis

5

SD1 Os plásticos e os materiais poliméricos

3

SD2 Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros

4

SD3 Novos materiais

3

D2 Combustíveis, energia e ambiente

D3 Plásticos, vidros e novos materiais

TOTAL

10

53


O Programa de Química 12.° ano, homologado em 2004, no respeito pelo Despacho n.° 15971/2012, de 14 de dezembro, deverá ser implementado, ao longo do ano letivo, em escrupulosa articulação com as Metas Curricula‑ res da disciplina publicadas em 2014. Deverá atender a uma carga letiva mínima semanal de 180 minutos (4 unida‑ des de 45 minutos) e máxima de 200 minutos (4 unidades de 50 minutos). A gestão do tempo letivo organiza-se em duas aulas semanais (2 × 90 minutos ou 2 × 100 minutos por semana). Assim, neste documento, o número de aulas refere-se a aulas de 90 (ou 100) minutos.


Objetivo geral Compreender a estrutura e as propriedades dos metais, comparando-as com as de sólidos iónicos, moleculares e covalentes.

Conteúdos ■■

Subdomínio 1 Estrutura e propriedades dos metais

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Um outro olhar sobre A Tabela Periódica dos elementos – importância dos metais em ligas e compostos – os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d e f) – metais de transição: a especificidade das orbitais d Ligação química nos metais e noutros sólidos – ligação metálica – propriedades características dos metais: condutividade elétrica, brilho, maleabilidade e ductilidade – sólidos metálicos versus outros tipos de sólidos (iónicos, covalentes, moleculares) – reciclagem de metais

Módulo M1 Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Ligação química nos metais e noutros sólidos M2

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AL1.2

Um ciclo do cobre

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Metas Curriculares

N.° de aulas

Concluir que os metais são uma matéria ‑prima muito utilizada e discutir a sua importância tecnológica e económica. Associar afinidade eletrónica à energia libertada na formação de uma mole de iões negativos a partir de uma mole de átomos no estado gasoso. Identificar os elementos metálicos como aqueles que apresentam baixa energia de ionização e os não metálicos como aqueles que apresentam elevada afinidade eletrónica. Relacionar as posições dos elementos metálicos de transição na Tabela Periódica com as configurações eletrónicas dos respetivos átomos.

4

Interpretar a ligação metálica como resultado da partilha dos eletrões de valência deslocalizados pelos átomos do metal, relacionando a estabilidade da ligação com as interações entre esses eletrões e os cernes dos átomos do metal. Associar a ocorrência de ligação metálica a átomos que apresentam baixa energia de ionização, várias orbitais de valência vazias e um número de eletrões de valência menor do que o número de orbitais de valência. Interpretar as propriedades dos metais (condutividade elétrica, brilho, maleabilidade e ductilidade) com base nos eletrões de valência do metal. Distinguir sólidos metálicos de sólidos não metálicos (iónicos, covalentes e moleculares), com base no tipo de ligação entre as suas unidades estruturais. Associar cristal a um material no qual as unidades estruturais se encontram organizadas de uma forma repetida e regular no espaço tridimensional, dando exemplos de cristais metálicos, iónicos, covalentes e moleculares. Identificar a sílica, a grafite, os grafenos e os nanotubos de carbono como exemplos de cristais covalentes. Identificar os cristais moleculares como substâncias sólidas constituídas por moléculas organizadas de maneira regular que se mantêm unidas por ligações intermoleculares. Justificar propriedades físicas de sólidos iónicos, covalentes e moleculares (por exemplo, dureza do diamante, condutividade elétrica na grafite, etc.). Relacionar a importância da reciclagem e da revalorização de metais com a limitação de recursos naturais e a diminuição de resíduos e de consumos energéticos. Associar a possibilidade de reciclar metais de forma repetida e sucessiva com a não degradação da estrutura metálica.

4

11

Planificações



Subdomínio 2 Degradação dos metais

Consolidar e ampliar conhecimentos sobre reações de oxidação-redução como transformações que envolvem transferência de eletrões e energia elétrica

Conteúdos ■■

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Corrosão: uma oxidação indesejada – corrosão como uma reação de oxidação-redução – importância do meio nas reações de oxidação-redução

Módulo Corrosão: uma oxidação indesejada M3

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Pilhas e baterias: uma oxidação útil – pilhas como fonte de energia – reatividade dos metais e o potencial ‑padrão de redução – extensão das reações redox

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APL1 Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico

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M4 Pilhas e baterias: uma oxidação útil

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12

Metas Curriculares

N.° de aulas

Indicar que a maioria dos metais de transição apresenta uma grande variedade de estados de oxidação e que essa variedade resulta da perda de eletrões de orbitais d. Associar a corrosão atmosférica ao processo natural de oxidação dos metais numa atmosfera rica em oxigénio que é facilitado por um meio aquoso. Relacionar a corrosão dos metais com fenómenos de oxidação-redução que conduzem à formação de óxidos, hidróxidos, sulfuretos ou carbonatos (ferrugem, verdetes ou patine). Interpretar a sequência de processos físico ‑químicos que estão na origem da formação de ferrugem, identificando as condições ambientais que a favorecem. Interpretar o processo de corrosão contínua do ferro com o facto da ferrugem, óxido de ferro(III) hidratado, de composição variável, ser permeável, permitindo que o ferro continue exposto ao ar e à humidade. Interpretar o aumento da corrosão de metais pela presença de ácidos ou bases e de poluentes como, por exemplo, o dióxido de enxofre (SO2) e ainda meios com iões cloreto (Cℓ -). Interpretar o efeito do pH do meio na corrosão dos metais. Acertar equações de oxidação-redução em meio ácido.

4

Associar pilha (célula galvânica) a um dispositivo em que é produzida corrente elétrica a partir de uma reação de oxidação ‑redução espontânea. Distinguir entre os dois tipos de células eletroquímicas: galvânica e eletrolítica. Interpretar a reação da célula eletroquímica com base em duas semirreações (reações de elétrodo). Relacionar o ânodo de uma célula eletroquímica com o local (ou elétrodo) onde ocorre a oxidação e o cátodo com o local (ou elétrodo) onde ocorre a redução. Associar o ânodo de uma célula galvânica ao elétrodo negativo e o cátodo ao elétrodo positivo. Interpretar a função da ponte salina como componente de algumas células galvânicas. Indicar e justificar o sentido do fluxo dos eletrões no circuito exterior que liga os elétrodos e o sentido dos iões na ponte salina. Associar elétrodo inerte a um elétrodo que não é oxidado ou reduzido na reação eletroquímica que ocorre na sua superfície. Representar uma célula galvânica pelo diagrama de célula. Associar a força eletromotriz de uma célula galvânica (ou tensão da célula) à diferença de potencial elétrico entre os dois elétrodos, medida num voltímetro.

4


Objetivo geral


Conteúdos

Módulo Pilhas e baterias: uma oxidação útil M4


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Subdomínio 2 Degradação dos metais

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M5 Proteção de metais

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Subdomínio 3 Metais, ambiente e vida


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Conhecer e compreender a importância dos metais no ambiente e no organismo humano, designadamente na forma de complexos e como catalisadores.

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Metais, complexos e cor – complexos e compostos de coordenação – iões complexos no quotidiano – a cor nos complexos

A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos

Metais, complexos e cor M6

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AL1.5

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Os metais no organismo humano – a vida e os metais: metais essenciais e metais tóxicos – hemoglobina e o transporte de gases no sangue

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N.° de aulas

Planificações

Objetivo geral

Indicar que a diferença de potencial de uma célula galvânica depende da temperatura, da natureza dos elétrodos e da concentração dos iões envolvidos na reação. Associar a tensão-padrão de uma célula galvânica à diferença de potencial medida em condições‑padrão: concentração 1 mol dm- 3 para as soluções e pressão 1,01 × 105 Pa para gases. Identificar o par H+/H2 como termo de comparação para potenciais-padrão de redução, associando-lhe o potencial zero. Interpretar o conceito de potencial-padrão de redução. Prever a maior ou menor extensão de uma reação de oxidação-redução com base na série eletroquímica de potenciais-padrão de redução. Determinar a força eletromotriz de uma célula eletroquímica em condições-padrão a partir de valores dos potenciais-padrão de redução. Identificar alguns metais e ligas metálicas com elevada resistência à corrosão. Interpretar o processo de proteção catódica e o papel do ânodo de sacrifício em aplicações correntes como, por exemplo, proteção de oleodutos (pipelines), termoacumuladores e navios. Identificar a galvanoplastia como uma técnica de revestimento para proteção de metais e interpretar o processo a partir de série eletroquímica. Identificar a anodização do alumínio como um processo que aproveita o facto de o alumínio ser naturalmente protegido da oxidação pela formação de uma camada impermeável de óxido de alumínio. Caracterizar um complexo com base na sua estrutura: ião metálico central rodeado de aniões ou moléculas neutras, designados por ligandos. Indicar que os ligandos têm como característica comum a presença de, pelo menos, um par de eletrões não partilhado (não ligante), designando o átomo do ligando que possui o par de eletrões por átomo dador. Interpretar a ligação química que se estabelece entre o metal e os ligandos com base na partilha do par de eletrões não ligantes entre o dador e o metal. Associar o número de coordenação ao número de átomos dadores que envolvem o átomo do metal. Caracterizar um ligando polidentado, ou quelante, como um ligando que pode coordenar-se ao ião metálico central por mais do que um átomo dador, identificando-o com base na sua estrutura.

3

4

13

Planificações por domínio Conteúdos

Módulo

– o caso do dióxido de carbono (CO2) indispensável: efeito tampão • grau de ionização e força de ácidos e bases • propriedades ácidas ou básicas das soluções de sais • soluções-tampão • poder tampão do CO2 no sangue

Metais, complexos e cor M6


Os metais como catalisadores – importância dos catalisadores na vida e na indústria – catalisadores biológicos: enzimas e catálise enzimática – catálise homogénea e catálise heterogénea

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AL1.6 Funcionamento de um sistema-tampão ■■

Metas Curriculares

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Os metais no organismo humano M7

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14

N.° de aulas

Justificar a utilização do ácido etilenodiaminotetra-acético (EDTA) na complexação de metais em situações em que estes são prejudiciais, como, por exemplo, na indústria alimentar, em detergentes e na terapia de envenenamento por metais pesados. Identificar, com base em informação selecionada, o papel dos complexos em diversas áreas como, por exemplo, em aplicações terapêuticas anticancerígenas (complexos de platina), imagiologia médica (complexos de gadolínio e gálio), e sistemas luminescentes (complexos de európio). Indicar que a cor de complexos está relacionada com transições eletrónicas envolvendo eletrões de orbitais d. Identificar, a partir de informação selecionada, alguns metais essenciais à vida (Fe, Mg, Ca, K, Na, etc.) e indicar a sua função. Relacionar a toxicidade de alguns metais (Pb, Cr, Hg, etc.) com os efeitos no organismo humano. Indicar que a hemoglobina é uma proteína que contém, por cada molécula, quatro grupos hemo, identificando cada um destes grupos como um complexo de ferro. Interpretar a ligação da hemoglobina ao oxigénio como cooperativa, concluindo que quanto mais oxigénio estiver ligado mais fácil será a incorporação de moléculas adicionais de oxigénio e que, inversamente, se estiver presente pouco oxigénio a sua dissociação será mais rápida. Interpretar a influência do pH do meio na fixação de oxigénio pela hemoglobina. Identificar a capacidade da hemoglobina para formar um complexo muito estável com o monóxido de carbono por troca com o oxigénio. Interpretar as propriedade básicas ou ácidas de uma solução de um sal com base na hidrólise de iões, relacionando-as com os valores das constantes de acidez ou de basicidade dos iões do sal. Explicitar o significado de grau de ionização de ácidos e bases. Relacionar as constantes de acidez e de basicidade com o grau de ionização. Associar o efeito tampão de uma solução à capacidade desta manter o seu pH sensivelmente constante, mesmo quando se adicionam pequenas quantidades de ácido forte ou base forte. Interpretar o papel do CO2 como regulador do pH do sangue com base no par CO2/HCO  3  . Relacionar o efeito tampão de uma solução com a sua composição.

4


Objetivo geral


Conteúdos

Módulo Os metais como catalisadores

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N.° de aulas

Associar a importância dos catalisadores em química, bioquímica ou na atividade industrial com a necessidade de acelerar reações que se dão em condições de temperatura e/ou concentrações comparativamente baixas. Identificar as enzimas como catalisadores bioquímicos indispensáveis para que as reações químicas em sistemas biológicos ocorram em tempo útil. Associar a ação de um catalisador numa reação química à alteração da velocidade da reação sem alterar a sua extensão. Distinguir catálise homogénea e heterogénea com base no estado físico dos reagentes e do catalisador. Identificar, com base em informação selecionada, a predominância dos metais de transição na composição de catalisadores utilizados para os mais diversos fins.

3



M8

Metas Curriculares

Planificações

Objetivo geral

15

Planificações por domínio Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente

Subdomínio 1 Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural

Compreender processos de obtenção de combustíveis e outros derivados do petróleo na indústria petrolífera e relacionar a estrutura de compostos orgânicos com algumas das suas propriedades físicas e químicas.

Conteúdos ■■

Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo – destilação fracionada do crude – cracking catalítico – alcanos, cicloalcanos, alcenos e alcinos: princípios de nomenclatura – álcoois e éteres: princípios de nomenclatura – benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos – isomeria: • de cadeia e de posição nos alcanos e nos álcoois • de grupo funcional entre álcoois e éteres

AL2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes ■■

Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos – gases reais e gases ideais – equação dos gases ideais – forças intermoleculares e o estado físico das substâncias – propriedades físicas dos alcanos em função da cadeia carbonada

APL2 Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados

Módulo M9 Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo


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N.° de aulas

Justificar a utilização da técnica de destilação fracionada para obter as principais frações do petróleo bruto. Identificar, com base em informação selecionada, as principais frações obtidas na destilação fracionada do petróleo bruto com base no intervalo de temperatura de recolha e tamanho da cadeia carbonada, indicando as principais aplicações. Associar o cracking do petróleo a reações em que moléculas grandes de hidrocarbonetos são transformadas em moléculas mais pequenas, por aquecimento e ação de catalisadores. Associar as reações de isomerização à obtenção de hidrocarbonetos ramificados a partir de hidrocarbonetos lineares, por aquecimento e utilizando catalisadores. Aplicar princípios de nomenclatura para atribuir nomes e escrever fórmulas de estrutura de alcanos, cicloalcanos, alcenos e alcinos. Aplicar princípios de nomenclatura para atribuir nomes e escrever fórmulas de estrutura de álcoois e éteres. Identificar isómeros como compostos que apresentam a mesma fórmula molecular e diferem na fórmula de estrutura e, por essa razão, também nas propriedades físicas e químicas. Identificar isomeria de cadeia, de posição e de grupo funcional. Identificar hidrocarbonetos aromáticos. Verificar a existência, para algumas moléculas, de várias estruturas de Lewis que seguem a regra do octeto (híbridos de ressonância). Interpretar os conceitos de ressonância e de deslocalização eletrónica com base nas estruturas de Kekulé para o benzeno.

Interpretar a igualdade dos comprimentos de ligação C–C, na molécula de benzeno, da ligação S–O, na molécula de dióxido de enxofre, e da ligação O–O, na molécula de ozono, com base em estruturas de ressonância. Identificar a polaridade das moléculas com a existência de uma distribuição assimétrica de carga à qual se associa um dipolo elétrico. Classificar moléculas de alcanos, alcenos, cicloalcanos, benzeno, álcoois e éteres quanto à polaridade.

4


Objetivo geral

Objetivo geral

Conteúdos

Módulo

Subdomínio 1 Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural

M10 Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças


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Interpretar e aplicar a equação de estado dos gases ideais. Indicar a unidade SI de pressão e outras unidades de uso corrente (torricelli, atmosfera e bar), efetuando conversões entre as mesmas. Associar o conceito de gás ideal aos gases que obedecem à equação dos gases ideais (ou perfeitos) e de gás real aos gases que se afastam daquele comportamento, à medida que a pressão aumenta ou a temperatura diminui. Relacionar a massa volúmica de um gás ideal com a pressão e com a temperatura, por aplicação da equação de estado de um gás ideal. Indicar que, nos estados condensados da matéria (líquido e sólido), ao contrário do que acontece nos gases ideais, não se pode desprezar nem o tamanho das suas unidades estruturais nem as interações entre elas para determinar as suas propriedades.

4

Relacionar a variação de algumas propriedades físicas dos alcanos (estado físico, ponto de fusão e ponto de ebulição) com o tamanho e forma das respetivas moléculas e a intensidade das ligações intermoleculares que se estabelecem. Relacionar propriedades de combustíveis

(estado físico, ponto de ebulição e massa volúmica) com processos de transporte,

armazenamento e utilização, incluindo medidas de segurança. ■■

EQ12DP – 02

N.° de aulas

Discutir, com base em informação selecionada, o papel da investigação em Química na otimização da produção de combustíveis alternativos e na procura dos combustíveis do futuro.

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Planificações



Subdomínio 2 De onde vem a energia dos combustíveis

Ampliar conhecimentos sobre conversões e trocas de energia em reações químicas, em particular no caso dos combustíveis.

Conteúdos ■■

Energia, calor, entalpia e variação de entalpia – entalpia e variação de entalpia numa reação – variações de entalpia de reação: condições ‑padrão; entalpia ‑padrão – variações de entalpia associadas a diferentes tipos de reações – entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação: Lei de Hess – energia dos combustíveis e a entalpia de combustão – teor de oxigénio na molécula de um combustível versus energia libertada na combustão

AL2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCℓ(aq) AL2.5 Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois

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Módulo M11 Energia, calor, entalpia e variação de entalpia


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N.° de aulas

Identificar a entalpia como uma grandeza característica de cada estado de um sistema, concluindo que a sua variação é independente da forma como o sistema evolui entre dois estados. Associar entalpia-padrão de reação à variação de entalpia numa reação que ocorre nas condições-padrão. Associar designações específicas para a entalpia-padrão quando associada a reações específicas: por exemplo, entalpia-padrão de formação, entalpia-padrão de combustão, entalpia-padrão de dissolução. Relacionar a entalpia-padrão de combustão com o poder energético dos combustíveis. Determinar a entalpia-padrão de uma reação a partir das entalpias-padrão de formação dos reagentes e produtos da reação. Determinar, aplicando a Lei de Hess, a entalpia-padrão de uma reação. Interpretar o facto de, regra geral, combustíveis oxigenados como álcoois e éteres terem menor poder energético do que os combustíveis de hidrocarbonetos.

5


Objetivo geral


Subdomínio 2 Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros

Subdomínio 1 Os plásticos e os materiais poliméricos

Objetivo geral Caracterizar os polímeros como uma classe de materiais constituídos por macromoléculas e distinguir polímeros naturais, artificiais e sintéticos.

Compreender como se obtêm polímeros sintéticos e reconhecer que a sua estrutura determina as suas propriedades.

Conteúdos ■■

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O que são polímeros: macromolécula e cadeia polimérica Polímeros naturais, artificiais e sintéticos

Módulo M12 Os plásticos e os materiais poliméricos


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Obtenção de polímeros sintéticos: monómeros e reações de polimerização Homopolímeros e copolímeros Monómeros e grupos funcionais: álcoois, ácidos carboxílicos, cloretos de acilo, aminas, amidas, éteres, ésteres, aldeídos e cetonas Polímeros de condensação: reações de polimerização de condensação Polímeros de adição: reações de adição de polimerização

M13 Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros

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Síntese de um polímero AL3.6

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Subdomínio 3 Novos materiais


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Conhecer alguns biomateriais e suas aplicações e reconhecer vantagens e limitações da utilização de materiais de base sustentável.

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O que são biomateriais e suas aplicações Materiais de base sustentável

Novos materiais M14

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Caracterizar um polímero como um material constituído por macromoléculas. Distinguir macromolécula de outras moléculas com número elevado de átomos por serem constituídas por muitas unidades pequenas ligadas umas às outras por ligações covalentes. Distinguir polímeros naturais, artificiais e sintéticos e dar exemplos destes tipos de polímeros.

N.° de aulas

3

Caracterizar uma reação de polimerização como uma reação química em cadeia entre moléculas de monómeros. Distinguir homo e copolímeros com base no número e no tipo de moléculas (monómeros) envolvidas na sua formação. Identificar a unidade estrutural (motivo) de um polímero e relacionar com a estrutura do(s) monómero(s). Associar o grau de polimerização ao número de vezes que a unidade estrutural (motivo) do polímero se repete. Identificar grupos funcionais de várias famílias químicas de compostos orgânicos: ácidos carboxílicos, cloretos de ácido, aminas, amidas, éteres, ésteres, aldeídos e cetonas. Distinguir reações de polimerização de adição e de condensação com base na estrutura do(s) monómero(s), e dar exemplos de polímeros de adição e de condensação. Identificar famílias de polímeros (poliolefinas, poliacrílicos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres), associando a designação dessas famílias aos grupos funcionais dos monómeros. Concluir que a estrutura (linear, ramificada ou reticulada) da cadeia polimérica determina as propriedades físicas dos polímeros. Discutir, com base em informação selecionada, vantagens e limitações da reciclagem de plásticos.

4

Identificar um biomaterial como um material com aplicações biomédicas que implicam interações com estruturas biológicas com as quais apresenta elevada compatibilidade. Identificar, com base em informação selecionada, aplicações de biomateriais em medicina (cardiologia, ortopedia, oftalmologia e libertação controlada de fármacos). Associar materiais de base sustentável àqueles que, sendo economicamente viáveis, conjugam as seguintes características: são renováveis, recicláveis e biodegradáveis. Pesquisar e analisar informação sobre investigação atual em novos materiais e materiais de base sustentável.

3

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Planificações

Domínio 3 Plásticos, vidros e novos materiais


1. Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Questões motivadoras Que propriedades periódicas podemos observar na Tabela Periódica? Como variam essas propriedades? Conteúdos Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Importância dos metais em ligas e compostos Elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d e f) – Afinidade eletrónica Metais de transição: a especificidade das orbitais d


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Atividades propostas

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 25 Verifique o que aprendeu – págs. 25 a 28

Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M1 – págs. 9 a 14 Recursos de aula

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Concluir que os metais são uma matéria-prima muito utilizada e discutir a sua importância tecnológica e económica. Associar afinidade eletrónica à energia libertada na formação de uma mole de iões negativos a partir de uma mole de átomos no estado gasoso. Identificar os elementos metálicos como aqueles que apresentam baixa energia de ionização e os não metálicos como aqueles que apresentam elevada afinidade eletrónica. Relacionar as posições dos elementos metálicos de transição na Tabela Periódica com as configurações eletrónicas dos respetivos átomos.

Manual – págs. 8 a 28 e-Manual Premium PowerPoint M1 Apoio Áudio M1 Vídeo – Química: para quê? Interatividade – Tabela Periódica Vídeo – Reatividade dos metais alcalinos Vídeo – Química no dia a dia: processo de obtenção do alumínio

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Caderno de Atividades

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta às questões-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que posuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar, já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M1 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Organização dos elementos na Tabela Periódica, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 10.° ano, por se revelarem pré-requisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: estrutura da Tabela Periódica atual (metais e não metais; grupos, períodos e blocos); propriedades periódicas dos elementos representativos (raio atómico e energia de ionização). ■■

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Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 10.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares.

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M1

D1. Metais e ligas metálicas SD1. Estrutura e propriedades dos metais


Planificações

3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 25 a 28 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M1 – págs. 9 a 14 do Caderno de Atividades üü


Observações:

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2. Ligação química nos metais e noutros sólidos Questão motivadora Qual a relação entre os tipos de ligações químicas e as propriedades das substâncias a que dão origem? Conteúdos Ligação química nos metais e noutros sólidos Ligação metálica Propriedades características dos metais: condutividade elétrica, brilho, maleabilidade e ductilidade Sólidos metálicos versus outros tipos de sólidos (iónicos, covalentes, moleculares) Reciclagem dos metais


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AL 1.2 Um ciclo do cobre Atividades propostas

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 43 Verifique o que aprendeu – págs. 43 a 46 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M2 – págs. 14 a 20 Caderno de Laboratório do Professor: AL 1.2 Um ciclo do cobre – págs. 8 a 12 Exploração da AL 1.2 – págs. EP 1 a EP 7 Questionário Laboratorial 1.2 – págs. EP 8 a EP 10

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Recursos de aula Manual – págs. 29 a 46 e-Manual Premium PowerPoint M2 Apoio Áudio M2 Animação – Ligação química: ligações metálica, iónica e covalente Animação – Ligação metálica Vídeo – Química no dia a dia: os diamantes artificiais Tutorial – Um ciclo do cobre

M2

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Interpretar a ligação metálica como resultado da partilha dos eletrões de valência deslocalizados pelos átomos do metal, relacionando a estabilidade da ligação com as interações entre esses eletrões e os cernes dos átomos do metal. Associar a ocorrência de ligação metálica a átomos que apresentam baixa energia de ionização, várias orbitais de valência vazias e um número de eletrões de valência menor do que o número de orbitais de valência. Interpretar as propriedades dos metais (condutividade elétrica, brilho, maleabilidade e ductilidade) com base nos eletrões de valência do metal. Distinguir sólidos metálicos de sólidos não metálicos (iónicos, covalentes e moleculares), com base no tipo de ligação entre as suas unidades estruturais. Associar cristal a um material no qual as unidades estruturais se encontram organizadas de uma forma repetida e regular no espaço tridimensional, dando exemplos de cristais metálicos, iónicos, covalentes e moleculares. Identificar a sílica, a grafite, os grafenos e os nanotubos de carbono como exemplos de cristais covalentes.

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Caderno de Laboratório do Professor

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Identificar os cristais moleculares como substâncias sólidas constituídas por moléculas organizadas de maneira regular que se mantêm unidas por ligações intermoleculares. Justificar propriedades físicas de sólidos iónicos, covalentes e moleculares (por exemplo, dureza do diamante, condutividade elétrica da grafite, etc.). Relacionar a importância da reciclagem e da revalorização de metais com a limitação de recursos naturais e a diminuição de resíduos e de consumos energéticos. Associar a possibilidade de reciclar metais de forma repetida e sucessiva com a não degradação da estrutura metálica.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas.

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D1. Metais e ligas metálicas SD1. Estrutura e propriedades dos metais


Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Ligação química, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 10.° ano, por se revelarem pré-requisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: ligação química; tipos de ligações químicas. ■■

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Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 10.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares. 3. Realização da atividade laboratorial AL 1.2 Um ciclo do cobre AL 1.2 no Caderno de Laboratório – págs. 8 a 12 ■■

De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando o vídeo tutorial da AL 1.2 presente no e-Manual Premium. 4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 43 a 46 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M2 – págs. 14 a 20 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 1.2 – págs. EP 8 a EP 10 do Caderno de Laboratório do Professor üü


Observações:

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Planificações

2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M2 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium.


3. Corrosão: uma oxidação indesejada Questão motivadora Como caracterizar reações de oxidação indesejáveis? Conteúdos Corrosão: uma oxidação indesejada Corrosão como uma reação de oxidação-redução Importância do meio nas reações de oxidação-redução


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Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M3 – págs. 21 a 24 Recursos de aula ■■

Manual – págs. 47 a 61 e-Manual Premium PowerPoint M3 Apoio Áudio M3 Animação – Ferrugem e condições ambientais que a favorecem

Indicar que a maioria dos metais de transição apresenta uma grande variedade de estados de oxidação e que essa variedade resulta da perda de eletrões de orbitais d. Associar a corrosão atmosférica ao processo natural de oxidação dos metais numa atmosfera rica em oxigénio que é facilitado por um meio aquoso. Relacionar a corrosão dos metais com fenómenos de oxidação-redução que conduzem à formação de óxidos, hidróxidos, sulfuretos ou carbonatos (ferrugem, verdetes ou patine). Interpretar a sequência de processos físico-químicos que estão na origem da formação de ferrugem, identificando as condições ambientais que a favorecem.

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Caderno de Atividades ■■

Interpretar o processo de corrosão contínua do ferro com o facto da ferrugem, óxido de ferro(III) hidratado, de composição variável, ser permeável, permitindo que o ferro continue exposto ao ar e à humidade. Interpretar o aumento da corrosão de metais pela presença de ácidos ou bases e de poluentes como, por exemplo, o dióxido de enxofre (SO2) e ainda meios com iões cloreto (Cℓ -).

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Interpretar o efeito do pH do meio na corrosão dos metais.

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Acertar equações de oxidação-redução em meio ácido.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M3 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Reações de oxidação ‑redução, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 11.° ano, por se revelarem prérequisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: caracterização das reações de oxidação-redução; força relativa de oxidantes e redutores. ■■

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Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 11.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares.

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M3

D1. Metais e ligas metálicas SD2. Degradação dos metais


Planificações



Observações:

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4. Pilhas e baterias: uma oxidação útil Questão motivadora Como aproveitar o fenómeno de oxidação-redução para produzir corrente elétrica? Conteúdos Pilhas e baterias: uma oxidação útil Pilhas como fonte de energia Reatividade dos metais e o potencial-padrão de redução Extensão das reações redox


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APL 1 Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico Atividades propostas

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 79 Verifique o que aprendeu – págs. 80 a 82 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M4 – págs. 25 a 30 Caderno de Laboratório do Professor: APL 1 Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico – págs. 13 e 14 Exploração da APL 1 – págs. EP 11 a EP 14

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Recursos de aula Manual – págs. 62 a 82 e-Manual Premium PowerPoint M4 Apoio Áudio M4 Animação – Célula galvânica e célula eletrolítica Vídeo – Química no dia a dia: processo de obtenção do alumínio Vídeo – Química no dia a dia: as pilhas Interatividade – Potencial de redução de uma célula galvânica Tutorial – Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico

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Caderno de Atividades Caderno de Laboratório do Professor

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Associar pilha (célula galvânica) a um dispositivo em que é produzida corrente elétrica a partir de uma reação de oxidação-redução espontânea. Distinguir entre os dois tipos de células eletroquímicas: galvânica e eletrolítica. Interpretar a reação da célula eletroquímica com base em duas semirreações (reações de elétrodo). Relacionar o ânodo de uma célula eletroquímica com o local (ou elétrodo) onde ocorre a oxidação e o cátodo com o local (ou elétrodo) onde ocorre a redução. Associar o ânodo de uma célula galvânica ao elétrodo negativo e o cátodo ao elétrodo positivo. Interpretar a função da ponte salina como componente de algumas células galvânicas. Indicar e justificar o sentido do fluxo dos eletrões no circuito exterior que liga os elétrodos e o sentido dos iões na ponte salina. Associar elétrodo inerte a um elétrodo que não é oxidado ou reduzido na reação eletroquímica que ocorre na sua superfície. Representar uma célula galvânica pelo diagrama de célula. Associar a força eletromotriz de uma célula galvânica (ou tensão da célula) à diferença de potencial elétrico entre os dois elétrodos, medida num voltímetro. Indicar que a diferença de potencial de uma célula galvânica depende da temperatura, da natureza dos elétrodos e da concentração dos iões envolvidos na reação. Associar a tensão-padrão de uma célula galvânica à diferença de potencial medida em condições-padrão: concentração 1 mol dm- 3 para as soluções e pressão 1,01 × 105 Pa para gases. Identificar o par H+/H2 como termo de comparação para potenciais-padrão de redução, associando-lhe o potencial zero. Interpretar o conceito de potencial-padrão de redução. Prever a maior ou menor extensão de uma reação de oxidação-redução com base na série eletroquímica de potenciais-padrão de redução. Determinar a força eletromotriz de uma célula eletroquímica em condições-padrão a partir de valores dos potenciais-padrão de redução.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar, já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas.

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M4



Planificações

2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M4 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. 3. Realização da atividade de projeto laboratorial APL 1 Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico APL 1 no Caderno de Laboratório – págs. 13 e 14 ■■



Observações:

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5. Proteção de metais Questão motivadora Quais são e como se caracterizam os principais processos de proteção dos metais da corrosão? Conteúdos Proteção de metais Metais e ligas com elevada resistência à corrosão Processo de proteção catódica e papel do ânodo de sacrifício Galvanoplastia Anodização do alumínio

M5


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Identificar alguns metais e ligas metálicas com elevada resistência à corrosão.

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 90 Verifique o que aprendeu – págs. 90 a 93 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M5 – págs. 30 a 34 Recursos de aula

Manual – págs. 83 a 93 e-Manual Premium PowerPoint M5 Apoio Áudio M5 Vídeo – Química no dia a dia: revestimento metálico Interatividade – Galvanoplastia

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Interpretar o processo de proteção catódica e o papel do ânodo de sacrifício em aplicações correntes como, por exemplo, proteção de oleodutos (pipelines), termoacumuladores e navios. Identificar a galvanoplastia como uma técnica de revestimento para proteção de metais e interpretar o processo a partir de série eletroquímica. Identificar a anodização do alumínio como um processo que aproveita o facto de o alumínio ser naturalmente protegido da oxidação pela formação de uma camada impermeável de óxido de alumínio.

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M5 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. 3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 90 a 93 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M5 – págs. 30 a 34 do Caderno de Atividades üü

Observações:

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6. Metais, complexos e cor Questão motivadora O que são iões complexos, como se caracterizam e como se explicam as diferentes cores que apresentam? Conteúdos Metais, complexos e cor Complexos e compostos de coordenação Iões complexos no quotidiano A cor nos complexos


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AL 1.5 A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos Atividades propostas ■■

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Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M6 – págs. 34 a 37 Caderno de Laboratório do Professor: AL 1.5 A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos – págs. 15 a 20 Exploração da AL 1.5 – págs. EP 15 a EP 20 Questionário Laboratorial 1.5 – págs. EP 21 e EP 22

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Recursos de aula Manual – págs. 94 a 109 e-Manual Premium PowerPoint M6 Apoio Áudio M6 Vídeo – Complexos no dia a dia Tutorial – A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos

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M6

Planificações

D1. Metais e ligas metálicas SD3. Metais, ambiente e vida

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Caracterizar um complexo com base na sua estrutura: ião metálico central rodeado de aniões ou moléculas neutras, designados por ligandos. Indicar que os ligandos têm como característica comum a presença de, pelo menos, um par de eletrões não partilhado (não ligante), designando o átomo do ligando que possui o par de eletrões por átomo dador. Interpretar a ligação química que se estabelece entre o metal e os ligandos com base na partilha do par de eletrões não ligantes entre o dador e o metal. Associar o número de coordenação ao número de átomos dadores que envolvem o átomo do metal. Caracterizar um ligando polidentado, ou quelante, como um ligando que pode coordenar-se ao ião metálico central por mais do que um átomo dador, identificando-o com base na sua estrutura. Justificar a utilização do ácido etilenodiaminotetra-acético (EDTA) na complexação de metais em situações em que estes são prejudiciais, como, por exemplo, na indústria alimentar, em detergentes, e na terapia de envenenamento por metais pesados. Identificar, com base em informação selecionada, o papel dos complexos em diversas áreas como, por exemplo, em aplicações terapêuticas anticancerígenas (complexos de platina), imagiologia médica (complexos de gadolínio e gálio) e sistemas luminescentes (complexos de európio). Indicar que a cor de complexos está relacionada com transições eletrónicas envolvendo eletrões de orbitais d.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, no seguimento das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M6 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium.


3. Realização da atividade laboratorial AL 1.5 A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos ■■

AL 1.5 no Caderno de Laboratório – págs. 15 a 20

De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando o vídeo tutorial da AL 1.5 presente no e-Manual Premium. 29


5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 106 a 109 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M6 – págs. 34 a 37 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 1.5 – págs. EP 21 e EP 22 do Caderno de Laboratório do Professor üü

Observações:

30


4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares.


7. Os metais no organismo humano Questão motivadora Qual a importância dos metais no organismo humano, designadamente na forma de complexos? Conteúdos Os metais no organismo humano A vida e os metais: metais essenciais e metais tóxicos Hemoglobina e o transporte de gases no sangue O caso do dióxido de carbono (CO2) indispensável: efeito tampão grau de ionização e força de ácidos e bases propriedades ácidas ou básicas das soluções de sais soluções-tampão poder tampão do CO2 no sangue


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AL 1.6 Funcionamento de um sistema-tampão

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 128 Verifique o que aprendeu – págs. 128 a 131 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M7 – págs. 37 a 41 Caderno de Laboratório do Professor: AL 1.6 Funcionamento de um sistema-tampão – págs. 21 a 27 Exploração da AL 1.6 – págs. EP 23 a EP 32 Questionário Laboratorial 1.6 – págs. EP 33 e EP 34

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Recursos de aula Manual – págs. 110 a 131 e-Manual Premium PowerPoint M7 Apoio Áudio M7 Animação – Funcionamento de uma solução-tampão Tutorial – Funcionamento de um sistema-tampão

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M7

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Caderno de Atividades Caderno de Laboratório do Professor ■■

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Identificar, a partir de informação selecionada, alguns metais essenciais à vida (Fe, Mg, Ca, K, Na, etc.) e indicar a sua função. Relacionar a toxicidade de alguns metais (Pb, Cr, Hg, etc.) com os efeitos no organismo humano.

Indicar que a hemoglobina é uma proteína que contém, por cada molécula, quatro grupos hemo, identificando cada um destes grupos como um complexo de ferro. Interpretar a ligação da hemoglobina ao oxigénio como cooperativa, concluindo que quanto mais oxigénio estiver ligado mais fácil será a incorporação de moléculas adicionais de oxigénio e que, inversamente, se estiver presente pouco oxigénio a sua dissociação será mais rápida. Interpretar a influência do pH do meio na fixação de oxigénio pela hemoglobina. Identificar a capacidade da hemoglobina para formar um complexo muito estável com o monóxido de carbono por troca com o oxigénio. Interpretar as propriedades básicas ou ácidas de uma solução de um sal com base na hidrólise de iões, relacionando-as com os valores das constantes de acidez ou de basicidade dos iões do sal. Explicitar o significado de grau de ionização de ácidos e bases. Relacionar as constantes de acidez e de basicidade com o grau de ionização. Associar o efeito tampão de uma solução à capacidade desta manter o seu pH sensivelmente constante, mesmo quando se adicionam pequenas quantidades de ácido forte ou base forte. Interpretar o papel do CO2 como regulador do pH do sangue com base no par CO2 / HCO -. Relacionar o efeito tampão de uma solução com a sua composição.

Sugestões metodológicas:


1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas.

31

Planificações



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Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 11.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares. 2. Realização da atividade laboratorial AL 1.6 Funcionamento de um sistema-tampão AL 1.6 no Caderno de Laboratório – págs. 21 a 27 ■■

De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando o vídeo tutorial da AL 1.6 presente no e-Manual. 3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 128 a 131 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M7 – págs. 37 a 41 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 1.6 – págs. EP 33 e EP 34 do Caderno de Laboratório do Professor üü

Observações:

32


Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Grau de ionização e força de ácidos e bases e propriedades ácidas ou básicas das soluções de sais, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 11.° ano, por se revelarem pré-requisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: soluções aquosas ácidas, básicas e neutras; grau de ionização e força de ácidos e bases; propriedades ácidas ou básicas das soluções de sais.

M8


8. Os metais como catalisadores Questão motivadora Qual a importância dos metais como catalisadores? Conteúdos Os metais como catalisadores Importância dos catalisadores na vida e na indústria Catalisadores biológicos: enzimas e catálise enzimática Catálise homogénea e catálise heterogénea


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Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M8 – págs. 42 a 44 Recursos de aula

Manual – págs. 132 a 141 e-Manual Premium PowerPoint M8 Apoio Áudio M8 Vídeo – Química no dia a dia: os catalisadores nos automóveis

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Associar a importância dos catalisadores em química, bioquímica ou na atividade industrial com a necessidade de acelerar reações que se dão em condições de temperatura e/ou concentrações comparativamente baixas. Identificar as enzimas como catalisadores bioquímicos indispensáveis para que as reações químicas em sistemas biológicos ocorram em tempo útil. Associar a ação de um catalisador numa reação química à alteração da velocidade da reação sem alterar a sua extensão. Distinguir catálise homogénea e heterogénea com base no estado físico dos reagentes e do catalisador. Identificar, com base em informação selecionada, a predominância dos metais de transição na composição de catalisadores utilizados para os mais diversos fins.

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M8 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. 3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 138 a 141 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M8 – págs. 42 a 44 do Caderno de Atividades üü


Observações:

EQ12DP – 03

33

Planificações



9. Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo

M9

Questões motivadoras Como se obtêm os combustíveis e outros derivados do petróleo na indústria petrolífera? Como se relaciona a estrutura de compostos orgânicos com algumas das suas propriedades físicas e químicas? Conteúdos Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis: destilação fracionada e cracking do petróleo Destilação fracionada do crude Cracking catalítico Alcanos, cicloalcanos, alcenos e alcinos: princípios de nomenclatura Álcoois e éteres: princípios de nomenclatura Conceito de ressonância Benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos Polaridade dos alcanos, alcenos, cicloalcanos, benzeno, álcoois e éteres Isomeria ■■


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AL 2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes

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Atividades propostas ■■

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 169 Verifique o que aprendeu – págs. 170 a 172 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M9 – págs. 49 a 53 Caderno de Laboratório do Professor: AL 2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes – págs. 28 a 33 Exploração da AL 2.1 – págs. EP 35 a EP 42 Questionário Laboratorial 2.1 – págs. EP 43 a EP 46 Recursos de aula

Manual – págs. 144 a 172 e-Manual Premium PowerPoint M9 Apoio Áudio M9 Animação – Destilação fracionada do petróleo e cracking térmico e catalítico Simulação – Polaridade das moléculas Vídeo – Química no dia a dia: os candeeiros de lava Tutorial – Destilação fracionada de uma mistura de três componentes

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Caderno de Atividades Caderno de Laboratório do Professor ■■

Justificar a utilização da técnica de destilação fracionada para obter as principais frações do petróleo bruto. Identificar, com base em informação selecionada, as principais frações obtidas na destilação fracionada do petróleo bruto com base no intervalo de temperatura de recolha e tamanho da cadeia carbonada, indicando as principais aplicações. Associar o cracking do petróleo a reações em que moléculas grandes de hidrocarbonetos são transformadas em moléculas mais pequenas, por aquecimento e ação de catalisadores. Associar as reações de isomerização à obtenção de hidrocarbonetos ramificados a partir de hidrocarbonetos lineares, por aquecimento e utilizando catalisadores. Aplicar princípios de nomenclatura para atribuir nomes e escrever fórmulas de estrutura de alcanos, cicloalcanos, alcenos e alcinos. Aplicar princípios de nomenclatura para atribuir nomes e escrever fórmulas de estrutura de álcoois e éteres. Identificar isómeros como compostos que apresentam a mesma fórmula molecular e diferem na fórmula de estrutura e, por essa razão, também nas propriedades físicas e químicas. Identificar isomeria de cadeia, de posição e de grupo funcional. Identificar hidrocarbonetos aromáticos. Verificar a existência, para algumas moléculas, de várias estruturas de Lewis que seguem a regra do octeto (híbridos de ressonância). Interpretar os conceitos de ressonância e de deslocalização eletrónica com base nas estruturas de Kekulé para o benzeno. Interpretar a igualdade dos comprimentos de ligação C–C, na molécula de benzeno, da ligação S–O, na molécula de dióxido de enxofre, e da ligação O–O, na molécula de ozono, com base em estruturas de ressonância. Identificar a polaridade das moléculas com a existência de uma distribuição assimétrica de carga à qual se associa um dipolo elétrico. Classificar moléculas de alcanos, alcenos, cicloalcanos, benzeno, álcoois e éteres quanto à polaridade.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos das questões motivadoras que o introduzem. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 34


D2. Combustíveis, energia e ambiente SD1. Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural


3. Realização da atividade laboratorial AL 2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes AL 2.1 no Caderno de Laboratório – págs. 28 a 33 ■■

De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando o vídeo tutorial da AL 2.1 presente no e-Manual Premium. 4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 170 a 172 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M9 – págs. 49 a 53 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 2.1 – págs. EP 43 a EP 46 do Caderno de Laboratório do Professor üü


Observações:

35

Planificações



10. Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos: compreender as diferenças Questão motivadora O que distingue e caracteriza os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos? Conteúdos Os combustíveis gasosos, líquidos e sólidos Equação dos gases ideais Gases reais e gases ideais Forças intermoleculares e o estado físico dos alcanos Propriedades físicas dos combustíveis: consequências e implicações


Interpretar e aplicar a equação de estado dos gases ideais.

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APL 2 Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 189 Verifique o que aprendeu – págs. 190 a 192 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M10 – págs. 53 a 57

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Caderno de Laboratório do Professor: APL 2 Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados – págs. 34 e 35 Exploração da APL 2 – págs. EP 47 a EP 52 Recursos de aula

Manual – págs. 173 a 192 e-Manual Premium PowerPoint M10 Apoio Áudio M10 Simulação – Equação dos gases ideais Vídeo – Química no dia a dia: o ar condicionado Tutorial – Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados

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Indicar a unidade SI de pressão e outras unidades de uso corrente (torricelli, atmosfera e bar), efetuando conversões entre as mesmas. Associar o conceito de gás ideal aos gases que obedecem à equação dos gases ideais (ou perfeitos) e de gás real aos gases que se afastam daquele comportamento, à medida que a pressão aumenta ou a temperatura diminui. Relacionar a massa volúmica de um gás ideal com a pressão e com a temperatura, por aplicação da equação de estado de um gás ideal. Indicar que, nos estados condensados da matéria (líquido e sólido), ao contrário do que acontece nos gases ideais, não se pode desprezar nem o tamanho das suas unidades estruturais nem as interações entre elas para determinar as suas propriedades. Relacionar a variação de algumas propriedades físicas dos alcanos (estado físico, ponto de fusão e ponto de ebulição) com o tamanho e forma das respetivas moléculas e a intensidade das ligações intermoleculares que se estabelecem. Relacionar propriedades de combustíveis (estado físico, ponto de ebulição e massa volúmica) com processos de transporte, armazenamento e utilização, incluindo medidas de segurança. Discutir, com base em informação selecionada, o papel da investigação em Química na otimização da produção de combustíveis alternativos e na procura dos combustíveis do futuro.

Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas.

36


M10

D2. Combustíveis, energia e ambiente SD1. Combustíveis fósseis: o carvão, o crude e o gás natural


Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Forças intermoleculares versus propriedades físicas das substâncias, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 10.° ano, por se revelarem pré-requisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: ligações intermoleculares. ■■

Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 10.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares. 3. Realização da atividade de projeto laboratorial APL 2 Produção de um biodiesel a partir de óleos alimentares queimados APL 2 no Caderno de Laboratório – págs. 34 e 35 ■■

4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs.190 a 192 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M10 – págs. 53 a 57 do Caderno de Atividades üü


Observações:

37

Planificações



11. Energia, calor, entalpia e variação de entalpia

Questão motivadora Como se explicam as conversões e trocas de energia em reações químicas, em particular no caso dos combustíveis? Conteúdos Energia, calor, entalpia e variação de entalpia Entalpia e variação de entalpia numa reação Variações de entalpia de reação: condições-padrão; entalpia-padrão Variações de entalpia associadas a diferentes tipos de reações Teor de oxigénio na molécula de um combustível versus energia libertada na combustão Entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação: Lei de Hess


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Identificar a entalpia como uma grandeza característica de cada estado de um sistema, concluindo que a sua variação é independente da forma como o sistema evolui entre dois estados.

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AL 2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCℓ(aq)

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AL 2.5 Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois Atividades propostas

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 212 Verifique o que aprendeu – págs. 212 a 215 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M11 – págs. 58 a 64 Caderno de Laboratório do Professor: AL 2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCℓ(aq)– págs. 36 a 39 Exploração da AL 2.3 – págs. EP 53 a EP 57 Questionário Laboratorial 2.3 – págs. EP 58 a EP 60 AL 2.5 Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois – págs. 40 a 43 Exploração da AL 2.5 – págs. EP 61 a EP 66 Questionário Laboratorial 2.5 – págs. EP 67 e EP 68

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Associar entalpia-padrão de reação à variação de entalpia numa reação que ocorre nas condições‑padrão. Associar designações específicas para a entalpia‑padrão quando associada a reações específicas: por exemplo, entalpia-padrão de formação, entalpia‑padrão de combustão, entalpia-padrão de dissolução. Relacionar a entalpia-padrão de combustão com o poder energético dos combustíveis. Determinar a entalpia-padrão de uma reação a partir das entalpias-padrão de formação dos reagentes e produtos da reação. Determinar, aplicando a Lei de Hess, a entalpia‑padrão de uma reação. Interpretar o facto de, regra geral, combustíveis oxigenados como álcoois e éteres terem menor poder energético do que os combustíveis de hidrocarbonetos.

Recursos de aula Manual – págs. 193 a 215 e-Manual Premium PowerPoint M11 Apoio Áudio M11 Interatividade – Estudo da entalpia de uma reação Vídeo – Química no dia a dia: o biodiesel Tutorial – Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH(aq) + HCℓ(aq) Tutorial – Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz. Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados – ver planificação Articulação curricular vertical. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 38


M11

D2. Combustíveis, energia e ambiente SD2. De onde vem a energia dos combustíveis


Inicia-se este módulo com um subcapítulo denominado Consolidar conhecimentos sobre… Variação de entalpia de uma reação química, que pretende relembrar e consolidar conceitos estudados no 10.° ano, por se revelarem pré ‑requisitos fundamentais à melhor compreensão e aplicação de alguns conceitos a aprofundar neste módulo: energia envolvida na rutura e na formação de ligações químicas; energia envolvida numa reação química. ■■

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Depois de relembrados esses conceitos, propõe-se aos alunos a resolução de questões de aplicação com vista a auxiliar a aprendizagem significativa dos mesmos. Depois de consolidados os conceitos abordados no 10.° ano, exploram-se os conteúdos novos e a aprofundar previstos no Programa e Metas Curriculares. 3. Realização das atividades laboratoriais AL 2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH (aq)  + HCℓ (aq)  e AL 2.5 Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois AL 2.3 no Caderno de Laboratório – págs. 36 a 39 AL 2.5 no Caderno de Laboratório – págs. 40 a 43 ■■

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De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando os vídeos tutoriais das AL 2.3 e 2.5 presentes no e-Manual Premium. 4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 212 a 215 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M11 – págs. 58 a 64 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 2.3 – págs. EP 58 a EP 60 do Caderno de Laboratório do Professor üü Questionário Laboratorial 2.5 – págs. EP 67 e EP 68 do Caderno de Laboratório do Professor üü


Observações:

39

Planificações



12. Os plásticos e os materiais poliméricos Questões motivadoras Como se caracterizam os polímeros? Como se distinguem polímeros naturais, artificiais e sintéticos? Conteúdos Os plásticos e os materiais poliméricos O que são polímeros: macromolécula e cadeia polimérica Polímeros naturais, artificiais e sintéticos


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Caracterizar um polímero como um material constituído por macromoléculas.

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 225 Verifique o que aprendeu – págs. 225 e 226 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M12 – págs. 69 e 70

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Distinguir macromolécula de outras moléculas com número elevado de átomos por serem constituídas por muitas unidades pequenas ligadas umas às outras por ligações covalentes. Distinguir polímeros naturais, artificiais e sintéticos e dar exemplos destes tipos de polímeros.

Recursos de aula Manual – págs. 218 a 226 e-Manual Premium PowerPoint M12 Apoio Áudio M12 Animação – Polímeros naturais, artificiais e sintéticos

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos das questões motivadoras que o introduzem. Ao solicitar aos alunos a resposta às questões-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M12 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. 3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 225 e 226 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M12 – págs. 69 e 70 do Caderno de Atividades üü

Observações:

40


M12

D3. Plásticos, vidros e novos materiais SD1. Os plásticos e os materiais poliméricos

D3. Plásticos, vidros e novos materiais SD2. Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros

13. Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros Questão motivadora Como se obtêm os polímeros sintéticos e de que forma a sua estrutura determina as suas propriedades? Conteúdos Polímeros sintéticos e a indústria dos polímeros Obtenção de polímeros sintéticos: monómeros e reação de polimerização Homopolímeros e copolímeros Monómeros e grupos funcionais: álcoois, ácidos carboxílicos, cloretos de ácido, aminas, amidas, éteres, ésteres, aldeídos e cetonas Reações de polimerização: polímeros de adição e polímeros de condensação Famílias de polímeros Estrutura da cadeia polimérica Reciclagem de plásticos: vantagens e limitações


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AL 3.6 Síntese de um polímero

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 244 Verifique o que aprendeu – págs. 244 a 247 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M13 – págs. 71 a 78 Caderno de Laboratório do Professor: AL 3.6 Síntese de um polímero – págs. 44 a 49 Exploração da AL 3.6 – págs. EP 69 a EP 74 Questionário Laboratorial 3.6 – págs. EP 75 a EP 77

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Recursos de aula Manual – págs. 227 a 247 e-Manual Premium PowerPoint M13 Apoio Áudio M13 Animação – A polimerização Vídeo – Química no dia a dia: os sacos plásticos Tutorial – Síntese de um polímero

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M13

■■

Caracterizar uma reação de polimerização como uma reação química em cadeia entre moléculas de monómeros. Distinguir homo e copolímeros com base no número e no tipo de moléculas (monómeros) envolvidas na sua formação. Identificar a unidade estrutural (motivo) de um polímero e relacionar com a estrutura do(s) monómero(s). Associar o grau de polimerização ao número de vezes que a unidade estrutural (motivo) do polímero se repete. Identificar grupos funcionais de várias famílias químicas de compostos orgânicos: ácidos carboxílicos, cloretos de ácido, aminas, amidas, éteres, ésteres, aldeídos e cetonas. Distinguir reações de polimerização de adição e de condensação com base na estrutura do(s) monómero(s), e dar exemplos de polímeros de adição e de condensação. Identificar famílias de polímeros (poliolefinas, poliacrílicos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres), associando a designação dessas famílias aos grupos funcionais dos monómeros. Concluir que a estrutura (linear, ramificada ou reticulada) da cadeia polimérica determina as propriedades físicas dos polímeros. Discutir, com base em informação selecionada, vantagens e limitações da reciclagem de plásticos.

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos da questão motivadora que o introduz.


Ao solicitar aos alunos a resposta à questão-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)‑alunos, explorar o PowerPoint M13 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual.

41

Planificações


Planificações por módulo ■■

De acordo com as características dos alunos e/ou eventuais constrangimentos associados, nomeadamente as condições físicas da escola, complementar a exploração da atividade laboratorial explorando o vídeo tutorial da AL 3.6 presente no e-Manual Premium. 4. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 5. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 244 a 247 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M13 – págs. 71 a 78 do Caderno de Atividades üü Questionário Laboratorial 3.6 – págs. 75 a 77 do Caderno de Laboratório do Professor üü

Observações:

42


3. Realização da atividade laboratorial AL 3.6 Síntese de um polímero AL 3.6 no Caderno de Laboratório – págs. 44 a 49


14. Novos materiais Questões motivadoras O que são biomateriais e quais são as suas principais aplicações? Quais as vantagens e limitações da utilização de biomateriais de base sustentável? Conteúdos Novos materiais O que são biomateriais e suas aplicações Materiais de base sustentável


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Atividades propostas ■■

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Manual: Análise da Síntese de conteúdos – pág. 258 Verifique o que aprendeu – págs. 258 a 260 Caderno de Atividades: Questões de aplicação do módulo M14 – págs. 78 a 81

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Recursos de aula ■■

Manual – págs. 248 a 260 e-Manual Premium PowerPoint M14 Apoio Áudio M14 Animação – Química no dia a dia: os biomateriais

M14

Planificações

D3. Plásticos, vidros e novos materiais SD3. Novos materiais

Identificar um biomaterial como um material com aplicações biomédicas que implicam interações com estruturas biológicas com as quais apresenta elevada compatibilidade. Identificar, com base em informação selecionada, aplicações de biomateriais em medicina (cardiologia, ortopedia, oftalmologia e libertação controlada de fármacos). Associar materiais de base sustentável àqueles que, sendo economicamente viáveis, conjugam as seguintes características: são renováveis, recicláveis e biodegradáveis. Pesquisar e analisar informação sobre investigação atual em novos materiais e materiais de base sustentável.

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Sugestões metodológicas: 1. Iniciar o módulo com a apresentação aos alunos das questões motivadoras que o introduzem. Ao solicitar aos alunos a resposta às questões-problema, proporciona-se uma oportunidade de identificar eventuais conceções alternativas que possuam e avaliar os pré-requisitos essenciais à lecionação dos conhecimentos científicos a estudar já abordados. Assim, a partir do diagnóstico do nível de formulação inicial dos conceitos a estudar, será possível definir/aferir as estratégias mais adequadas para chegar ao nível de formulação desejado dos mesmos conceitos, indo ao encontro das metas referidas. 2. Através do diálogo orientado professor(a)-alunos, explorar o PowerPoint M14 em articulação com as informações contidas no Manual e os recursos do e-Manual Premium. 3. Após explorar todos os conteúdos previstos para este módulo, solicitar aos alunos a leitura da Síntese de conteúdos, que resume os assuntos/conteúdos estudados ao longo do módulo, indo diretamente ao encontro das Metas Curriculares. 4. De acordo com o ritmo de aprendizagem dos alunos, propor, no momento mais oportuno, na sala de aula e/ou para trabalho de casa, a resolução de: Verifique o que aprendeu – págs. 258 a 260 do Manual üü Questões de aplicação do módulo M14 – págs. 78 a 81 do Caderno de Atividades üü


Observações:

43

Testes Teste Diagnóstico Domínio 1 Teste de Avaliação 1 Teste de Avaliação 2 Domínio 2 Teste de Avaliação 3 Teste de Avaliação 4 Domínio 3 Teste de Avaliação 5 Teste de Avaliação 6

Matriz do Teste Diagnóstico Química 12.° ano

Cotação

1.1.

8

1.2.

16

1.3.

8

1.4.

12

4.1.

16

4.2.

8

4.3.

12

5.3.

8

5.4.

12

5.1.

8

5.2.

12

2.1.

8

2.2.

8

2.3.

12

2.4.

8

2.5.

8

3.1.

8

3.2.

8

3.3.

8

3.4.

12

Total

Domínio 1

Metais e ligas metálicas

44

Domínio 2

Combustíveis, energia e ambiente

56

Domínio 3 Pláticos, vidros e novos materiais

20

Pré-requisitos para:

AL 1.2 Um ciclo do cobre APL 1 Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico

AL 1.6 Funcionamento de um sistema-tampão

46

44

36


Item

TD

Teste Diagnóstico

Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos. O mesmo acontece se a letra transcrita for ilegível.

Grupo I

Cotações

1. A Tabela Periódica (TP) reflete a estrutura eletrónica dos átomos que determina as propriedades dos elementos. 1.1. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

8

O cientista que pela primeira vez organizou a TP em grupos e períodos, com uma estrutura semelhante à atual, foi… (A) … Moseley. (B) … Mendeleev. (D) … Lavoisier. 1.2. Com base na configuração eletrónica do átomo de flúor (9F) e do átomo de cloro (17Cℓ) apresente uma explicação para os seguintes factos:

16

– O cloro tem maior raio atómico do que o flúor. – O flúor tem maior energia de ionização do que o cloro. 1.3. Estabeleça a correta correspondência entre as informações das colunas I e II. Coluna I

8

Coluna II

(A) Ligação iónica

(a) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos.

(B) Ligação covalente

(b) Estabelece-se entre átomos de elementos não metálicos.

(C) Ligação metálica

(c) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos e não metálicos.

1.4. Indique, justificando, o tipo de ligação química que se estabelece entre moléculas de dinitrogénio (N2).

12

Grupo II


2. Um grupo de alunos concebeu uma atividade laboratorial com o objetivo de investigar o poder redutor de quatro metais: ferro, cobre, zinco e magnésio. Para tal, reuniu amostras sólidas de cada um dos quatro metais e soluções aquosas dos iões correspondentes, previamente preparadas. Os ensaios foram realizados em pequena escala e em condições controladas de temperatura e volume e concentração das soluções. Para o mesmo metal, os alunos tiveram o cuidado de utilizar dimensões e formas idênticas. Após a realização da atividade os alunos registaram as seguintes observações:

– Os metais ferro, zinco e magnésio, quando colocados na solução de catião cobre(II), sofreram oxidação.

– Os metais ferro, cobre e zinco, quando colocados na solução de catião magnésio, não sofreram oxidação. – O metal zinco foi oxidado pela solução contendo catião ferro(II).

47

Testes

(C) … Dalton.

Teste Diagnóstico

2.1. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

8 EQ12DP © Porto Editora

O metal ferro é oxidado… (A) … apenas na solução de catião cobre(II). (B) … apenas na solução de catião zinco. (C) … nas soluções de catião cobre(II) e de catião zinco. (D) … em todas as soluções utilizadas na atividade laboratorial. 2.2. Escreva a equação química que traduz a reação de oxidação-redução do zinco numa solução de catião cobre(II). 2.3. Todos os sais utilizados eram constituídos pelo ião nitrato.

8

12

Justifique esta opção dos alunos. 2.4. Selecione a opção que dispõe os catiões metálicos por ordem crescente de poder oxidante. (A) Cu  − Zn – Fe − Mg

(C) Mg − Zn − Fe − Cu

(B) Cu2+− Fe2+– Zn2+− Mg2+

(D) Mg2+– Fe2+– Zn2+− Cu2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

8

2+

2.5. O catião chumbo(II) tem maior poder oxidante do que o catião ferro(II) mas menor do que o catião cobre(II).

8

Selecione a opção correta. (A) O catião chumbo(II) é capaz de oxidar o cobre sólido.

(B) O catião chumbo(II) é capaz de oxidar o catião zinco. (C) O magnésio oxida o chumbo sólido. (D) O ferro reduz o catião chumbo(II).

Grupo III

3. Com o objetivo de determinar a concentração de uma solução de um ácido forte monoprótico, o professor começou por demonstrar o procedimento técnico envolvido numa titulação ácido-base, colocando o ácido num balão de Erlenmeyer com algumas gotas de indicador e procedendo à titulação. A sala foi mantida a uma temperatura constante de 25 °C. 3.1. Selecione a opção correta.

8

(A) Na titulação do ácido forte o professor utilizou uma base forte. (B) Na titulação do ácido forte o indicador utilizado deve apresentar uma zona de viragem com um pH muito superior a 7. (C) Na titulação do ácido forte o indicador utilizado deve apresentar uma zona de viragem com um pH muito inferior a 7. (D) Na titulação do ácido forte o professor utilizou uma base fraca. 3.2. De entre os seguintes gráficos selecione aquele que pode corresponder à titulação em causa. (A)

(B)

(C)

(D)

pH

pH

pH

pH

7

7

p.e.

Vtitulante

48

p.e.

Vtitulante

7

p.e.

7

Vtitulante

8

p.e.

Vtitulante

Teste Diagnóstico

3.3. De entre as seguintes opções selecione aquela que contém o nome do instrumento de medição do volume da toma de ácido utilizado pelo professor. (A) Proveta

(C) Bureta

(B) Pipeta volumétrica

(D) Erlenmeyer

8

3.4. Os alunos titularam três tomas de 20,00 mL de ácido (0,200 mol/L) tendo registado os seguintes valores de volume de titulante utilizado em cada ensaio.

12

Volume (mL)

Ensaio

120,05 219,95 320,00

Determine o valor da concentração da solução titulante usada na titulação. Considere que na  = nb. Grupo IV

4. As combustões são reações muito frequentes no nosso dia a dia, envolvendo energia sob a forma de calor. Considere a reação de combustão do etano representada pela seguinte equação química:

Testes

2 C2H6(g) + 7 O2(g) → 4 CO2(g) + 6 H2O(g) A tabela seguinte apresenta os valores das energias de ligação das ligações envolvidas durante o processo. Ligação

C - C

Energia de ligação (kJ/mol)

C - H

O = O

C = O

O - H

346,8413,4497,0804,3463,5

4.1. Calcule a variação de entalpia associada à combustão do etano.

16

4.2. A combustão do etano é um processo endoenergético ou exoenergético?

8

4.3. Se a reação de combustão ocorrer em sistema isolado, a temperatura do sistema aumenta ou diminui? Justifique. 12

Grupo V

5. A compreensão do mecanismo de polimerização é fundamental para a indústria dos plásticos.


Considere as seguintes reações apresentadas. Reação 1

n CH2

CH2

Composto 1

( CH2

CH2 (n

(Polietileno) Polímero Caixas plásticas de PE (polietileno)

EQ12DP – 04

49

Teste Diagnóstico

Reação 2 (Nylon 6.6) Polímero

O

n H 2N

H N

(

NH2 OH

n HO

+

O

O

N (n H

O

+


(Hexano-1,6-diamina)

(2n-1) H2O

(Ácido hexano-1,6-dioico)

(Água)

5.1. Selecione a opção que contém o nome do composto 1 apresentado na reação 1.

8

(A) Etano (B) Eteno (C) Etino (D) Etanol 5.2. Identifique, para a reação 2, os grupos funcionais característicos do hexano-1,6-diamina e do ácido hexano-1,6-dioico.

12

5.3. Selecione a opção que contém o tipo de ligações intermoleculares que se podem estabelecer entre as moléculas de hexano-1,6-diamina.

8

(A) Apenas forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido).

(B) Ligações dipolo-dipolo e forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido) (C) Apenas ligações covalentes polares. (D) Pontes de hidrogénio e forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido). 5.4. Explique o facto de o ponto de ebulição do octano ser muito superior ao do etano.

12

Questão

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

4.1.

4.2.

4.3.

5.1.

5.2.

5.3.

5.4.

Total

Cotação

8

16

8

12

8

8

12

8

8

8

8

8

12

16

8

12

8

12

8

12

200

50

Teste Diagnóstico

TD Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. A Tabela Periódica (TP) reflete a estrutura eletrónica dos átomos que determina as propriedades dos elementos. 1.1. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

8

O cientista que pela primeira vez organizou a TP em grupos e períodos, com uma estrutura semelhante à atual, foi… (A) … Moseley. (B) … Mendeleev. (C) … Dalton.

Testes

(D) … Lavoisier. (B). Moseley Em 1913, corrige a tabela de Mendeleev, estabelecendo a periodicidade dos elementos em função do número atómico - Z.

Mendeleev Em 1870, colocou os elementos por ordem crescente das suas massas atómicas, distribuindo-os em 8 colunas verticais e 12 linhas horizontais. Dalton Não organizou os elementos numa tabela, criou um modelo atómico, o modelo da “bola de bilhar”. Lavoisier Em 1789, deu a conhecer uma lista de elementos dividida em vários “conjuntos”: cromometais, gases, ácidos e elementos terrosos. 1.2. Com base na configuração eletrónica do átomo de flúor (9F) e do átomo de cloro (17Cℓ) apresente uma explicação para os seguintes factos:

16

– O cloro tem maior raio atómico do que o flúor. – O flúor tem maior energia de ionização do que o cloro. Tópico A F − 1s22s2 2p5 ;  17Cℓ − 1s22s2 2p6 3s2 3p5

9


Tópico B O cloro e o flúor pertencem ao mesmo grupo da TP (grupo 17), no entanto, o cloro tem mais um nível/camada preenchido do que o flúor. Por isso, o cloro tem maior raio atómico. Tópico C Quanto maior for o raio atómico, maior é a distância entre os eletrões de valência e o núcleo. Como o cloro é maior do que o flúor, a força de atração elétrica entre o núcleo (carga positiva) e eletrão (carga negativa) é menor no cloro do que no flúor e, consequentemente, a energia necessária para extrair o eletrão, e ionizar o átomo, também é menor no cloro do que no flúor.

51

Teste Diagnóstico

1.3. Estabeleça a correta correspondência entre as informações das colunas I e II. Coluna II

(A) Ligação iónica

(a) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos.

(B) Ligação covalente

(b) Estabelece-se entre átomos de elementos não metálicos.

(C) Ligação metálica

(c) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos e não metálicos.


Coluna I

8

(A) Ligação iónica – (c) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos e não metálicos. (B) Ligação covalente – (b) Estabelece-se entre átomos de elementos não metálicos. (C) Ligação metálica – (a) Estabelece-se entre átomos de elementos metálicos. 1.4. Indique, justificando, o tipo de ligação química que se estabelece entre moléculas de dinitrogénio (N2).

12

A molécula de dinitrogénio é apolar (moléculas elementares/homonucleares são sempre apolares). As moléculas compostas/heteronucleares podem ser apolares ou polares dependendo da geometria da molécula. Entre moléculas apolares a única ligação que se estabelece é a ligação dipolo instantâneo-dipolo induzido.

Grupo II

2. Um grupo de alunos concebeu uma atividade laboratorial com o objetivo de investigar o poder redutor de quatro metais: ferro, cobre, zinco e magnésio. Para tal reuniu amostras sólidas de cada um dos quatro metais e soluções aquosas dos iões correspondentes, previamente preparadas. Os ensaios foram realizados em pequena escala e em condições controladas de temperatura e volume e concentração das soluções. Para o mesmo metal, os alunos tiveram o cuidado de utilizar dimensões e formas idênticas. Após a realização da atividade os alunos registaram as seguintes observações:

– Os metais ferro, zinco e magnésio, quando colocados na solução de catião cobre(II), sofreram oxidação.

– Os metais ferro, cobre e zinco, quando colocados na solução de catião magnésio, não sofreram oxidação. – O metal zinco foi oxidado pela solução contendo catião ferro(II).


8

O metal ferro é oxidado… (A) … apenas na solução de catião cobre(II). (B) … apenas na solução de catião zinco. (C) … nas soluções de catião cobre(II) e de catião zinco. (D) … em todas as soluções utilizadas na atividade laboratorial. (A).

Para que o metal seja oxidado, o poder de oxidação do catião na solução (  Cu2+)  tem de ser superior ao poder de oxidação do catião metálico (  Fe2+) a partir da amostra metálica sólida. Neste caso, apenas o catião cobre(II) tem maior poder oxidante do que o catião ferro(II). Ou

Todos os metais (ferro, zinco e magnésio) têm poder redutor suficiente para reduzir o catião cobre(II) a cobre sólido, pelo que o ferro é oxidado pelo Cu2+. 2.2. Escreva a equação química que traduz a reação de oxidação-redução do zinco numa solução de catião cobre(II). Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

52

8

Teste Diagnóstico

2.3. Todos os sais utilizados eram constituídos pelo ião nitrato. Justifique esta opção dos alunos.

12

Numa qualquer atividade investigativa o controlo de variáveis é fundamental. Nesta atividade pretende-se estudar apenas a reatividade dos catiões. Assim, se os aniões também fossem alterados em cada solução, a reatividade observada podia dever-se quer ao catião quer ao anião e o objetivo estabelecido para a atividade não seria devidamente alcançado. Neste caso, utiliza-se o ião nitrato por ser muito pouco reativo com os metais estudados e a sua reatividade ser sempre a mesma em todas as soluções, pelo que as diferenças que se observam apenas se devem à reatividade dos catiões a estudar. 2.4. Selecione a opção que dispõe os catiões metálicos por ordem crescente de poder oxidante. (A) Cu  − Zn – Fe − Mg

(C) Mg − Zn − Fe − Cu

(B) Cu − Fe – Zn − Mg

(D) Mg2+– Fe2+– Zn2+− Cu2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

2+

8

2+

2.5. O catião chumbo(II) tem maior poder oxidante do que o catião ferro(II) mas menor do que o catião cobre(II). Selecione a opção correta. (A) O catião chumbo(II) é capaz de oxidar o cobre sólido.

(B) O catião chumbo(II) é capaz de oxidar o catião zinco.

8

(C) O magnésio oxida o chumbo sólido. (D) O ferro reduz o catião chumbo(II).

(D). Se o catião chumbo(II) tem maior poder oxidante do que o catião ferro(II) mas menor do que o catião cobre(II), então encontra-se entre estes dois elementos numa série eletroquímica (Mg2+ − Zn2+ − Fe2+ − Pb2+ − Cu2+) . Grupo III

3. Com o objetivo de determinar a concentração de uma solução de um ácido forte monoprótico, o professor começou por demonstrar o procedimento técnico envolvido numa titulação ácido-base, colocando o ácido num balão de Erlenmeyer com algumas gotas de indicador e procedendo à titulação. A sala foi mantida a uma temperatura constante de 25 °C. 3.1. Selecione a opção correta.

8

(A) Na titulação do ácido forte o professor utilizou uma base forte. (B) Na titulação do ácido forte o indicador utilizado deve apresentar uma zona de viragem com um pH muito superior a 7. (C) Na titulação do ácido forte o indicador utilizado deve apresentar uma zona de viragem com um pH muito inferior a 7.


(D) Na titulação do ácido forte o professor utilizou uma base fraca. (A). Numa titulação, a solução selecionada pelo técnico de laboratório para titular um ácido ou uma base deve ser sempre forte. Assim, a solução básica de uma base forte, quando titula um ácido monoprótico, origina uma titulação com ponto de equivalência de pH = 7.

53

Testes

(C). Na atividade os alunos verificaram: – Os metais ferro, zinco e magnésio, quando colocados na solução de catião cobre(II), sofreram oxidação, ou seja, o cobre é o metal com menor poder redutor e, consequentemente, é o elemento com maior poder oxidante [catião cobre(II)]. – Os metais ferro, cobre e zinco, quando colocados na solução de catião magnésio, não sofreram oxidação, ou seja, o magnésio é o metal com maior poder redutor e, consequentemente, é o elemento com menor poder oxidante [catião magnésio(II)]. – O metal zinco foi oxidado pela solução contendo catião ferro(II), ou seja, o zinco tem maior poder redutor do que o ferro e, consequentemente, menor poder oxidante (catião zinco).

Teste Diagnóstico

3.2. De entre os seguintes gráficos selecione aquele que pode corresponder à titulação em causa. (A) (B) (C) (D) pH

pH

7

7

p.e.

pH p.e.

pH p.e.

Vtitulante

p.e.

7

Vtitulante

Vtitulante

(D). Numa titulação ácido forte-base forte, com estequiometria 1:1, o pH no ponto de equivalência é igual a 7 (  a 25 °C).  Como o titulado é o ácido, o pH inicial é < 7. 3.3. De entre as seguintes opções selecione aquela que contém o nome do instrumento de medição do volume da toma de ácido utilizado pelo professor. (A) Proveta

(C) Bureta

(B) Pipeta volumétrica

(D) Erlenmeyer


Vtitulante

7

8

8

(B). O balão de Erlenmeyer não é um instrumento de medição de volumes. A proveta não é um instrumento de medição rigorosa de volumes, pelo que não pode ser utilizada nesta atividade laboratorial. A bureta é utilizada apenas para realizar a própria titulação. 3.4. Os alunos titularam três tomas de 20,00 mLde ácido (0,200 mol/L) tendo registado os seguintes valores de volume de titulante utilizado em cada ensaio. Ensaio

Volume (mL)

1

20,05

2

19,95

3

20,00

Determine o valor da concentração da solução titulante usada na titulação. Considere que na  = nb.

Uma vez que foram realizados vários ensaios é necessário determinar o volume médio: 20,05 + 19,95 + 20,00 Vmédio =  ___________________         = 20,00 mL 3 Como a estequiometria da reação é de 1:1: na = nb ⇔ ca × Va = cb × Vb ⇔ ⇔ 0,200 × 20,00 =  cb × 20,00 ⇔ cb = 0,200 mol/L

Grupo IV

4. As combustões são reações muito frequentes no nosso dia a dia, envolvendo energia sob a forma de calor. Considere a reação de combustão do etano representada pela seguinte equação química: 2 C2H6(g) + 7 O2(g) → 4 CO2(g) + 6 H2O(g) A tabela seguinte apresenta os valores das energias de ligação das ligações envolvidas durante o processo. Ligação Energia de ligação (kJ/mol)

54

C - C

C - H

O = O

C = O

O - H

346,8413,4497,0804,3463,5

12

Teste Diagnóstico

4.1. Calcule a variação de entalpia associada à combustão do etano.

16

A molécula de etano é formada por uma ligação covalente simples entre átomos de carbono e seis ligações covalentes simples entre átomos de carbono e hidrogénio. A molécula de dioxigénio é formada por uma ligação covalente dupla entre átomos de oxigénio. Equebra de ligações = 2 × EC − C + 12 × EC – H + 6 × EO = O ⇔ ⇔ Equebra de ligações = 2 × 346,8 + 12 × 413,4 + 6 × 497,0 ⇔ Equebra de ligações = 8636,4 kJ A molécula de dióxido de carbono é formada por duas ligações covalentes duplas entre átomos de carbono e oxigénio. A molécula de água é formada por duas ligações covalentes simples entre átomos de oxigénio e hidrogénio. Eformação de ligações = 8 × EC = O + 12 × EO − H ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 8 × 804,3 + 12 × 463,5 ⇔ Eformação de ligações = 11 996,4 kJ ΔHreação = ΔHreagentes + ΔHprodutos = 8636,4 + (  − 11 996,4)  = − 3360,0 kJ

4.2. A combustão do etano é um processo endoenergético ou exoenergético? Exoenergético, porque ΔH reação < 0.

8

4.3. Se a reação de combustão ocorrer em sistema isolado, a temperatura do sistema aumenta ou diminui? Justifique.

12

Numa reação exotérmica, a energia química transforma-se em energia térmica. Assim, se a reação ocorrer num sistema isolado, a temperatura irá aumentar.

Grupo V

Testes

5. A compreensão do mecanismo de polimerização é fundamental para a indústria dos plásticos. Considere as seguintes reações apresentadas. Reação 1 n CH2

CH2

( CH2

Composto 1

CH2 (n

(Polietileno) Polímero Caixas plásticas de PE (polietileno)

Reação 2 (Hexano-1,6-diamina)

O

n H2N

NH2

+ OH

n HO O

(Nylon 6.6) Polímero

O

(Ácido hexano-1,6-dioico)

H N

(

O

N (n H

+ (2n-1) H2O (Água)


5.1. Selecione a opção que contém o nome do composto 1 apresentado na reação 1. (A) Etano

(C) Etino

(B) Eteno

(D) Etanol

8

(B). Um hidrocarboneto com dois carbonos (etano ou derivado do etano) e uma ligação dupla (alceno) é o eteno.

55

Teste Diagnóstico

5.2. Identifique, para a reação 2, os grupos funcionais característicos do hexano-1,6-diamina e do ácido hexano-1,6-dioico.


O grupo funcional característico do hexano-1,6-diamina: grupo amino (  – NH2)   H2N NH2 O grupo funcional característico do ácido hexano-1,6-dioico: grupo carboxilo (  – COOH)   OH

HO

O

O

5.3. Selecione a opção que contém o tipo de ligações intermoleculares que se podem estabelecer entre as moléculas de hexano-1,6-diamina.

8

(A) Apenas forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido).

(B) Ligações dipolo-dipolo e forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido) (C) Apenas ligações covalentes polares. (D) Pontes de hidrogénio e forças de London (dipolo instantâneo-dipolo induzido).

(D). Todos os compostos exercem sobre outros compostos forças de London. No caso do hexano-1,6-diamina, a existência de átomos nomeadamente de oxigénio ligados a um átomo de hidrogénio e oxigénios com pares de eletrões não ligantes proporciona a existência de pontes de hidrogénio. OH O

HO O

5.4. Explique o facto de o ponto de ebulição do octano ser muito superior ao do etano.

12

Ambas as moléculas são hidrocarbonetos saturados, ou seja, moléculas apolares, pelo que o único tipo de ligações que se formam entre este tipo de moléculas são as ligações dipolo instantâneo-dipolo induzido (forças de London).

As forças de London são tanto mais intensas quanto maiores forem as nuvens eletrónicas das moléculas envolvidas nas ligações. Geralmente, a nuvem eletrónica é tanto maior quanto maior for a massa molar. Como M (octano) > M (etano), as forças de London são mais intensas entre as moléculas de octano do que entre as moléculas de etano, pelo que o ponto de ebulição do octano é superior ao ponto de ebulição do etano.

Questão

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

4.1.

4.2.

4.3.

5.1.

5.2.

5.3.

5.4.

Total

Cotação

8

16

8

12

8

8

12

8

8

8

8

8

12

16

8

12

8

12

8

12

200

56

Critérios de correção do Teste Diagnóstico

1.1. .......................................................................................8 pontos (B) 1.2. .....................................................................................16 pontos Tópico A 9F – 1s2 2s2 2p5 ; 17 Cℓ – 1s2 2s2 2p63s2 3p5 Tópico B O cloro e o flúor pertencem ao mesmo grupo da TP (grupo 17). No entanto, o cloro tem mais um nível/camada preenchido do que o flúor. Por isso, o cloro tem maior raio atómico.

Tópico C Quanto maior for o raio atómico, maior é a distância entre os eletrões de valência e o núcleo. Como o cloro é maior do que o flúor, a força de atração elétrica entre o núcleo (carga positiva) e eletrão (carga negativa) é menor no cloro do que no flúor e, consequentemente, a energia necessária para extrair o eletrão, e ionizar o átomo, também é menor no cloro do que no flúor. 1.3. .......................................................................................8 pontos (A) – (c) ; (B) – (b) ; (C) – (a) 1.4. .....................................................................................12 pontos Tópico A A molécula de dinitrogénio é apolar (moléculas elementares/homonucleares são sempre apolares).

Tópico B Entre moléculas apolares a única ligação que se estabelece é a ligação dipolo instantâneo-dipolo induzido.

Grupo II 2.1. .......................................................................................8 pontos (A) 2.2. .......................................................................................8 pontos Zn(s) + Cu2+( aq) → Zn2+( aq) + Cu(s)

2.3. .....................................................................................12 pontos Tópico A Numa qualquer atividade investigativa o controlo de variáveis é fundamental. Nesta atividade, pretende-se estudar apenas a reatividade dos catiões. Assim, se os aniões também fossem alterados em cada solução, a reatividade observada podia dever-se quer ao catião quer ao anião e o objetivo estabelecido para a atividade não seria devidamente alcançado. Tópico B Neste caso, utiliza-se o ião nitrato por ser muito pouco reativo com os metais estudados e a sua reatividade ser sempre a mesma em todas as soluções, pelo que as diferenças que se observam apenas se devem à reatividade dos catiões a estudar.

2.4. .......................................................................................8 pontos (C) 2.5. .......................................................................................8 pontos (D)


Grupo III 3.1. .......................................................................................8 pontos (A) 3.2. .......................................................................................8 pontos (D)

3.3. .......................................................................................8 pontos (B) 3.4. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo do volume médio dos ensaios registados 20,05 + 19,95 + 20,00 Vmédio =  _________________         = 20,00 mL 3 Etapa B – Cálculo da concentração da solução titulante na = nb ⇔ ca × Va = cb × Vb ⇔ ⇔ 0,200 × 20,00 =  cb × 20,00 ⇔ cb = 0,200 mol/L

Grupo IV 4.1. .....................................................................................16 pontos Etapa A – Cálculo da entalpia dos reagentes Equebra de ligações = 2 × EC - C + 12 × EC – H + 6 × EO = O ⇔ ⇔  Equebra de ligações = 2 × 346,8+12 × 413,4 + 6 × 497,0 ⇔ ⇔  Equebra de ligações = 8626,4 kJ Etapa B – Cálculo da entalpia dos produtos da reação Eformação de ligações = 8 × EC = O + 12 × EO - H ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 8 × 804,3 + 12 × 463,5 ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 11 996,4 kJ Etapa C – Variação de entalpia da combustão ΔHreação = ΔHreagentes + ΔHprodutos = = 8636,4 + (  - 11 996,4)  = - 3360,0 kJ

4.2. .......................................................................................8 pontos Exoenergético 4.3. .....................................................................................12 pontos Tópico A Numa reação exotérmica, a energia química transforma-se em energia térmica. Tópico B Assim, se a reação ocorrer num sistema isolado, a temperatura irá aumentar.

Grupo V 5.1. .......................................................................................8 pontos (B) 5.2. .....................................................................................12 pontos Tópico A O grupo funcional característico do hexano-1,6-diamina é o grupo amino. Tópico B O grupo funcional característico do ácido hexano-1,6-dioico é o grupo carboxilo. 5.3. .......................................................................................8 pontos (D) 5.4. .....................................................................................12 pontos Tópico A Ambas as moléculas são hidrocarbonetos saturados, ou seja, moléculas apolares, pelo que o único tipo de ligações que se formam entre este tipo de moléculas são as ligações dipolo instantâneo-dipolo induzido (forças de London).

Tópico B As forças de London são tanto mais intensas quanto maiores forem as nuvens eletrónicas das moléculas envolvidas nas ligações. Geralmente, a nuvem eletrónica é tanto maior quanto maior for a massa molar. Como M (octano) > M (etano), as forças de London são mais intensas entre as moléculas de octano do que entre as moléculas de etano, pelo que o ponto de ebulição do octano é superior ao ponto de ebulição do etano.

57

Testes

Grupo I

58

N.° de alunos

IV

V

16

8

12

8

8

12

Média das notas Nota mais elevada Nota mais baixa

8

8

8

N.° de positivas

8

8

12

N.° de negativas

8

16

12

% de positivas

8

8

8

12

% de negativas

12 200

Total

-

Balanço do teste

30

Aluno

III

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

II

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°

Item Cotação

I

Turma: 12.°


Grupo

Teste Diagnóstico

Grelha de classificação do Teste Diagnóstico -

Matriz do Teste de Avaliação 1 Domínio 1 Metais e ligas metálicas

Item

Cotação

1.1.

8

1.2.

12

Total

Domínio 1

40

M1 Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

1.3.1.

8

1.3.2.

12

2.1.

12 24

M2 Ligação química nos metais e noutros sólidos

2.2.

12

2.3.1.

8

2.3.2.

8

2.3.3.

8

2.3.4.

12

3.1.

8

3.2.

8

3.3.

8


3.4.

12

12

M6 Metais, complexos e cor

5.1.

8

8

4.1.

8



24

20

M7 Os metais no organismo humano

M8 Os metais como catalisadores

Testes

36

M3 Corrosão: uma oxidação indesejada

4.2.

12

4.3.

16

5.2.

8

5.3.

12

AL1.5 A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos

16

20

59


TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. A Tabela Periódica surgiu devido à crescente descoberta de elementos químicos e da consequente necessidade de organização dos mesmos, de acordo com as suas propriedades, determinadas pela estrutura eletrónica dos átomos. No extrato da TP seguinte constam os símbolos de alguns elementos.

Na

P

11

K

19

15

Cu

29

Ar

18

Zn

30

1.1. Das seguintes afirmações, relativas aos elementos Na, Ar e K, selecione a verdadeira.

8

(A) Os elementos Na e Ar possuem o mesmo número de eletrões de valência, uma vez que pertencem ao mesmo período. (B) Os elementos Na e K possuem o mesmo número de eletrões de valência, por isso pertencem ao mesmo grupo da TP. (C) O raio atómico de Na é menor do que o raio atómico de Ar. (D) A energia de ionização dos elementos Na e K é a mesma uma vez que os elementos pertencem ao mesmo grupo da TP. 1.2. Justifique a localização do elemento 1 5Pna TP, com base na configuração eletrónica respetiva.

12

1.3. Considere os elementos cobre, 29 Cu, e zinco, 30Zn. 1.3.1. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) Os elementos cobre e zinco pertencem ao bloco d. (B) O elemento cobre pertence ao bloco p e o elemento zinco ao bloco d. (C) O elemento zinco pertence ao bloco pe o elemento cobre ao bloco d. (D) Os elementos cobre e zinco pertencem ao bloco f. 1.3.2. Comente a seguinte afirmação. O zinco, 30 Zn, apesar da sua localização na TP, não é considerado um elemento de transição.

60

12

Teste de Avaliação 1 Grupo II

2. Os elementos químicos podem estabelecer ligações entre si, devido à partilha significativa de eletrões entre átomos e/ou iões, dando origem a estruturas como moléculas ou compostos iónicos. Por sua vez, estas estruturas podem estabelecer ligação com outras, mediante uma partilha pouco significativa de eletrões. Considere as espécies químicas representadas pelas seguintes fórmulas químicas.

(I) NaCℓ (II) H2O (III) Cℓ2 (IV) He (V) Aℓ 2.1. Indique, justificando, o tipo de ligação química que prevalece entre as seguintes unidades estruturais.

12

a) H2Oe H2 O b) Cℓ2 e Cℓ2

Aℓe Aℓ c)

d) H2 Oe He 2.2. Apresente uma justificação, com base nas energias de coesão e na intensidade das forças entre as unidades estruturais, para o facto de o ponto de fusão do cloreto de sódio, NaCℓ, e da água, H2 O, serem muito diferentes (801 °Ce 0 °C, respetivamente).

12

2.3. Os metais, de acordo com o respetivo poder redutor, tendem a sofrer oxidação ou redução na presença de outros metais. Considere a seguinte série eletroquímica. Poder redutor Zn

Mg

Na

Ca

Testes

Cu

As figuras seguintes representam placas mergulhadas em soluções aquosas que contêm catiões dos metais em estudo. (I)

Mg

(II))

Zn2+

Zn

Mg2+

2.3.1. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) Na situação (I) não se verifica a ocorrência de qualquer reação química.

(B) Na situação (II) verifica-se a deposição de um sólido metálico sobre a placa de Zn. (C) Na situação (I) verifica-se deposição de um sólido metálico sobre a placa de Mg. (D) Verifica-se a ocorrência de reação química em ambas as situações. 2.3.2. Escreva a equação química que representa a reação espontânea de oxidação-redução entre os metais em estudo.

8

2.3.3. Selecione a opção que apresenta a variação do número de oxidação do agente redutor.

8

(A) + 4


(B) - 2 (C) 0 (D) + 2

2.3.4. Se na situação (II) fosse utilizada uma placa de cálcio ocorreria reação química? Justifique.

12

61

Teste de Avaliação 1 Grupo III

Ânodo

Cátodo

A

C

B

D


3. Numa célula galvânica constituída por elétrodos de ferro e alumínio verifica-se fluxo de eletrões do elétrodo de alumínio para o elétrodo de ferro. Como eletrólitos foram utilizadas soluções aquosas de nitrato de alumínio e nitrato de ferro(II).

3.1. Faça a legenda da figura.

8

3.2. Das seguintes opções selecione aquela que apresenta a equação química que ocorre no cátodo.

8

(A) Aℓ3+ (aq) + 3 e− → Aℓ(s)

(B) Fe2+(aq) + 2 e− → Fe(s) (C) Aℓ(s) → Aℓ3+(aq) + 3 e−

(D) Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e− 3.3. Escreva os pares conjugados de oxidação-redução envolvidos na célula considerada. 3.4. Explique a razão pela qual são utilizados pedaços de zinco sobre o casco metálico (de ferro) dos navios como forma de os proteger contra a corrosão.

8 12

Grupo IV

4. Metais como o cálcio, o potássio, o sódio, o magnésio e o ferro fazem parte da constituição do organismo humano, desempenhando importantes funções. O ferro, por exemplo, está presente na estrutura da hemoglobina, responsável pelo transporte de dioxigénio às células. 4.1. Das seguintes afirmações selecione a que se refere a uma das principais funções do ferro no organismo humano.

8

(A) Participa nos processos metabólicos que regulam a produção de energia. (B) Participa no balanço osmótico nas membranas celulares. (C) O seu défice pode dar origem a uma situação de anemia. (D) Quando presente no organismo, ainda que em quantidades vestigiais, provoca intoxicações. 4.2. Explique de que forma a quantidade de dioxigénio ligado à hemoglobina influencia o transporte do dioxigénio no organismo. Indique a designação que se atribui à ligação dioxigénio-hemoglobina.

12

4.3. Os metais também podem ser utilizados enquanto catalisadores.

16

Elabore um pequeno texto onde explore os seguintes tópicos: • Função de um catalisador • Aplicações dos catalisadores e importância da sua utilização • Distinção entre catálise homogénea e catálise heterogénea

62

Teste de Avaliação 1 Grupo V

5. Um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial com o objetivo de aplicar a Lei de Lambert-Beer na 2+ determinação da concentração de um ião complexo de cor azul – [Cu(NH3)4]  , tetraaminocobre(II) – que apresenta absorvância máxima a 𝜆 = 510 nm.

Absorvância

Numa das etapas, os alunos construíram uma curva de calibração a partir dos valores da absorvância obtidos para cinco soluções de concentrações diferentes e construíram o seguinte gráfico. A = f (c) 0,5000 0,4500 0,4000 0,3500 0,3000 0,2500 0,2000 y = 1,0142x + 0,0393 0,1500 R2 = 0,9953 0,1000 0,0500 0,0000 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Concentração (mol dm–3)

5.1. Relativamente ao ião tetraaminocobre(II), selecione a opção que apresenta, sequencialmente, o ião central, o número de coordenação e os ligandos.

8

(A) NH3– 3– Cu2+

Testes

(B) NH3– 4– Cu2+ (C) Cu2+– 3– NH3 (D) Cu2+– 4– NH3 5.2. Escreva a equação que representa a curva da variação da absorvância em função da concentração, A = f  (c). 

8

5.3. Determine a concentração da solução que constitui uma amostra-problema e que apresenta uma absorvância igual a 0,3142.


Apresente o resultado com três algarismos significativos.

Questão

1.1.

1.2. 1.3.1. 1.3.2. 2.1.

2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. 2.3.4. 3.1.

Cotação

8

12

12

8

12

12

8

8

8

12

8

3.2.

3.3.

3.4.

4.1.

4.2.

4.3.

5.1.

5.2.

8

8

12

8

12

16

8

8

5.3. Total

12

200

63

12


TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. A Tabela Periódica surgiu devido à crescente descoberta de elementos químicos e da consequente necessidade de organização dos mesmos, de acordo com as suas propriedades, determinadas pela estrutura eletrónica dos átomos. No extrato da TP seguinte constam os símbolos de alguns elementos.

Na

P

11

K

19

15

Cu

29

Ar

18

Zn

30

1.1. Das seguintes afirmações, relativas aos elementos Na, Ar e K, selecione a verdadeira.

8

(A) Os elementos Na e Ar possuem o mesmo número de eletrões de valência, uma vez que pertencem ao mesmo período. (B) Os elementos Na e K possuem o mesmo número de eletrões de valência, por isso pertencem ao mesmo grupo da TP. (C) O raio atómico de Na é menor do que o raio atómico de Ar. (D) A energia de ionização dos elementos Na e K é a mesma uma vez que os elementos pertencem ao mesmo grupo da TP. (B). De acordo com as configurações eletrónicas, 1 1Na − 1s22s2 2p6 3s1 e 1 9K − 1s22s2 2p6 3s2 3p6 4s1 , os elementos Na e K, por terem um eletrão de valência, pertencem ao grupo 1 da TP. 1.2. Justifique a localização do elemento 1 5Pna TP, com base na configuração eletrónica respetiva. Configuração eletrónica: 1 5P − 1s22s2 2p6 3s2 3p3 Dado que os seus eletrões estão distribuídos por três níveis energéticos, o elemento fósforo pertence ao 3.° período e por possuir 5 eletrões de valência e a última orbital preenchida do tipo p pertence ao grupo 15 da TP.

64

12


1.3. Considere os elementos cobre, 2 9Cu, e zinco, 30Zn. 1.3.1. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) Os elementos cobre e zinco pertencem ao bloco d. (B) O elemento cobre pertence ao bloco p e o elemento zinco ao bloco d. (C) O elemento zinco pertence ao bloco p e o elemento cobre ao bloco d. (D) Os elementos cobre e zinco pertencem ao bloco f. (A). Os elementos cobre e zinco pertencem ao bloco dda Tabela Periódica, uma vez que os seus eletrões mais energéticos ocupam orbitais d. 1.3.2. Comente a seguinte afirmação.

12

O zinco, 30 Zn, apesar da sua localização na TP, não é considerado um elemento de transição. Zn – [ Ar]  3d104s2

30

Para que um elemento possa ser considerado de transição tem de ter orbitais d semipreenchidas ou formar iões estáveis com orbitais dsemipreenchidas. O zinco (Zn), apesar de pertencer ao bloco d, não é um elemento de transição dado que possui na sua configuração eletrónica o subnível d totalmente 10 ) , passando a ter a configuração eletrónica [Ar]  3 d10ao formar o ião Zn2+. preenchido ( d

Grupo II

Testes

2. Os elementos químicos podem estabelecer ligações entre si, devido à partilha significativa de eletrões entre átomos e/ou iões, dando origem a estruturas como moléculas ou compostos iónicos. Por sua vez, estas estruturas podem estabelecer ligação com outras, mediante uma partilha pouco significativa de eletrões. Considere as espécies químicas representadas pelas seguintes fórmulas químicas.

(I) NaCℓ (II) H2O (III) Cℓ2 (IV) He (V) Aℓ 2.1. Indique, justificando, o tipo de ligação química que prevalece entre as seguintes unidades estruturais.

12

a) H2Oe H2 O b) Cℓ2 e Cℓ2

Aℓe Aℓ c)

d) H2Oe He a) Ligação de hidrogénio, dado que as moléculas são polares e que cada molécula possui um átomo de hidrogénio ligado a um átomo muito eletronegativo (oxigénio).

b) Ligação dipolo instantâneo-dipolo induzido, dado que é a ligação estabelecida entre moléculas apolares. c) Ligação metálica, dado que é a ligação estabelecida entre dois átomos metálicos.

d) Ligação dipolo-dipolo induzido, dado que é a ligação estabelecida entre uma molécula polar e uma unidade estrutural apolar. 2.2. Apresente uma justificação, com base nas energias de coesão e na intensidade das forças entre as unidades estruturais, para o facto de o ponto de fusão do cloreto de sódio, NaCℓ, e da água, H2 O, serem muito diferentes (801 °Ce 0 °C, respetivamente).


A energia de coesão entre os iões Na+e Cℓ- é muito maior do que a energia de coesão entre as moléculas de H2 O. Esta diferença é devida ao facto de as forças de ligação, entre as unidades estruturais, serem muito mais intensas entre os iões Na+e Cℓ- do que entre as moléculas de H2 O.

Como quanto maior for a intensidade das forças que mantêm ligadas as unidades estruturais, maior será a energia que é necessário fornecer para quebrar as ligações entre as mesmas. Assim, o ponto de fusão do NaCℓé muito maior do que o ponto de fusão da água. EQ12DP – 05

65

12


Poder redutor

Cu

Zn

Mg

Na

Ca


2.3. Os metais, de acordo com o respetivo poder redutor, tendem a sofrer oxidação ou redução na presença de outros metais. Considere a seguinte série eletroquímica.

As figuras seguintes representam placas mergulhadas em soluções aquosas que contêm catiões dos metais em estudo. (I)

Mg

(II))

Zn

Mg2+

Zn2+


8

(A) Na situação (I) não se verifica a ocorrência de qualquer reação química.

(B) Na situação (II) verifica-se a deposição de um sólido metálico sobre a placa de Zn.

(C) Na situação (I) verifica-se deposição de um sólido metálico sobre a placa de Mg. (D) Verifica-se a ocorrência de reação química em ambas as situações.

(C). Na situação (I) verifica-se deposição de um sólido metálico sobre a placa de Mg uma vez que o magnésio possui maior poder redutor que o zinco, por isso oxida-se. 2.3.2. Escreva a equação química que representa a reação espontânea de oxidação-redução entre os metais em estudo.

8

2.3.3. Selecione a opção que apresenta a variação do número de oxidação do agente redutor.

8

Mg(s) + Zn2+(aq) → Mg2+(aq) + Zn(s) (A) + 4

(B) - 2

(C) 0

(D) + 2

(D). Δn.o. (Mg) = + 2 − 0 = + 2

2.3.4. Se na situação (II) fosse utilizada uma placa de cálcio ocorreria reação química? Justifique.

O cálcio possui maior poder redutor do que o magnésio, sendo, por isso, capaz de reduzir o catião magnésio. Assim, o cálcio, ao provocar a redução do catião magnésio, sofre oxidação, ocorrendo reação de oxidação-redução.

Grupo III

3. Numa célula galvânica constituída por elétrodos de ferro e alumínio verifica-se fluxo de eletrões do elétrodo de alumínio para o elétrodo de ferro. Como eletrólitos foram utilizadas soluções aquosas de nitrato de alumínio e nitrato de ferro(II).

66

Ânodo

Cátodo

A

C

B

D

12


3.1. Faça a legenda da figura. A – Solução aquosa de nitrato de alumínio; B – Placa de alumínio; C – Solução aquosa de nitrato de ferro(II); D – Placa de ferro.

8

3.2. Das seguintes opções selecione aquela que apresenta a equação química que ocorre no cátodo.

8

(A) Aℓ3+ (aq) + 3 e− → Aℓ(s)

(C) Aℓ(s) → Aℓ3+(aq) + 3 e−

(D) Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e−

(B) Fe2+(aq) + 2 e− → Fe(s)

(B). Fe2+(aq) + 2 e− → Fe(s), porque no cátodo ocorre uma redução. 3.3. Escreva os pares conjugados de oxidação-redução envolvidos na célula considerada.

8

Aℓ (aq)/Aℓ(s)e Fe (aq)/Fe(s) 3+

2+

3.4. Explique a razão pela qual são utilizados pedaços de zinco sobre o casco metálico (de ferro) dos navios como forma de os proteger contra a corrosão.

12

O zinco possui maior poder redutor do que o ferro, oxidando-se mais facilmente do que o ferro. Assim, enquanto existir zinco sobre o ferro do casco do navio, este não será corroído.

Grupo IV

4.1. Das seguintes afirmações selecione a que se refere a uma das principais funções do ferro no organismo humano.

8

(A) Participa nos processos metabólicos que regulam a produção de energia. (B) Participa no balanço osmótico nas membranas celulares. (C) O seu défice pode dar origem a uma situação de anemia. (D) Quando presente no organismo, ainda que em quantidades vestigiais, provoca intoxicações. (C). O défice de ferro pode dar origem a uma situação de anemia. 4.2. Explique de que forma a quantidade de dioxigénio ligado à hemoglobina influencia o transporte do dioxigénio no organismo. Indique a designação que se atribui à ligação dioxigénio-hemoglobina.

12

Quanto maior for o número de moléculas de dioxigénio ligadas à hemoglobina, mais fácil será a incorporação de outras moléculas de dioxigénio, facilitando assim o transporte de dioxigénio pelo organismo. Pelo facto de a ligação dioxigénio-hemoglobina ser facilitada com a presença de moléculas de dioxigénio já ligadas, a esta ligação atribui-se a designação de ligação cooperativa. 4.3. Os metais também podem ser utilizados enquanto catalisadores. Elabore um pequeno texto onde explore os seguintes tópicos:

16

• Função de um catalisador • Aplicações dos catalisadores e importância da sua utilização


• Distinção entre catálise homogénea e catálise heterogénea Um catalisador tem como principal função alterar a velocidade de uma reação química, sem alterar a sua extensão. São utilizados em química, bioquímica ou atividade industrial devido à necessidade de acelerar reações que ocorrem em condições de temperatura e/ou concentrações comparativamente baixas. Na catálise homogénea, o catalisador encontra-se no mesmo estado físico dos reagentes, formando uma única fase, estando dissolvido com os reagentes no mesmo solvente. Na catálise heterogénea, o catalisador e os reagentes encontram-se em estados físicos diferentes, formando um sistema heterogéneo.

67

Testes

4. Metais como o cálcio, o potássio, o sódio, o magnésio e o ferro fazem parte da constituição do organismo humano, desempenhando importantes funções. O ferro, por exemplo, está presente na estrutura da hemoglobina, responsável pelo transporte de dioxigénio às células.


Absorvância

Numa das etapas, os alunos construíram uma curva de calibração a partir dos valores da absorvância obtidos para cinco soluções de concentrações diferentes e construíram o seguinte gráfico.


5. Um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial com o objetivo de aplicar a Lei de Lambert-Beer na 2+ determinação da concentração de um ião complexo de cor azul – [Cu(NH3)4]  , tetraaminocobre(II) – que apresenta absorvância máxima a 𝜆 = 510 nm.

A = f (c) 0,5000 0,4500 0,4000 0,3500 0,3000 0,2500 0,2000 y = 1,0142x + 0,0393 0,1500 R2 = 0,9953 0,1000 0,0500 0,0000 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Concentração (mol dm–3)

5.1. Relativamente ao ião tetraaminocobre(II), selecione a opção que apresenta, sequencialmente, o ião central, o número de coordenação e os ligandos.

8

(A) NH3– 3– Cu2+ (B) NH3– 4– Cu2+ (C) Cu2+– 3– NH3 (D) Cu2+– 4– NH3 (D). Para o ião tetraaminocobre(II), o Cu2+é o ião central, tem número de coordenação 4 e apresenta como ligandos 4 moléculas de NH3. 5.2. Escreva a equação que representa a curva da variação da absorvância em função da concentração, A = f  (c). 

8

A = 1,0142 × c + 0,0393

5.3. Determine a concentração da solução que constitui uma amostra-problema e que apresenta uma absorvância igual a 0,3142. Apresente o resultado com três algarismos significativos. A partir da equação da reta de ajuste: A = 1,0142 × c + 0,0393 ⇒ 0,3142 = 1,0142 × c + 0,0393 ⇔ 0,3142 − 0,0393         = 0,2710 mol dm−3 ⇔ c =  _______________ 1,0142 O valor da concentração com três algarismos significativos será: c = 0,271 mol dm− 3

Questão

1.1.

1.2. 1.3.1. 1.3.2. 2.1.

2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. 2.3.4. 3.1.

Cotação

8

12

12

68

8

12

12

8

8

8

12

8

3.2.

3.3.

3.4.

4.1.

4.2.

4.3.

5.1.

5.2.

8

8

12

8

12

16

8

8

5.3. Total

12

200

12

Critérios de correção do Teste de Avaliação 1

1.1. .......................................................................................8 pontos (B) 1.2. .....................................................................................12 pontos Configuração eletrónica: 15P − 1s22s2 2p6 3s2 3p3 Dado que os seus eletrões estão distribuídos por três níveis energéticos, o elemento fósforo pertence ao 3.° período e por possuir 5eletrões de valência e a última orbital preenchida do tipo ppertence ao grupo 15da TP. 1.3.1. .....................................................................................8 pontos (A) 1.3.2. ...................................................................................12 pontos Configuração eletrónica: 30Zn – [ Ar]  3d104s2 Para que um elemento possa ser considerado de transição tem de ter orbitais dsemipreenchidas ou formar iões estáveis com orbitais dsemipreenchidas. O zinco (  Zn),  apesar de pertencer ao bloco d, não é um elemento de transição dado que possui na sua configuração eletrónica o subnível d totalmente preenchido (  d10 ),  passando a ter a configuração eletrónica [Ar]  3d10ao formar o ião Zn2+.

Grupo II 2.1. .....................................................................................12 pontos a) H2 Oe H2 O– ligação de hidrogénio b) Cℓ2 e Cℓ2– ligação dipolo instantâneo-dipolo induzido c) Aℓe Aℓ– ligação metálica d) H2Oe He– ligação dipolo-dipolo induzido

2.2. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Comparação das energias de coesão A energia de coesão entre os iões Na+e Cℓ-é muito maior do que a energia de coesão entre as moléculas de H2 O. Esta diferença é devida ao facto de as forças de ligação entre as unidades estruturais serem muito mais intensas entre os iões Na+e Cℓ-do que entre as moléculas de H2 O. Tópico B – Conclusão Quanto maior for a intensidade das forças que mantêm ligadas as unidades estruturais, maior será a energia que é necessário fornecer para quebrar as ligações entre as mesmas. Assim, o ponto de fusão do NaCℓé muito maior do que o ponto de fusão da água. 2.3.1. .....................................................................................8 pontos (C)

2.3.2. .....................................................................................8 pontos Mg(s) + Zn2+(aq) → Mg2+(aq) + Zn(s) 2.3.3. .....................................................................................8 pontos (D) 2.3.4. ...................................................................................12 pontos Tópico A – Comparação do poder redutor O cálcio possui maior poder redutor do que o magnésio, sendo, por isso, capaz de reduzir o catião magnésio. Tópico B – Conclusão Assim, o cálcio, ao provocar a redução do catião magnésio, sofre oxidação, ocorrendo reação de oxidação-redução.


Grupo III 3.1. .......................................................................................8 pontos A – Solução aquosa de nitrato de alumínio B – Placa de alumínio C – Solução aquosa de nitrato de ferro(II) D – Placa de ferro

3.2. .......................................................................................8 pontos (B) 3.3. .......................................................................................8 pontos Aℓ3+ ( aq)/Aℓ(s)e Fe2+( aq)/Fe(s)

3.4. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Comparação do poder redutor O zinco possui maior poder redutor do que o ferro, oxidando-se mais facilmente do que o ferro. Tópico B – Conclusão Assim, enquanto existir zinco sobre o ferro do casco do navio, este não será corroído.

Grupo IV 4.1. .......................................................................................8 pontos (C) 4.2. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Influência da quantidade de oxigénio ligado à hemoglobina Quanto maior for o número de moléculas de dioxigénio ligadas à hemoglobina, mais fácil será a incorporação de outras moléculas de dioxigénio, facilitando assim o transporte de dioxigénio pelo organismo. Tópico B – Designação da ligação dioxigénio-hemoglobina Pelo facto de a ligação dioxigénio-hemoglobina ser facilitada com a presença de moléculas de dioxigénio já ligadas, a esta ligação atribui-se a designação de ligação cooperativa. 4.3. .....................................................................................16 pontos Tópico A – Função do catalisador Um catalisador tem como principal função alterar a velocidade de uma reação química, sem alterar a sua extensão. Tópico B – Aplicações dos catalisadores e importância da sua utilização São utilizados em química, bioquímica ou atividade industrial devido à necessidade de acelerar reações que ocorrem em condições de temperatura e/ou concentrações comparativamente baixas. Tópico C – Distinção entre catálise homogénea e catálise heterogénea Na catálise homogénea, o catalisador encontra-se no mesmo estado físico dos reagentes, formando uma única fase, estando dissolvido com os reagentes no mesmo solvente. Na catálise heterogénea, o catalisador e os reagentes encontram-se em estados físicos diferentes, formando um sistema heterogéneo.

Grupo V 5.1. .......................................................................................8 pontos (D) 5.2. .......................................................................................8 pontos A = 1,0142 × c + 0,0393 5.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo da concentração A = 1,0142 × c + 0,0393 ⇒ 0,3142 = 1,0142 × c + 0,0393 ⇔ 0,3142 − 0,0393 ⇔ c =  _____________         = 0,2710 mol dm− 3 1,0142 Etapa B – Apresentação do resultado com o número correto de algarismos significativos c = 0,271 mol dm− 3

69

Testes

Grupo I

70

N.° de alunos

IV

V

12

8

12

12

12

8


8

8

12

N.° de positivas

8

8

8

N.° de negativas

8

12

12

% de positivas

8

16

8

12

% de negativas

8 200

Total

-

Balanço do teste

30

Aluno

III

1.1. 1.2. 1.3.1. 1.3.2. 2.1. 2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. 2.3.4. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3.

II

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°

Item Cotação

I

Turma: 12.°


Grupo


Grelha de classificação do Teste de Avaliação 1 -

Matriz do Teste de Avaliação 2 Domínio 1 Metais e ligas metálicas

Item

Cotação

1.1.

8

1.2.1.

12

1.2.2.

8

1.2.3.

12

1.3.

12

2.1.

8

2.2.

12

2.3.

8

3.1.

8

3.2.

8

3.3.

16

4.1.

12

4.2.

8

4.3.

8

4.4.

12

4.5.

8

4.6.

8

5.1.

8

5.2.

12

5.3.

12

Total

Domínio 1

M2 Ligação química nos metais e noutros sólidos

M3 Corrosão: uma oxidação indesejada




AL1.6 Funcionamento de um sistema-tampão

52

28

32

Testes

M1 Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

48

8

32

71


TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. As propriedades dos elementos e das respetivas substâncias elementares variam de uma forma periódica com a sua posição na Tabela Periódica. Entre as propriedades periódicas mais importantes da TP encontram-se o raio atómico, a energia de ionização e a afinidade eletrónica. Os gráficos seguintes representam a variação de duas dessas propriedades periódicas. A

B Cs

K Li

He

Rb

Ne

Na

Ar

Kr

Xe

H H

Xe

Kr

Ar

Rn Li Na

He Ne 0

10

20

30

40

50

Rn

60 70 80 90 Número atómico, Z

0

10

K 20

Rb 30

40

Cs 50

60

70

80

90

Número atómico, Z

1.1. Identifique qual dos gráficos, A ou B, pode corresponder à variação do raio atómico.

8

1.2. Considere os elementos químicos magnésio, 12 Mg, e cálcio, 20 Ca. 1.2.1. Com base na configuração eletrónica dos elementos, localize-os na Tabela Periódica. 1.2.2. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

12 8

(A) O cálcio é um elemento de transição. (B) O magnésio pertence ao bloco p da TP. (C) O magnésio e o cálcio pertencem ao bloco s. (D) Os dois elementos são metais alcalinos. 1.2.3. Compare e justifique a diferença no valor da primeira energia de ionização do magnésio e do cálcio. 1.3. Os elementos do bloco d são maioritariamente metais de transição. Justifique o facto de o cobre, 29 Cu, poder ser considerado metal de transição.

72

12 12


2. As forças intermoleculares são de natureza eletrostática e envolvem a partilha pouco significativa de eletrões. Considere as substâncias representadas pelas seguintes fórmulas químicas:

(I) CH4 (II) CO2 (III) H2O (IV) NH3 2.1. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) Entre moléculas de CH4estabelecem-se ligações dipolo-dipolo induzido. (B) As forças intermoleculares que prevalecem entre moléculas de H2 Oe de CO2são do tipo dipolo-dipolo induzido. (C) O tipo de ligação que prevalece entre as moléculas de H2 Oe de NH3é a ligação dipolo-dipolo. (D) Entre moléculas de CH4e de CO2estabelecem-se ligações dipolo-dipolo induzido. 2.2. A energia de coesão entre as moléculas de dióxido de carbono é 25,2 kJ mol− 1e a energia de coesão entre os iões do cloreto de prata, AgCℓ, tem um valor igual a 904 kJ mol− 1.

12

Justifique o facto de o ponto de ebulição do dióxido de carbono ser muito inferior ao ponto de fusão do cloreto de prata. 2.3. Das seguintes afirmações, referentes às propriedades físicas dos sólidos cristalinos, selecione a verdadeira.

8

Testes

(A) Os sólidos moleculares e iónicos são muito duros e bons condutores de calor. (B) Os sólidos moleculares e covalentes caracterizam-se por serem bons condutores de calor e de eletricidade. (C) De todos os sólidos cristalinos, os metais são os que apresentam menor brilho. (D) Os sólidos metálicos distinguem-se dos restantes sólidos pelo facto de serem bons condutores de calor e de eletricidade e apresentarem brilho metálico.

Grupo III

3. Numa das etapas do processo reacional do ciclo do cobre é possível obter cobre a partir da reação representada pela seguinte equação química: CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq)

3.1. Calcule a variação dos números de oxidação do cobre e do zinco.

8

3.2. Das seguintes opções selecione a que indica a fórmula química do agente redutor.

8

(A) CuSO4(aq)


(B) Zn(s)

(C) Cu(s)

(D) ZnSO4(aq) 3.3. Sabendo que o rendimento da reação é 90%, determine a massa mínima de Zn(s)que deveria ser utilizada para se obter 7,63 gde cobre.

73

16


4. Numa célula galvânica ocorre a reação global representada pela seguinte equação química: Ânodo

Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)

Cátodo

4.1. Atendendo a que, nas condições-padrão, a reação química considerada é espontânea, compare o poder redutor dos metais envolvidos na reação.


Grupo IV

12

4.2. Identifique o elétrodo que funciona como cátodo.

8

4.3. Das seguintes opções selecione a que identifica a solução que pode ser utilizada como eletrólito na semicélula que contém o elétrodo de cobre.

8

(A) Fe(  NO3)2 

(C) Zn(  NO3)2 

(B) Cu(  NO3)2 

(D) NaCℓ

4.4. Em qual das semicélulas se verifica um aumento da concentração do eletrólito? Justifique.

12

4.5. Selecione a opção que representa esquematicamente a célula galvânica em estudo. (A) Cu2+(aq)│Cu(s)││Fe(s)│Fe2+(aq)

(C) Cu(s)│Cu2+(aq)││Fe(s)│Fe2+(aq)

(B) Fe(s)│Fe (aq)││Cu(s)│Cu (aq)

(D) Fe(s)│Fe (aq)││Cu (aq)│Cu(s)

2+

2+

8

2+

2+

4.6. A anodização do alumínio é um processo que se baseia no tratamento eletroquímico do alumínio, com o objetivo de proteger esse material de agentes oxidantes.

8

Das seguintes afirmações selecione a verdadeira. (A) A anodização é um processo espontâneo. (B) A anodização do alumínio diminui a resistência desse material à corrosão. (C) Pelo processo de anodização uma peça de alumínio fica revestida por uma camada de Aℓ2 O3 . (D) A anodização não é um processo de oxidação-redução.

Grupo V

5. Com o objetivo de determinar experimentalmente o efeito de um sistema-tampão, um grupo de alunos realizou uma titulação de 25 mLde uma solução aquosa de carbonato de sódio, Na2 CO3 , de concentração 0,100 mol dm− 3, com uma solução aquosa 0,100 mol dm− 3de ácido clorídrico, HCℓ. 5.1. Indique os pares ácido-base responsáveis pelo efeito tampão verificado durante a titulação considerada.

8

5.2. Determine o valor do pH da solução de Na2 CO3 utilizada.

12

5.3. Determine o volume de solução aquosa de HCℓgasto na titulação até ao primeiro ponto de equivalência.

12

Considere, a 25 °C, Ka (HCO−3  ) = 4,7 × 10− 11e Kw  = 1,0 × 10− 14.

Questão

1.1.

Cotação

8

74

1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3.

12

8

12

12

2.1.

2.2.

2.3.

3.1.

3.2.

3.3.

4.1.

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

4.6.

5.1.

5.2.

5.3.

Total

8

12

8

8

8

16

12

8

8

12

8

8

8

12

12

200

TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. As propriedades dos elementos e das respetivas substâncias elementares variam de uma forma periódica com a sua posição na Tabela Periódica. Entre as propriedades periódicas mais importantes da TP encontram-se o raio atómico, a energia de ionização e a afinidade eletrónica. Os gráficos seguintes representam a variação de duas dessas propriedades periódicas. A

B

K Li

He

Ne

Na

Ar

Kr

Xe

H H

Xe

Kr

Ar

10

20

30

40

Li Na 50

Rn

Rn

He Ne 0

Testes

Cs Rb

60 70 80 90 Número atómico, Z

0

10

K 20

Rb 30

40

Cs 50

60

70

80

90

Número atómico, Z

1.1. Identifique qual dos gráficos, A ou B, pode corresponder à variação do raio atómico.

8

Gráfico A. O raio atómico diminui ao longo de um período e aumenta ao longo de um grupo. 1.2. Considere os elementos químicos magnésio, 12 Mg, e cálcio, 20 Ca. 1.2.1. Com base na configuração eletrónica dos elementos, localize-os na Tabela Periódica. 2

2

6

2

2

12 2

6

2

6

2

As configurações eletrónicas dos elementos são: 12 Mg − 1s 2s 2p 3s e 2 0Ca − 1s 2s 2p 3s 3p 4s . O magnésio possui dois eletrões de valência, por isso pertence ao grupo 2 da TP. Pelo facto de os seus eletrões estarem distribuídos por três níveis energéticos, encontra-se no 3.° período da TP. O cálcio possui dois eletrões de valência e os seus eletrões estão distribuídos por quatro níveis energéticos, por isso pertence ao mesmo grupo do magnésio (grupo 2) e ao 4.° período da TP. 1.2.2. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) O cálcio é um elemento de transição.


(B) O magnésio pertence ao bloco p da TP. (C) O magnésio e o cálcio pertencem ao bloco s. (D) Os dois elementos são metais alcalinos. (C). O magnésio e o cálcio pertencem ao bloco suma vez que são elementos do grupo 2.

75


1.2.3. Compare e justifique a diferença no valor da primeira energia de ionização do magnésio e do cálcio.

1.3. Os elementos do bloco d são maioritariamente metais de transição.


O magnésio e o cálcio pertencem ao mesmo grupo da TP (grupo 2). A energia de ionização diminui ao longo de um grupo em consequência do aumento do número de níveis energéticos preenchidos. Assim, dado que os eletrões do cálcio estão distribuídos por um maior número de níveis energéticos, a primeira energia de ionização do cálcio é menor do que a primeira energia de ionização do magnésio.

12

12

Justifique o facto de o cobre, 29 Cu, poder ser considerado metal de transição. O cobre por possuir a configuração 29 Cu – [Ar]  3d10 4s1 , cujos eletrões mais energéticos ocupam orbitais do tipo d, pertence ao bloco dda TP. Para que um elemento possa ser considerado de transição tem de ter orbitais d semipreenchidas ou formar iões estáveis com orbitais d semipreenchidas. ) ou Cu2+(com a O cobre, 2 9Cu, pode dar origem a dois iões: Cu+(com a configuração eletrónica [Ar]  3d10 9 configuração eletrónica [Ar]  3d  ) . Assim, o cobre, apesar de poder possuir uma configuração eletrónica 4s1 , é considerado um metal de transição, uma vez que, pelo menos, um dos iões que tende a formar, [Ar]  3d10 o catião Cu2+, tem uma orbital no subnível d semipreenchida.

Grupo II

2. As forças intermoleculares são de natureza eletrostática e envolvem a partilha pouco significativa de eletrões. Considere as substâncias representadas pelas seguintes fórmulas químicas:

(I) CH4

(II) CO2

(III) H2O

(IV) NH3

2.1. Das seguintes afirmações selecione a verdadeira.

8

(A) Entre moléculas de CH4estabelecem-se ligações dipolo-dipolo induzido. (B) As forças intermoleculares que prevalecem entre moléculas de H2 Oe de CO2são do tipo dipolo-dipolo induzido. (C) O tipo de ligação que prevalece entre as moléculas de H2 Oe de NH3é a ligação dipolo-dipolo. (D) Entre moléculas de CH4e de CO2estabelecem-se ligações dipolo-dipolo induzido. (B). Entre moléculas de H2 Oe de CO2prevalecem as forças dipolo-dipolo induzido, forças que prevalecem na interação entre substâncias polares e substâncias apolares. 2.2. A energia de coesão entre as moléculas de dióxido de carbono é 25,2 kJ mol− 1e a energia de coesão entre os iões do cloreto de prata, AgCℓ, tem um valor igual a 904 kJ mol− 1.

12

Justifique o facto de o ponto de ebulição do dióxido de carbono ser muito inferior ao ponto de fusão do cloreto de prata. A energia de coesão entre os iões da substância A gCℓé muito superior à energia de coesão entre as moléculas de dióxido de carbono, dado que as forças responsáveis pela coesão em A gCℓ (ião-ião) são de intensidade muito superior às estabelecidas entre as moléculas de dióxido de carbono (dipolo instantâneo-dipolo induzido). Quanto maior for a intensidade das forças que mantêm ligadas as unidades estruturais, maior será o seu ponto de fusão. Assim, o ponto de fusão do AgCℓé muito superior ao do dióxido de carbono. 2.3. Das seguintes afirmações, referentes às propriedades físicas dos sólidos cristalinos, selecione a verdadeira. (A) Os sólidos moleculares e iónicos são muito duros e bons condutores de calor. (B) Os sólidos moleculares e covalentes caracterizam-se por serem bons condutores de calor e de eletricidade. (C) De todos os sólidos cristalinos, os metais são os que apresentam menor brilho. (D) Os sólidos metálicos distinguem-se dos restantes sólidos pelo facto de serem bons condutores de calor e de eletricidade e apresentarem brilho metálico. (D). Os sólidos metálicos são bons condutores de calor e de eletricidade e apresentam brilho metálico, característica que os distingue dos restantes sólidos.

76

8


3. Numa das etapas do processo reacional do ciclo do cobre é possível obter cobre a partir da reação representada pela seguinte equação química: CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq)

3.1. Calcule a variação dos números de oxidação do cobre e do zinco.

8

Δn.o. (Cu) = 0 − (+ 2) = − 2

Δn.o. (Zn) = + 2 − 0 = + 2

3.2. Das seguintes opções selecione a que indica a fórmula química do agente redutor. (A) CuSO4(aq)

8

(C) Cu(s)

(B) Zn(s)

(D) ZnSO4(aq)

(B). Zn(s), pois é a espécie que sofre oxidação.

3.3. Sabendo que o rendimento da reação é 90%, determine a massa mínima de Zn(s)que deveria ser utilizada para se obter 7,63 gde cobre.

16

A quantidade química de Cuobtida é calculada a partir de: M  (Cu)  = 63,55 g mol- 1

m 7,63 n =  __    =  ______     = 0,120 mol M 63,55

Testes

Atendendo ao rendimento da reação, é possível calcular a quantidade de C uprevista. n n obtida obtida       × 100 ⇔ nprevista =  _____     × 100 ⇔ η =  ______  np revista η 0,120    × 100 = 0,133 mol ⇔ nprevista =  ______   90,0 A quantidade de Znutilizada é calculada pela relação estequiométrica entre a quantidade desse reagente e a quantidade prevista: 1 mol de Zn _______________ 1 mol de Cu         ⇔ x = 0,133 mol  ___________    =     x 0,133 mol de Cu M (Zn) = 65,38 g mol− 1 m n = __      ⇔ m = n × M ⇔ m = 0,133 × 65,38 = 8,70 g M Grupo IV

4. Numa célula galvânica ocorre a reação global representada pela seguinte equação química: Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)

Ânodo

Cátodo


4.1. Atendendo a que, nas condições-padrão, a reação química considerada é espontânea, compare o poder redutor dos metais envolvidos na reação.

12

Da análise da equação química que ocorre na célula, o ferro sofre oxidação e o catião cobre(II) sofre redução. Dado que o ferro sofre oxidação na presença do catião cobre(II), então pode concluir-se que o poder redutor do ferro é superior ao poder redutor do cobre. 4.2. Identifique o elétrodo que funciona como cátodo.

8

Elétrodo de cobre, pois é no elétrodo de cobre que ocorre redução.

77


(A) Fe(  NO3)2 

(B) Cu(  NO3)2  (C) Zn(  NO3)2 


4.3. Das seguintes opções selecione a que identifica a solução que pode ser utilizada como eletrólito na semicélula que contém o elétrodo de cobre.

(D) NaCℓ (B). O eletrólito deverá conter o catião do metal que constitui o elétrodo. 4.4. Em qual das semicélulas se verifica um aumento da concentração do eletrólito? Justifique.

12

O elétrodo de ferro sofre oxidação, por isso a reação química representada por F e(s) → Fe (aq) + 2 e ocorre espontaneamente. 2+

−

No elétrodo de cobre ocorre redução do catião cobre(II), de acordo com a equação química − Cu2+(aq) + 2 e  → Cu(s).

Assim, como a quantidade de Fe2+(aq)aumenta, a semicélula em que se verifica um aumento da concentração do eletrólito é a que contém o elétrodo de ferro.

4.5. Selecione a opção que representa esquematicamente a célula galvânica em estudo.

8

(A) Cu (aq)│Cu(s)││Fe(s)│Fe (aq) 2+

2+

(B) Fe(s)│Fe (aq)││Cu(s)│Cu (aq) 2+

2+

(C) Cu(s)│Cu2+(aq)││Fe(s)│Fe2+(aq) (D) Fe(s)│Fe (aq)││Cu (aq)│Cu(s) 2+

2+

(D).

Fe(s)│Fe2+(aq)││Cu2+(aq)│Cu(s) 4.6. A anodização do alumínio é um processo que se baseia no tratamento eletroquímico do alumínio, com o objetivo de proteger esse material de agentes oxidantes.

8

Das seguintes afirmações selecione a verdadeira. (A) A anodização é um processo espontâneo. (B) A anodização do alumínio diminui a resistência desse material à corrosão. (C) Pelo processo de anodização uma peça de alumínio fica revestida por uma camada de Aℓ2 O3 . (D) A anodização não é um processo de oxidação-redução. (C). A anodização de uma peça de alumínio leva à formação de uma camada de Aℓ2 O3 em torno da peça de alumínio.

Grupo V

5. Com o objetivo de determinar experimentalmente o efeito de um sistema-tampão, um grupo de alunos realizou uma titulação de 25 mLde uma solução aquosa de carbonato de sódio, Na2 CO3 , de concentração 0,100 mol dm− 3, com uma solução aquosa 0,100 mol dm− 3de ácido clorídrico, HCℓ. 5.1. Indique os pares ácido-base responsáveis pelo efeito tampão verificado durante a titulação considerada. HCO−3  /CO2− 3  – Até se atingir o 1.° ponto de equivalência.

H2CO3 / HCO−3  – Entre o 1.° e o 2.° pontos de equivalência.

78

8


5.2. Determine o valor do pH da solução de Na2 CO3 utilizada.

12

Considere, a 25 °C, Ka (HCO   ) = 4,7 × 10 e Kw  = 1,0 × 10 . − 3

− 11

− 14

A concentração inicial do anião carbonato é obtida considerando a dissociação do sal: Na2CO3(aq) → 2 Na+(aq) + CO2− 3  (aq)

2− 3 [ CO3  (  aq)]   = [Na2CO3(  aq)]   = 0,100 mol dm

O carácter químico da solução de carbonato de sódio resulta da ionização do anião carbonato, traduzida pelo seguinte equilíbrio químico: ⇌ HCO−3  (aq)+ OH-(aq) O2− C 3  (aq)+H2O(ℓ) − 3 c   0,100—— i  (mol dm ) −3   m ol dm   0 ,100 − x xx c ) eq ( 1,0 × 10− 14 Kw __________ ___ K       = 2,1 × 10− 4     =   a × Kb = Kw⇔ Kb =   Ka 4,7 × 10− 11 2− − 4 K b(CO3  ) = 2,1 × 10

[HCO3  (  aq)]      × [OH (  aq)]  e   x  e Kb  =  _______________________                 =  _________ ⇔ −

−

2

[CO2−   aq)]     3  (

0,100 − x

e

x  2       ⇔ 2,1 ×  10− 4 =  _________ ⇔ 0,100 − x ⇔ x = 4,5 ×  10− 3mol dm− 3

Testes

Conhecida a concentração de OH–, é possível calcular pOH e, consequentemente, o valor do pH. pOH = − log [OH−]e   = − log (4,5 × 10− 3) = 2,3 pH + pOH = 14,0 ⇔ pH = 14,0 - 2,3 = 11,7 5.3. Determine o volume de solução aquosa de HCℓgasto na titulação até ao primeiro ponto de equivalência.

12

Até ao primeiro ponto de equivalência a estequiometria da reação de neutralização é 1:1. Assim, a quantidade de base a neutralizar pode ser calculada a partir de: Na2CO3(aq) + HCℓ(aq) → HCO−3  (aq) + NaCℓ(aq) nb = cb × Vb = 0,100 × 25 × 10− 3 = 2,5 × 10− 3mol Cálculo de volume de titulante gasto: No ponto de equivalência, na = nb . na na ca =  __    ⇔ Va =  __    ⇔ Va ca 2,5 × 10−3     ⇔ Va  =  _________    = 2,5 × 10−2 dm3⇔ 0,100


⇔ Va = 25 mL

Questão

1.1.

Cotação

8

1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3.

12

8

12

12

2.1.

2.2.

2.3.

3.1.

3.2.

3.3.

4.1.

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

4.6.

5.1.

5.2.

5.3.

Total

8

12

8

8

8

16

12

8

8

12

8

8

8

12

12

200

79


1.1. .......................................................................................8 pontos Gráfico A 1.2.1. ...................................................................................12 pontos Etapa A – Configurações eletrónicas 12Mg − 1s22s2 2p6 3s2 Ca − 1s22s2 2p6 3s2 3p6 4s2 20 Etapa B – Localização na TP O magnésio possui dois eletrões de valência, por isso pertence ao grupo 2 da TP. Pelo facto de os seus eletrões estarem distribuídos por três níveis energéticos, encontra-se no 3.° período da TP. O cálcio possui dois eletrões de valência e os seus eletrões estão distribuídos por quatro níveis energéticos, por isso pertence ao mesmo grupo do magnésio (grupo 2) e ao 4.° período da TP. 1.2.2. .....................................................................................8 pontos (C) 1.2.3. ...................................................................................12 pontos Etapa A – Localização dos elementos na TP O magnésio e o cálcio pertencem ao mesmo grupo da TP. Etapa B – Comparação da energia de ionização. A energia de ionização diminui ao longo de um grupo em consequência do aumento do número de níveis energéticos preenchidos. Assim, dado que os eletrões do cálcio estão distribuídos por um maior número de níveis energéticos, a primeira energia de ionização do cálcio é menor do que a primeira energia de ionização do magnésio. 1.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Configuração eletrónica 29Cu - [Ar] 3d10 4s1 Pertence ao bloco d da TP. Etapa B – Justificação Para que um elemento possa ser considerado de transição tem de ter orbitais dsemipreenchidas ou formar iões estáveis com orbitais dsemipreenchidas. O cobre, 29 Cu, pode dar origem a dois iões: Cu+(com a configuração eletrónica [Ar] 3d10 ) ou Cu2+(com a configuração eletrónica [Ar] 3d9 ) . Assim, o cobre, apesar de poder possuir uma configuração eletrónica [Ar] 3d10 4s1 , é considerado um metal de transição uma vez que pelo menos um dos iões que tende a formar, o catião Cu2+, tem uma orbital no subnível dsemipreenchida.

Grupo II 2.1. .......................................................................................8 pontos (B) 2.2. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Comparação das energias de coesão A energia de coesão entre os iões da substância AgCℓ é muito superior à energia de coesão entre as moléculas de dióxido de carbono, dado que as forças responsáveis pela coesão em AgCℓ (ião-ião) são de intensidade muito superior às estabelecidas entre as moléculas de dióxido de carbono (dipolo instantâneo-dipolo induzido).

80

Etapa B – Conclusão Quanto maior for a intensidade das forças que mantêm ligadas as unidades estruturais, maior será o seu ponto de fusão. Assim, o ponto de fusão do AgCℓé muito superior ao do dióxido de carbono. 2.3. .......................................................................................8 pontos (D)

Grupo III 3.1. .......................................................................................8 pontos Δn.o. (Cu) = 0 − (+ 2) = − 2 Δn.o. (Zn) = + 2 − 0 = + 2 3.2. .......................................................................................8 pontos (B) 3.3. .....................................................................................16 pontos Etapa A – Quantidade de Cuobtida M (Cu) = 63,55 g mol- 1 7,63 m   = _____ n =  __        = 0,120 mol M 63,55 Etapa B – Quantidade de Cuprevista nobtida nobtida     × 100 ⇔ η =  ______     × 100 ⇔ nprevista =  _____     nprevista η 0,120  × 100 = 0,133 mol ⇔ nprevista =  _____   90,0 Etapa C – Quantidade de Znutilizada A quantidade de Znutilizada é calculada por relação estequiométrica entre a quantidade desse reagente e a quantidade prevista: 1 mol de 1 mol de   Cu   ⇔  ___________        Zn   =  ___________ x 0,133 mol de Cu ⇔ x = 0,133 mol

M (Zn) = 65,38 g mol− 1 m   ⇔ m = n × M ⇔ m = 0,133 × 65,38 = 8,70 g n =  __ M

Grupo IV 4.1. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Identificação das reações de oxidação e de redução O ferro sofre oxidação e o catião cobre(II) sofre redução. Etapa B – Justificação Dado que o ferro sofre oxidação na presença do catião cobre(II), então o poder redutor do ferro é superior ao poder redutor do cobre.

4.2. .......................................................................................8 pontos Elétrodo de cobre 4.3. .......................................................................................8 pontos (B) 4.4. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Identificação da célula onde ocorre oxidação O elétrodo de ferro sofre oxidação, por isso a reação química Fe(s) → Fe2+( aq) + 2 e−ocorre espontaneamente. No elétrodo de cobre ocorre redução do catião cobre(II) de acordo com a equação química Cu2+( aq) + 2 e− → Cu(s). Etapa B – Conclusão Assim, como a quantidade de Fe2+(aq)aumenta, a semicélula em que se verifica um aumento da concentração do eletrólito é a que contém o elétrodo de ferro.


Grupo I

Critérios de correção do Teste de Avaliação 2 4.5. .......................................................................................8 pontos (D) 4.6. .......................................................................................8 pontos (C)

Grupo V

5.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo da quantidade de base a neutralizar Até ao primeiro ponto de equivalência a estequiometria da reação de neutralização é 1:1: Na2CO3(aq) + HCℓ(aq) → HCO−3  (aq) + NaCℓ(aq) nb  = cb × Vb = 0,100 × 25 × 10− 3 = 2,5 × 10− 3mol

5.1. .......................................................................................8 pontos HCO3−  / CO2− 3  – Até se atingir o 1.° ponto de equivalência.

Etapa B – Cálculo de volume de titulante gasto

5.2. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Concentração inicial do anião carbonato Na2CO3( aq) → 2 Na+( aq) + CO2− aq) 3  (

n n ca =  __a    ⇔ Va  =  __a    ⇔ Va ca

H2 CO3 / HCO3−  – Entre o 1.° e 2.° pontos de equivalência.

No ponto de equivalência: na = nb

[CO2−   aq)]    = [Na2CO3(aq)]  = 0,100 mol dm− 3 3  (

2,5 × 10−3 ⇔ Va =  _________        = 2,5 × 10−2dm3  ⇔ 0,100

Etapa B – Cálculo do pH da solução O carácter químico da solução de carbonato de sódio resulta da ionização do anião carbonato:

⇔ Va = 25 mL

+H2O(ℓ)⇌ HCO−3  (aq)+ OH-(aq) CO2− 3  (aq)

c 0,100—— i  (mol dm )   − 3

c   mol dm−3)   0,100 − xxx eq ( 10− 14 Kw 1,0 ×  ___ K   =  _________     = 2,1 × 10− 4 a × Kb = Kw ⇔ Kb =     Ka 4,7 × 10− 11 2−  = 2,1 × 10− 4 K b(CO3  )

3

Testes

[HCO−3  (  aq) ]    × [OH−(  aq) ]e   x  2 e _______________________   =                K    =  _________ ⇔ b 2− 0,100 − x [CO   (  aq) ]   e

x2       ⇔ ⇔ 2,1 ×  10  =  _________ 0,100 − x − 4

⇔ x = 4,5 ×  10− 3mol dm− 3 pOH = − log [OH−]e   = − log (4,5 × 10− 3) = 2,3


pH + pOH = 14,0 ⇔ pH = 14,0 - 2,3 = 11,7

EQ12DP – 06

81

82

N.° de alunos

IV

V

12

8

12

12

8

12


8

8

8

N.° de positivas

8

12

8

N.° de negativas

16

8

8

% de positivas

12

8

12

12

% de negativas

8 200

Total

-

Balanço do teste

30

Aluno

III

1.1. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3. 2.1. 2.2. 2.3. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 5.1. 5.2. 5.3.

II

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°

Item Cotação

I

Turma: 12.°


Grupo



Matriz do Teste de Avaliação 3

Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente Item

Cotação

1.1.

12

1.2.

8

2.1.1.

8

Total

Domínio 2

destilação fracionada e cracking do petróleo


M11 Energia, calor, entalpia e variação de entalpia

56 2.1.2.

12

2.2.1.

8

2.2.2.

8

3.1.

8

3.2.

8

3.3.

16

4.1.

8

4.2.

12

5.1.

8

5.2.

12

5.3.

12

5.4.1.

8

5.4.2.

12

6.1.

12

6.2.

8

6.3.

12

6.4.

8


AL2.5 Determinação da entalpia de combustão de diferentes álcoois

52

Testes

M9 Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis:

52

40

83


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma


TA

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Os derivados do petróleo são hidrocarbonetos, sendo os mais leves formados por pequenas moléculas, como por exemplo o etano, e os mais pesados contendo até 70átomos de carbono. Por destilação é possível separar os componentes do petróleo, devido à diferença de tamanho das moléculas e consequente diferença de densidade e temperatura de evaporação.

Petróleo bruto

20 °C - 40 °C

Gás (butano e propano)

40 °C - 75 °C

Gasolinas

75 °C -150 °C

Nafta

150 °C - 250 °C

Querosene (petróleo vulgar)

250 °C - 350 °C

Gasóleo Óleos domésticos

350 °C - 400 °C

> 400 °C

Óleos industriais Alcatrão

1.1. Identifique o tipo de destilação aplicada na separação dos componentes do petróleo, indicando uma das suas vantagens. 1.2. Considere as seguintes frases:

(I) Moléculas de C1 2H26(um dos componentes do querosene) podem ser transformadas em octano, C8 H18. (II) Hidrocarbonetos de cadeia linear dão origem a hidrocarbonetos ramificados, com igual massa molecular.

Selecione a opção que identifica os processos a que se referem as descrições (I) e (II), respetivamente. (A) Destilação fracionada e destilação simples. (B) Destilação simples e destilação fracionada. (C) Cracking e isomerização. (D) Isomerização e cracking.

84

12

8


2. Os hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogénio. 2.1. Considere as fórmulas de estrutura seguintes.

(I) H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

(II)

(III)

H

(IV)

CH3

CH3

H

C

C

H


8

(A) O composto (I) é um alcano e o composto (IV) é um alceno.

(B) O composto (II) é um cicloalcano e o composto (III) é um alcino.

(C) O composto (I) é um alcano e o composto (III) é um alceno. (D) Os compostos (II) e (III) são alcenos.

2.1.2. Indique o nome dos hidrocarbonetos representados.

12

2.2. Os álcoois e os éteres são famílias de compostos orgânicos que, para além de serem constituídos por átomos de carbono e hidrogénio, contêm ainda átomos de oxigénio. Considere as seguintes fórmulas de estrutura.

(II)

H3C

CH3

CH3 H3C OH

C

O

Testes

(I)

CH3

CH3

2.2.1. Selecione a opção que apresenta o nome IUPAC do composto (II). (A) Dimetiletoximetano

(C) 2,2-dimetiletoximetano

(B) Metoxi-2,2-dimetiletano

(D) Éter 1,1-dimetiletilmetílico

8

2.2.2. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Os compostos (I) e (II) constituem um par de isómeros de posição.

(B) Os compostos (I) e (II) são isómeros de cadeia.

(C) Os compostos (I) e (II) são isómeros de grupo funcional.

(D) Os compostos (I) e (II) não formam um par de isómeros pois pertencem a diferentes famílias de compostos. Grupo III

3. Um balão fechado e indeformável, de capacidade 10 dm3, contém 5,0 gde di-hidrogénio à temperatura de 20 °C. Considere que o gás possui comportamento de gás ideal. 3.1. Selecione a opção que indica o valor da pressão a que se encontra o gás dentro do balão.

8

3


(A) 6,0 × 10 atm (B) 6,0 atm (C) 12,0 atm (D) 50,0 atm

85


3.2. Selecione o gráfico que pode representar a variação da pressão do gás no balão com o aumento da temperatura. (B)

(C)

(D)

p

p

p

p

T (°C)

T (°C)


(A)

8

T (°C)

T (°C)

3.3. Num dado instante, abrindo a torneira do balão, a pressão do gás diminuiu para __  1    3 do seu valor inicial, mantendo-se a temperatura constante durante este processo.

16

Determine a percentagem de gás que ficou no balão.

Grupo IV

4. À temperatura ambiente as substâncias podem encontrar-se no estado sólido, líquido ou gasoso. A passagem do estado líquido ao estado gasoso ocorre assim a diferentes temperaturas. Considere as substâncias representadas pelas seguintes fórmulas de estrutura.

(I) H

H

H

C

C

H

H

(II) H

H

H

H

H

C

C

C

H

CH3 H

(III) H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

4.1. Selecione a opção que dispõe os compostos (I), (II) e (III) por ordem crescente de ponto de ebulição. (A) (I) – (II) – (III)

(B) (II) – (I) – (III)

(C) (II) – (III) – (I)

8

(D) (I) – (III) – (II)

4.2. Justifique a diferença no ponto de ebulição das substâncias (II) e (III).

12

Grupo V

5. A reação de combustão do propano dá origem a dióxido de carbono e vapor de água, de acordo com a seguinte equação química: C3 H8 ( g) + 5 O2 ( g) → 3 CO2( g) + 4 H2 O(g) Considere os valores das entalpias-padrão de formação de cada uma das substâncias envolvidas na reação. Substância

C3H8(g)CO2(g)H2O(g)

Δ H  (  kJ mol )   - 104- 394- 242 ° f

- 1

5.1. Selecione a opção que apresenta a expressão de cálculo do valor da entalpia-padrão de formação dos produtos.

86

(A) ΔH°f  (  CO2(  g))    + ΔH°f  (  H2O(  g))   

(C) 3 × ΔH°f  (  CO2(  g))    + 4 × ΔH°f  (  H2 O(  g))   

(B) 3 × ΔH°f  (  H2O(  g))    + 4 × ΔH°f  (  CO2(  g))   

(D) −ΔH°f  (  CO2(  g))    − ΔH°f  (  H2O(  g))   

8

5.2. Calcule o valor da entalpia-padrão de formação dos reagentes.

12

5.3. Demonstre que ΔH  °reação    = − 2046 kJ.

12


5.4. O processo de obtenção do propano a partir da grafite representa-se pela seguinte equação química: 3 C(s) + 4 H2(g) → C3H8(g)

Considere as entalpias-padrão de formação de algumas reações que se podem relacionar com o processo. ΔH°f  (  kJ)  

(I) C(s) + O2(g) → CO2(g)– 394 (II) H2(g) + __  1  O2 (g) → H2O(g)– 242 2

(III) C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)– 2046 5.4.1. A relação entre as reações (I), (II) e (III), que traduz o processo de formação do propano, é:

8

3 × (I) + 4 × (II) + [− (III)] 

Identifique a lei que permite encontrar esta relação.

(A) Lei de Lavoisier (B) Lei de Hess (C) Lei de Proust (D) Lei de Avogadro 5.4.2. Calcule o valor da entalpia-padrão de formação do propano utilizando a referida lei.

12

Grupo VI

Ensaio

Álcool

1

Etanol

Ti (°C)

Testes

6. Com o objetivo de investigar a influência do tamanho da cadeia carbonada de álcoois na energia libertada durante a combustão, um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial durante a qual construíram uma tabela onde registaram os valores da variação de temperatura de 600 g de água e da massa do combustível gasto, para cada um dos álcoois utilizados. Considere que durante a realização dos ensaios a perda de energia para a vizinhança foi desprezável. Variação de massa (  g)  

Tf (°C)

17,027,70,911

2 Propan-1-ol 17,528,00,787

6.1. Determine a quantidade de calor recebido pela água em cada um dos ensaios.

12

Considere c (H2O) = 4186 J kg °C . − 1

− 1

6.2. Selecione a opção que apresenta a expressão de cálculo da entalpia de combustão (ΔHc ), expressa em kJ/mol, em função do calor cedido durante a combustão do álcool (qcedido) e da quantidade química de álcool que reagiu (n). qrecebido × 103 qrecebido   3       (A) ΔHc  = − ______ (C) ΔHc  = − __________       n 10  × n qrecebido n × qrecebido                 (B) ΔHc = − _____ (D) ΔHc = − _________ n 103 6.3. Calcule os valores da entalpia de combustão do etanol e do propan-1-ol obtidos experimentalmente.

12

6.4. Selecione a opção que contém os termos que completam de forma sequencial e correta a frase seguinte.

8

O valor da entalpia de combustão do etanol é o valor da entalpia de combustão do propan-1-ol, será a quantidade de pois, quanto maior o número de átomos de carbono que constituem o álcool, energia libertada durante a combustão. (A) … maior que… maior… (C) … maior que… menor… EQ12DP © Porto Editora

(B) … menor que… maior… (D) … menor que… menor…

Questão 1.1. Cotação

12

1.2.

2.1.1.

8

8

2.1.2. 2.2.1. 2.2.2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.1. 5.4.2. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. Total

12

8

8

8

8

16

8

12

8

12

12

8

12

12

8

12

8

8

200

87


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma


TA

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Os derivados do petróleo são hidrocarbonetos, sendo os mais leves formados por pequenas moléculas, como por exemplo o etano, e os mais pesados contendo até 70átomos de carbono. Por destilação é possível separar os componentes do petróleo, devido à diferença de tamanho das moléculas e consequente diferença de densidade e temperatura de evaporação.

Petróleo bruto

20 °C - 40 °C

Gás (butano e propano)

40 °C - 75 °C

Gasolinas

75 °C -150 °C

Nafta

150 °C - 250 °C

Querosene (petróleo vulgar)

250 °C - 350 °C

Gasóleo Óleos domésticos

350 °C - 400 °C

> 400 °C

Óleos industriais Alcatrão

1.1. Identifique o tipo de destilação aplicada na separação dos componentes do petróleo, indicando uma das suas vantagens.

12

O tipo de destilação é a destilação fracionada, que é o processo de separação adequado para separar os componentes do petróleo uma vez que estes apresentam pontos de ebulição muito próximos. 1.2. Considere as seguintes frases:

8

(I) Moléculas de C1 2H26(um dos componentes do querosene) podem ser transformadas em octano, C8 H18.

(II) Hidrocarbonetos de cadeia linear dão origem a hidrocarbonetos ramificados, com igual massa molecular.

Selecione a opção que identifica os processos a que se referem as descrições (I) e (II), respetivamente. (A) Destilação fracionada e destilação simples.

(C) Cracking e isomerização.

(B) Destilação simples e destilação fracionada.

(D) Isomerização e cracking.

(C).

(I) – cracking, pois moléculas grandes são transformadas em moléculas mais pequenas; (II) – isomerização, pois trata-se da obtenção de hidrocarbonetos ramificados a partir de hidrocarbonetos

lineares.

88


2. Os hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogénio. 2.1. Considere as fórmulas de estrutura seguintes.

(I) H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

(II)

(III)

H

(IV)

CH3

CH3

H

C

C

H


8

(A) O composto (I) é um alcano e o composto (IV) é um alceno.

(B) O composto (II) é um cicloalcano e o composto (III) é um alcino.

(C) O composto (I) é um alcano e o composto (III) é um alceno. (D) Os compostos (II) e (III) são alcenos.

(C). O composto (I) é um alcano, pois é constituído por átomos de carbono e hidrogénio, ligados por ligações covalentes simples, e o composto (III) é um alceno, pois, na sua fórmula de estrutura, está representada uma ligação dupla.

2.1.2. Indique o nome dos hidrocarbonetos representados.

12

Testes

(I) Pentano; (II) Ciclo-hexano; (III) Hept-3-eno; (IV) Etino 2.2. Os álcoois e os éteres são famílias de compostos orgânicos que, para além de serem constituídos por átomos de carbono e hidrogénio, contêm ainda átomos de oxigénio. Considere as seguintes fórmulas de estrutura.

(I)

(II)

H3C

CH3 H3C OH

CH3 C

O

CH3

CH3

2.2.1. Selecione a opção que apresenta o nome IUPAC do composto (II).

8

(A) Dimetiletoximetano (B) Metoxi-2,2-dimetiletano (C) 2,2-dimetiletoximetano (D) Éter 1,1-dimetiletilmetílico (D). 2.2.2. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Os compostos (I) e (II) constituem um par de isómeros de posição.

(B) Os compostos (I) e (II) são isómeros de cadeia.


(C) Os compostos (I) e (II) são isómeros de grupo funcional.

(D) Os compostos (I) e (II) não formam um par de isómeros pois pertencem a diferentes famílias de compostos. (C). Os compostos (I) e (II) são isómeros de grupo funcional, pois diferem no grupo funcional.

89


3. Um balão fechado e indeformável, de capacidade 10 dm3, contém 5,0 gde di-hidrogénio à temperatura de 20 °C. Considere que o gás possui comportamento de gás ideal. 3.1. Selecione a opção que indica o valor da pressão a que se encontra o gás dentro do balão.

8

(A) 6,0 × 103atm EQ12DP © Porto Editora

(B) 6,0 atm (C) 12,0 atm (D) 50,0 atm (B).

T = 20 °C = 20 + 273,15 K = 293,15 K; M  (H2)  = 2,02 g/mol m __     × R × T n × R × T M ________ _________ p × V = n × R × T ⇔ p =              ⇔ p =      ⇔ V V 5,0 ____      × 0,08205 × 293,15 2,02 ______________________          = 6,0 atm ⇔ p =   10 3.2. Selecione o gráfico que pode representar a variação da pressão do gás no balão com o aumento da temperatura. (A)

(B)

(C)

(D)

p

p

p

p

T (°C)

T (°C)

T (°C)

8

T (°C)

(C). 3.3. Num dado instante, abrindo a torneira do balão, a pressão do gás diminuiu para __  1    3 do seu valor inicial, mantendo-se a temperatura constante durante este processo. Determine a percentagem de gás que ficou no balão. A quantidade química de di-hidrogénio existente no início no balão pode ser calculada por: m 5,0 n =  __    =  ____     = 2,5 mol M 2,02 e a quantidade de di-hidrogénio que ficou no balão pode ser obtida por relação dos dois estados: T1 = T2 = T V1  = V2 = V

1 p2  =  __    p1  ⇒ p1 = 3 × p2 3 p2 V2 ______ p2 V _____ n2 R T2 n2 R T 1 n2  ____       =         ⇔  ________     =       ⇔  __    =  __    ⇔ 3 n1 p1 V1 n1 R T1 3p2 V n1 R T n1 2,5    = 0,83 mol ⇔ n2 =  __    =  ___  3 3 A percentagem de di-hidrogénio que ficou no balão será: nficou no balão 0,83     % (  H2 )  =  _________    × 100 =  ____     × 100 = 33% ninicial 2,5

90

16

Teste de Avaliação 3 Grupo IV

4. À temperatura ambiente as substâncias podem encontrar-se no estado sólido, líquido ou gasoso. A passagem do estado líquido ao estado gasoso ocorre assim a diferentes temperaturas. Considere as substâncias representadas pelas seguintes fórmulas de estrutura.

(I) H

H

H

C

C

H

H

(II) H

H

H

H

H

C

C

C

H

CH3 H

(III) H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

4.1. Selecione a opção que dispõe os compostos (I), (II) e (III) por ordem crescente de ponto de ebulição. (A) (I) – (II) – (III)

(B) (II) – (I) – (III)

(C) (II) – (III) – (I)

8

(D) (I) – (III) – (II)

(A). A temperatura de ebulição de hidrocarbonetos aumenta com o aumento do tamanho da cadeia carbonada e, para igual número de átomos de carbono, diminui com o aumento do número de ramificações.

4.2. Justifique a diferença no ponto de ebulição das substâncias (II) e (III).

12

Testes

Por comparação das fórmulas de estrutura, confirma-se que o composto (II), metilpropano, é um isómero de cadeia do composto (III), butano, por isso, os dois compostos diferem apenas na cadeia carbonada principal. Dado que a intensidade das forças de dispersão de London diminui com o aumento da ramificação da cadeia, o ponto de ebulição do composto (II) é menor do que o ponto de ebulição do composto (III). Grupo V

5. A reação de combustão do propano dá origem a dióxido de carbono e vapor de água, de acordo com a seguinte equação química: C3 H8( g) + 5 O2 ( g) → 3 CO2( g) + 4 H2 O(g) Considere os valores das entalpias-padrão de formação de cada uma das substâncias envolvidas na reação. Substância

C3H8(g)CO2(g)H2O(g)

Δ Hf°  (  kJ mol- 1)   - 104- 394- 242

5.1. Selecione a opção que apresenta a expressão de cálculo do valor da entalpia-padrão de formação dos produtos. (A) ΔH  (  CO2(  g))    + ΔH  (  H2O(  g))   

(C) 3 × ΔH  (  CO2(  g))    + 4 × ΔH  (  H2O(  g))   

(B) 3 × ΔH°f  (  H2O(  g))    + 4 × ΔH°f  (  CO2(  g))   

(D) −ΔH°f  (  CO2(  g))    − ΔH°f  (  H2O(  g))   

° f

° f

° f

8

° f

(C). H° (produtos) = 3 × ΔH°f  (CO2(g)) + 4 × ΔH°f  (H2O(g)) 5.2. Calcule o valor da entalpia-padrão de formação dos reagentes.

12

H (reagentes) = ΔH  (C3H8 (g)) + 5 × ΔH  (O2(g)) = − 104 + 5 × 0 = − 104 kJ °

° f

° f

5.3. Demonstre que ΔH  °reação    = − 2046 kJ.

12

O valor da entalpia-padrão dos produtos pode ser calculado a partir de:


H° (produtos) = 3 × ΔH°f  (CO2(g)) + 4 × ΔH°f  (H2O(g)) ⇔

⇔ H° (produtos) = 3 × (− 394) + 4 × (− 242) = −2150 kJ  , será: e o valor da entalpia-padrão da reação, ΔH  °reação

ΔH  °reação   = H° (produtos) − H° (reagentes) ⇔ ΔH  °reação   = − 2150 − (− 104) = − 2046 kJ

91


3 C(s) + 4 H2(g) → C3H8(g) Considere as entalpias-padrão de formação de algumas reações que se podem relacionar com o processo.


5.4. O processo de obtenção do propano a partir da grafite representa-se pela seguinte equação química:

ΔH°f  (  kJ)  

(I) C(s) + O2(g) → CO2(g)– 394 (II) H2(g) + __  1  O2 (g) → H2O(g)– 242 2

(III) C3 H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)– 2046 5.4.1. A relação entre as reações (I), (II) e (III), que traduz o processo de formação do propano, é:

8

3 × (I) + 4 × (II) + [− (III)] 

Identifique a lei que permite encontrar esta relação. (A) Lei de Lavoisier (B) Lei de Hess (C) Lei de Proust (D) Lei de Avogadro (B).

5.4.2. Calcule o valor da entalpia-padrão de formação do propano utilizando a referida lei. A equação que traduz o processo de obtenção do propano pode ser obtida a partir da relação: 3 × (I) + 4 × (II) + [− (III)] 

O valor da entalpia-padrão da reação resulta das entalpias-padrão de formação correspondentes a cada uma das equações, com as alterações efetuadas conforme o quadro seguinte mostra. Alteração 3 × (I)

− 1 ΔH°reação     (  kJ mol )  

Equação

3 C(s) + 3 O2(g) → 3 CO2(g)3 ×(– 394)

4 H2 (g) + 2 O2(g) → 4 H2O(g)4 ×(– 242) 4 × (II)

(III) 3 CO2(g) + 4 H2O(g) → C3H8(g) + 5 O2(g)-( – 2046) - Soma

3 C(s) + 4 H2(s) → C3H8 (g)- 104

Assim, o valor da entalpia-padrão da reação será: ΔH  °reação     = 3 × ΔH  °reação   (I) + 4 × ΔH  °reação   (II) + (− ΔH  °reação   (III)) ⇔ ⇔ Δ H  °reação   = 3 × (− 394) + 4 × (− 242) + [− (− 2046)]  ⇔

⇔ ΔH  °reação     = − 104 kJ

Grupo VI

6. Com o objetivo de investigar a influência do tamanho da cadeia carbonada de álcoois na energia libertada durante a combustão, um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial durante a qual construíram uma tabela onde registaram os valores da variação de temperatura de 600 g de água e da massa do combustível gasto, para cada um dos álcoois utilizados. Considere que durante a realização dos ensaios a perda de energia para a vizinhança foi desprezável. Ensaio

Álcool

1

Etanol

Ti (°C)

Tf (°C)

Variação de massa (  g)  

17,027,70,911

2 Propan-1-ol 17,528,00,787

92

12


6.1. Determine a quantidade de calor recebido pela água em cada um dos ensaios.

12

Considere c (H2O) = 4186 J kg °C . − 1

− 1

O valor do calor cedido pelo etanol à água, q (etanol), pode ser calculado por:

q = m × c × ΔT = 0,600 × 4186 × (27,7 − 17,0) ⇔ ⇔ q = 2,69 × 104J

e o calor cedido pelo propano-1-ol, q (propan-1-ol), por:

q = m × c × ΔT = 0,600 × 4186 × (28,0 − 17,5) ⇔ ⇔ q = 2,64 × 104J

6.2. Selecione a opção que apresenta a expressão de cálculo da entalpia de combustão (ΔHc ), expressa em kJ/mol, em função do calor cedido durante a combustão do álcool (qcedido) e da quantidade química de álcool que reagiu (n). qrecebido   3   (A) ΔHc  = − ______   10  × n

8

qrecebido         (B) ΔHc = − _____ n qrecebido × 103         (C) ΔHc  = − __________ n n × qrecebido         (D) ΔHc = − _________ 103 (A).

6.3. Calcule os valores da entalpia de combustão do etanol e do propan-1-ol obtidos experimentalmente.

12

Os valores da entalpia de combustão dos dois álcoois podem ser determinados por:

Testes

2,69 × 104        = − 1361 kJ/mol ΔH°c     (etanol) = −  _____________ 0,911 103 ×  (______         46,1 ) 2,64 × 104 Δ H°c    (propan-1-ol) = −  _____________        = − 2016 kJ/mol 0,787 103 ×  (______         60,1 ) 6.4. Selecione a opção que contém os termos que completam de forma sequencial e correta a frase seguinte.

8

o valor da entalpia de combustão do propan-1-ol, O valor da entalpia de combustão do etanol é será a quantidade de pois, quanto maior o número de átomos de carbono que constituem o álcool, energia libertada durante a combustão. (A) … maior que… maior… (B) … menor que… maior… (C) … maior que… menor… (D) … menor que… menor…


(B).

Questão 1.1. Cotação

12

1.2.

2.1.1.

8

8

2.1.2. 2.2.1. 2.2.2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.1. 5.4.2. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. Total

12

8

8

8

8

16

8

12

8

12

12

8

12

12

8

12

8

200

93


1.1. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Identificação do tipo de destilação Destilação fracionada. Etapa B – Justificação A destilação fracionada é o processo de separação adequado para separar os componentes do petróleo uma vez que estes apresentam pontos de ebulição muito próximos. 1.2. .......................................................................................8 pontos (C)

Grupo II 2.1.1. .....................................................................................8 pontos (C) 2.1.2. ...................................................................................12 pontos (I) Pentano; (II) Ciclo-hexano; (III) Hept-3-eno; (IV) Etino

2.2.1. .....................................................................................8 pontos (D)

2.2.2. .....................................................................................8 pontos (C)

Grupo III 3.1. .......................................................................................8 pontos (B) 3.2. .......................................................................................8 pontos (C) 3.3. .....................................................................................16 pontos Etapa A – Cálculo da quantidade de di-hidrogénio existente no início no balão 5,0 m   = ____ n =  __        = 2,5 mol M 2,02 Etapa B – Cálculo da quantidade de di-hidrogénio que ficou no balão 1 p  ⇒ p  = 3p T1 = T2 = T; V1 = V2 = V; p2 =  __ 1 2 3 1 p2 V _______ p2  V2 ________ n2 n R T2 n R T 1  =  __ _____         =   2     ⇔  _____     =   2   ⇔  __   ⇔ 3 n1 p1 V1 n1 R T1 3p2 V n1 R T n 2,5 ⇔ n2 =  __1   =  ___    = 0,83 mol 3 3 Etapa C – Cálculo da % de di-hidrogénio que ficou no balão n 0,83   ficou no balão   % (  H2)  = _________      × 100 =  ____    × 100 = 33% ninicial 2,5

Grupo IV 4.1. .......................................................................................8 pontos (A) 4.2. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Comparação das fórmulas de estrutura O composto (II), metilpropano, é um isómero de cadeia do composto (III), butano, por isso os dois compostos diferem apenas na cadeia carbonada principal. Tópico B – Justificação Dado que a intensidade das forças de dispersão de London diminui com o aumento da ramificação da cadeia, o ponto de ebulição do composto (II) é menor do que o ponto de ebulição do composto (III).

Grupo V 5.1. .......................................................................................8 pontos (C)

94

5.2. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Expressão de cálculo H° (reagentes) = ΔH  °f  ( C3H8 )  + 5 × ΔH  °f  ( O2) Etapa B – Cálculo de H° (reagentes) H° (reagentes) = ΔH  °f  (C3H8)  + 5 × ΔH  °f  (O2)  = −104 + 5 × 0 = −104 kJ 5.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo de H° (produtos) H° (produtos) = 3 × ΔH  °f  ( CO2)  + 4 × ΔH  °f  ( H2O) ⇔ H° (produtos) = 3 × (− 394) + 4 × (− 242)  = − 2150 kJ Etapa B – Cálculo de ΔH  °reação     Δ H  °reação     = H° (produtos) − H° (reagentes) ⇔ ⇔ ΔH  °reação     = − 2150 − (− 104) = − 2046 kJ

5.4.1. .....................................................................................8 pontos (B)

5.4.2. ...................................................................................12 pontos Etapa A – Relação entre as equações químicas das reações apresentadas A equação que traduz o processo de obtenção do propano pode ser obtida a partir da relação: 3 × (I) + 4 × (II) + [− (III)]  O valor da entalpia-padrão da reação resulta das entalpias-padrão de formação correspondentes a cada uma das equações, com as alterações efetuadas. Etapa B – Cálculo do valor do Δ H  °reação    Alteração 3 × (I)

Equação

ΔH°reação   ( kJ mol− 1)  

3 C(s) + 3 O2(g) → 3 CO2(g)3 × (- 394)

4 × (II) 4 H2 (g) + 2 O2(g) → 4 H2O(g)4 × (- 242)

3 CO2( g) + 4 H2O(g) → - (- 2046) (III) - → C3 H8 ( g) + 5 O2( g)

Soma

3 C(s) + 4 H2(s) → C3H8(g)- 104

  = 3 × ΔH  °r eação   (I) + 4 × ΔH  °r eação  (II) + ( − ΔH  °r eação  (III)) ⇔ Δ H  ° r eação

     = 3 × ( − 394) + 4 × ( − 242) + [− ( − 2046)]  ⇔ ⇔ Δ H  °reação

     = − 104 kJ ⇔ ΔH  °reação

Grupo VI 6.1. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo de q (etanol) q = m × c × ΔT = 0,600 × 4186 × (27,7 − 17,0) ⇔ ⇔ q = 2,69 × 104 J Etapa B – Cálculo de q (propan-1-ol) q = m × c × ΔT = 0,600 × 4186 × (28,0 − 17,5) ⇔ ⇔ q = 2,64 × 104 J

6.2. .......................................................................................8 pontos (A) 6.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo de ΔH  °c    (etanol)

2,69 × 104   = − 1361 kJ/mol      Δ H  °c    (etanol) = −  _____________ 0,911 103 × (   _____        46,1 ) Etapa B – Cálculo de ΔH  °c    (propan-1-ol)

2,64 × 104   = − 2016 kJ/mol      Δ H  °c    (propan-1-ol) = −  _____________ 0,787 103 × (   _____        60,1 ) 6.4. .......................................................................................8 pontos (B)


Grupo I

N.° de alunos

III

IV

V

VI

8

8

12

8

8

8


12

16

8

Testes

N.° de positivas

8

8

12

N.° de negativas

12

12

12

% de positivas

8

12

12

8

% de negativas

8 200

Total

-

Balanço do teste

30

II

1.1. 1.2. 2.1.1. 2.1.2. 2.2.1. 2.2.2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.1. 5.4.2. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

I

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

Aluno

Cotação

Item

Grupo

Turma: 12.°

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°




95


Domínio 2 Combustíveis, energia e ambiente Cotação

1.1.

8

1.2.

8

1.3.

12

Total

Domínio 2

M9 Do crude ao gás de petróleo liquefeito (GPL) e aos fuéis:

destilação fracionada e cracking do petróleo

56 1.4.

8

1.5.

12

1.6.

8

2.1.

12

2.2.1.

8

2.2.2.

8

2.3.1.

12

2.3.2.

8

2.4.

12

3.1.

16

3.2.

8

3.3.

12

4.1.

8

4.2.

8

4.3.

8

5.1.

8

5.2.

8

5.3.

8

60


M11 Energia, calor, entalpia e variação de entalpia

AL2.1 Destilação fracionada de uma mistura de três componentes

AL2.3 Determinação da entalpia de neutralização da reação NaOH (aq)  + HCℓ (aq)  

96

36

24

24


Item

TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Considere as seguintes fórmulas de estrutura.

(II)

H

CH3CH2

C

(III)

OH

CH3

CH2

(IV) CH3

OH

CH3

Br

(VI) O

CH3

C

H

( V)

H C

C

C

H

Br

H

O

C

C O

OH

Br

H CH3

Br

C

Testes

(I)

H

1.1. Escreva o nome dos compostos representados por (I) e (II).

8

1.2. Identifique a opção que contém um par de isómeros de posição.

8

(A) (I) e (II)

(B) (III) e (VI)

(C) (II) e (V)

(D) (I) e (IV)

1.3. As moléculas (III) e (VI) apresentam diferentes valores de momento dipolar.

12

Apresente uma justificação para este facto.

1.4. Sobre os compostos apresentados selecione a opção correta.

8

(A) Os compostos (II) e (V) são híbridos de ressonância.

(B) O composto (III) é um composto halogenado.

(C) Os compostos (III) e (VI) são híbridos de ressonância.

(D) O composto (I) é um hidrocarboneto insaturado.

1.5. Os compostos mais leves como os apresentados podem ser obtidos primeiro por destilação fracionada e depois 12 por cracking catalítico. Explique estes processos de transformação do petróleo. 1.6. Selecione a opção que contém os termos que completam de forma sequencial a frase seguinte. EQ12DP © Porto Editora

Na coluna de destilação os componentes a menor temperatura.

EQ12DP – 07

que têm

8

de átomos de carbono são obtidos

(A) … mais leves … menor número …

(C) … mais pesados … maior número …

(B) … mais pesados … menor número …

(D) … mais leves … maior número …

97


2. Um gás ideal é um gás constituído por partículas com volume infinitamente pequeno, infinitamente afastadas umas das outras, movendo-se aleatoriamente, colidindo entre si de forma perfeitamente elástica (sem perdas de energia) e sem qualquer interação química entre si. 2.1. Comprove que nas condições de pressão e temperatura normais (PTN) o volume molar de um gás ideal tem o valor de 22,4 dm3mol− 1e explique o seu significado físico.


Grupo II

12

2.2. Considere um balão fechado com 1,00 Lde capacidade, a uma temperatura de 126,85 °Ce à pressão de 1,00 atm, contendo apenas gás butano (C4 H10). Considere M (C4H10) = 58,12 g mol− 1.

2.2.1. Selecione a expressão que, nestas condições, permite determinar a massa volúmica do dioxigénio. 1,00 × 58,12        g L− 1 (A) ρ =  _______________________ 0,08205 × (273,15 + 126,85)

1,00 × 58,12       g L− 1 (C) ρ =  _______________ 0,08205 × 126,85

1,00 × 58,12 (B) ρ =  _______________________        g mL− 1 0,08205 × (273,15 + 126,85)

1,00 × 58,12 (D) ρ =  _______________       g mL− 1 0,08205 × 126,85

2.2.2. Determine a quantidade química de dioxigénio contida no balão.

8

8

2.3. Nas condições PTN, o butano surge no estado gasoso e o pentano no estado líquido. 2.3.1. Explique a diferença de pontos de ebulição dos dois compostos.

12

2.3.2. Das seguintes opções selecione a correta.

8

(A) O pentano não é comburente e o butano é comburente. (B) O pentano é utilizado para a produção de asfalto e fibras sintéticas. (C) O butano é utilizado para a produção de asfalto e fibras sintéticas. (D) O butano é mais explosivo do que o pentano. 2.4. Escreva um pequeno texto onde identifique as principais vantagens e desvantagens dos biocombustíveis quando 12 comparados com os combustíveis derivados do petróleo.

Grupo III

3. O bioetanol é uma energia renovável que tem substituído, em alguns países, total ou parcialmente, a utilização da gasolina. A reação de combustão desta substância é a que a seguir se apresenta. C2H5OH(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(ℓ) ΔH°c    = − 1362 kJ 3.1. Determine a energia de ligação entre o carbono e o oxigénio, C – O, no etanol. Ligação

C – C

Energia de ligação (  kJ/mol)  

C – H

O = O

C = O

16

O – H

346,8413,4497,0804,3463,5

3.2. Selecione, de entre as seguintes opções, aquela que contém um comburente com maior poder energético do que o etanol. (A) Metano (CH4)

(C) Di-hidrogénio (H2)

(B) Etanodiol (CH2OHCH2OH)

(D) Etano (CH3CH3)

3.3. Determine a energia libertada pela combustão completa de 100 gde etanol. Considere M (C2H5OH) = 46,1 g mol . − 1

98

8

12

Teste de Avaliação 4 Grupo IV Temperatura

4. Durante uma síntese de um composto químico pode formar-se mais do que um isómero diferente. Neste caso, é necessário separar a mistura de isómeros sintetizada de forma a obter apenas aquele que se pretende utilizar. Sabe-se que durante a síntese do pentano (ponto de ebulição, p.e. = - 36 °C) se obtiveram também metilbutano (p.e. = 28 °C) e 2,2-dimetilpropano (p.e. = 10 °C).

C (III)

B (II)

A (I)

–40 °C Para separar esta mistura de três componentes terá de se Volume de destilado optar pelo método da destilação fracionada. Durante a destilação, foi-se registando a temperatura da mistura em função do volume de destilado recolhido, construindo-se de seguida o gráfico ao lado. Como este método de separação de misturas não garante a total separação dos componentes da mistura para um maior grau de pureza o destilado obtido pode voltar a ter de ser destilado novamente.

4.1. Identifique o principal componente da mistura recolhido durante a atividade laboratorial que deu origem à zona B do gráfico.

8

4.2. Das seguintes opções selecione a correta.

8

(A) Pelo método da destilação fracionada obtêm-se totalmente separados os componentes da mistura inicial. (B) Os componentes da mistura recolhidos durante a destilação fracionada são puros. (C) A temperatura de - 40 °Ccorresponde à temperatura inicial da mistura.

(D) Apenas com uma destilação simples se poderiam obter os componentes da mistura puros. 4.3. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

8

Testes

Os líquidos recolhidos em (I), (II) e (III) são…

(A) … uma mistura dos componentes A, B e C com diferentes frações molares.

(B) … uma mistura do componente A e água em (I), do componente B e água em (II) e do componente C e água em (III). (C) … os líquidos A, B e C, respetivamente.

(D) … uma mistura dos componentes A, B e C com iguais frações molares. Grupo V

5. Para determinar a entalpia de neutralização de uma solução aquosa de hidróxido de potássio ( KOH)com uma solução aquosa de ácido nítrico ( HNO3), um investigador fez reagir 100 cm3do ácido com igual volume da solução aquosa básica. Inicialmente, as soluções básica e ácida tinham a mesma concentração ( 1,0 mol dm- 3) e temperatura. O investigador concluiu que a reação liberta 55,90 kJpor cada mole de água formada. 5.1. Classifique a reação de endotérmica ou exotérmica.

8

5.2. Escreva a equação química que representa a reação de neutralização ocorrida.

8

5.3. Considere que todas as soluções, iniciais e final, têm uma capacidade térmica igual a c, a temperatura inicial de ambas é igual, a massa final da mistura é m e as perdas de calor para a vizinhança foram desprezáveis.

8


Selecione a opção que contém a expressão que permite determinar o aumento de temperatura da mistura final registado pelo investigador. 0,10 × 55,90 × 103 (A) Δθ = -  ________________        °C m × c

m × c     (C) Δθ = -  ___________ kJ 0,10 × 55,90

0,10 × 55,90       °C (B) Δθ = -  ___________ m × c

(D) Δθ = - m × c × 0,10 × 55,90 J

Questão

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

Cotação

8

8

12

8

12

8

2.1. 2.2.1. 2.2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.4. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3.

12

8

8

12

8

12

16

8

12

8

8

8

8

8

8

Total 200

99


TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Considere as seguintes fórmulas de estrutura.

(I)

(II)

H

CH3CH2

C

(III) O

OH

CH3

CH2

(IV) CH3

( V)

H C

C

C OH

H

OH

CH3

C Br

H

(VI) O

CH3

Br

H

Br

H

C

C O

CH3

Br

C H

1.1. Escreva o nome dos compostos representados por (I) e (II).

8

(I) Propan-1-ol

(II) Ácido propanoico 1.2. Identifique a opção que contém um par de isómeros de posição.

8

(A) (I) e (II)

(B) (III) e (VI)

(C) (II) e (V) (D) (I) e (IV) (D).

Isómeros são compostos com a mesma massa molecular relativa mas diferentes fórmulas de estrutura. Nos isómeros, um átomo, ou um conjunto de átomos, está ligado a um carbono diferente. Neste caso, o propan-1-ol tem o grupo OHligado ao carbono 1; o propan-2-ol ao carbono 2. 1.3. As moléculas (III) e (VI) apresentam diferentes valores de momento dipolar. Apresente uma justificação para este facto. Ambas as moléculas têm o mesmo número de carbonos (2), hidrogénios (2) e bromos (2) e uma ligação dupla, no entanto, a molécula (III) é assimétrica, pois contém os dois bromos no carbono 1, e a molécula (VI) é perfeitamente simétrica. Assim, o momento dipolar da molécula (III) não é nulo e o momento dipolar da molécula (VI) é nulo.

100

12


1.4. Sobre os compostos apresentados selecione a opção correta.

8

(A) Os compostos (II) e (V) são híbridos de ressonância.

(B) O composto (III) é um composto halogenado.

(C) Os compostos (III) e (VI) são híbridos de ressonância.

(D) O composto (I) é um hidrocarboneto insaturado. (B).

Nenhum dos compostos apresentados é um híbrido de ressonância. Para ser um composto insaturado, a molécula deve ter pelo menos uma ligação dupla ou uma ligação tripla. Para ser um hidrocarboneto a molécula só pode ser constituída por átomos de C e H. 1.5. Os compostos mais leves como os apresentados podem ser obtidos primeiro por destilação fracionada e depois 12 por cracking catalítico. Explique estes processos de transformação do petróleo. A destilação fracionada é um método de separação de componentes de misturas homogéneas que se baseia na diferença do ponto de ebulição dos seus componentes líquidos. No caso do petróleo, é utilizada para separar os diferentes hidrocarbonetos/compostos orgânicos que o constituem. O cracking do petróleo consiste em reações em que moléculas grandes de hidrocarbonetos são transformadas em moléculas mais pequenas, por aquecimento (cracking térmico) e por ação de catalisadores (cracking catalítico). 1.6. Selecione a opção que contém os termos que completam de forma sequencial a frase seguinte. que têm

de átomos de carbono são obtidos

(A) … mais leves … menor número …

(C) … mais pesados … maior número …

(B) … mais pesados … menor número …

(D) … mais leves … maior número …

Testes

Na coluna de destilação os componentes a menor temperatura.

8

(A). Quanto maior for o tamanho da cadeia carbonada, maior será o tamanho da nuvem eletrónica e mais intensas serão as ligações estabelecidas entre os diferentes hidrocarbonetos. Assim, os hidrocarbonetos mais leves (menor número de carbonos) têm menores pontos de ebulição, sendo obtidos a temperaturas inferiores. Grupo II

2. Um gás ideal é um gás constituído por partículas com volume infinitamente pequeno, infinitamente afastadas umas das outras, movendo-se aleatoriamente, colidindo entre si de forma perfeitamente elástica (sem perdas de energia) e sem qualquer interação química entre si. 2.1. Comprove que nas condições de pressão e temperatura normais (PTN) o volume molar de um gás ideal tem o valor de 22,4 dm3mol− 1e explique o seu significado físico.

12

Como o gás é ideal pode ser utilizada a equação dos gases ideais: p V = n R T ⇔


V R T    ⇔ ⇔  __    =  ___  n p 0,08205 × 273,15    ⇔ Vm =  ________________      ⇔ 1,00 ⇔ Vm = 22,4 dm3mol− 1 O valor determinado significa que cada mole de substância gasosa, considerada gás ideal nas condições PTN, ocupa um volume igual a 22,4 dm3.

101


2.2. Considere um balão fechado com 1,00 Lde capacidade, a uma temperatura de 126,85 °Ce à pressão de 1,00 atm, contendo apenas gás butano (C4 H10). Considere M (C4H10) = 58,12 g mol− 1.

2.2.1. Selecione a expressão que, nestas condições, permite determinar a massa volúmica do dioxigénio.

8

1,00 × 58,12 (A) ρ =  _______________________        g L− 1 0,08205 × (273,15 + 126,85) 1,00 × 58,12 (B) ρ =  _______________________        g mL− 1 0,08205 × (273,15 + 126,85) 1,00 × 58,12 (C) ρ =  _______________       g L− 1 0,08205 × 126,85

(A). p V = n R T ⇔


1,00 × 58,12 (D) ρ =  _______________       g mL− 1 0,08205 × 126,85

m R T    ⇔     ⇔ p =  ___  ___ M V R T ⇔ p = ρ ___       ⇔ M p M ⇔ ρ =  ____    ⇔ R T

1,00 × 58,12         g L− 1 ⇔ ρ =  _________________________ 0,08205 × (273,15 + 126,85)

2.2.2. Determine a quantidade química de dioxigénio contida no balão.

8

p V = n R T ⇔

⇔ 1,00 × 1,00 = n × 0,08205 × (273,15 + 126,85) ⇔ ⇔ n = 3,05 × 10−2mol

2.3. Nas condições PTN, o butano surge no estado gasoso e o pentano no estado líquido. 2.3.1. Explique a diferença de pontos de ebulição dos dois compostos.

12

Ambos os compostos, butano e pentano, são hidrocarbonetos apolares, estando apenas sujeitos a ligações intermoleculares, por forças de London. As forças de London são tanto mais intensas quanto maior for a nuvem eletrónica da molécula ligante. Geralmente, quanto maior a massa molecular do composto, maior é o tamanho da nuvem eletrónica. Neste caso, como o butano tem menor massa molecular, terá também menor nuvem eletrónica e forças de ligação menos intensas. Assim, o pentano, por ter forças mais intensas, apresenta-se no estado líquido e o butano no estado gasoso. 2.3.2. Das seguintes opções selecione a correta. (A) O pentano não é comburente e o butano é comburente. (B) O pentano é utilizado para a produção de asfalto e fibras sintéticas. (C) O butano é utilizado para a produção de asfalto e fibras sintéticas. (D) O butano é mais explosivo do que o pentano. (D). Todos os hidrocarbonetos são combustíveis. Quanto menor for o tamanho da molécula mais rápida é a reação. O butano tem uma cadeia carbonada com 4carbonos; o pentano com 5. Assim, o butano é mais explosivo do que o pentano.

102

8


2.4. Escreva um pequeno texto onde identifique as principais vantagens e desvantagens dos biocombustíveis quando 12 comparados com os combustíveis derivados do petróleo. Vantagens: São renováveis (no caso do biogás, biodiesel e álcoois) e inesgotáveis (92% de todo o Universo é feito de hidrogénio). São menos poluentes (não emitem, durante a combustão, óxidos de nitrogénio ou enxofre). A emissão de dióxido de carbono, na combustão, é compensada pelo seu aprisionamento durante a produção do combustível. Desvantagens: Possuem baixa rentabilidade de produção (no caso do biogás, biodiesel e álcoois). Acarretam elevados custos de equipamento (sobretudo no caso do hidrogénio). Os biocombustíveis agrícolas precisam de elevadas extensões de terreno que deixa de ser utilizado para a produção de alimentos. Como consequência, o preço dos alimentos pode aumentar.

Grupo III

3. O bioetanol é uma energia renovável que tem substituído, em alguns países, total ou parcialmente, a utilização da gasolina. A reação de combustão desta substância é a que a seguir se apresenta. C2H5OH(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(ℓ) ΔH°c    = − 1362 kJ 3.1. Determine a energia de ligação entre o carbono e o oxigénio, C – O, no etanol.

Energia de ligação (  kJ/mol)  

C – C

C – H

O = O

C = O

O – H

346,8413,4497,0804,3463,5

Testes

Ligação

16

A molécula de dióxido de carbono é formada por duas ligações covalentes duplas entre átomos de carbono e oxigénio. A molécula de água é formada por duas ligações covalentes simples entre átomos de oxigénio e hidrogénio. Eformação de ligações = 4 × EC = O + 6 × EO - H ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 4 × 804,3 + 6 × 463,5 ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 5998,2 kJ     = ΔHreagentes + ΔHprodutos ⇔ Δ H°reação

⇔ −1362 = ΔHreagentes + (  − 5998,2)  ⇔

⇔ ΔHreagentes = 4636 kJ A molécula de etanol é formada por uma ligação covalente simples entre átomos de carbono, uma ligação covalente simples entre átomos de carbono e oxigénio, 5 ligações covalentes simples entre átomos de carbono e hidrogénio e uma ligação covalente simples entre átomos de oxigénio e hidrogénio. A molécula de dioxigénio é formada por uma ligação dupla entre átomos de oxigénio. Equebra de ligações = EC - C + 5 × EC − H + EC – O + EO – H+ 3 × EO = O ⇔ ⇔ 4636 = 346,8 + 5 × 413,4 + EC − O + 463,5 + 3 × 497,0 ⇔

⇔  EC - O = 268 kJ (energia da ligação C–O) 3.2. Selecione, de entre as seguintes opções, aquela que contém um comburente com maior poder energético do que o etanol.


(A) Metano (CH4)

(B) Etanodiol (CH2OHCH2OH)

8

(C) Di-hidrogénio (H2 )

(D) Etano (CH3CH3)

(D). O componente com maior poder energético é aquele que tiver um maior número de carbonos e hidrogénios não oxidados.

103


3.3. Determine a energia libertada pela combustão completa de 100 gde etanol.

12

Considere M (C2H5OH) = 46,1 g mol . m n =  _ _ _ _ _    ⇔ M 100 ____     ⇔ n =    ⇔ n = 2,17 mol 46,1 1 mol de C2H5 OH 1362 kJ             =  ______________    ⇔ x = 2,96 × 103kJ  __________________ 2,17 mol de C2 H5 OH x


− 1

4. Durante uma síntese de um composto químico pode formar-se mais do que um isómero diferente. Neste caso, é necessário separar a mistura de isómeros sintetizada de forma a obter apenas aquele que se pretende utilizar. Sabe-se que durante a síntese do pentano (ponto de ebulição, p.e. = - 36 °C) se obtiveram também metilbutano (p.e. = 28 °C) e 2,2-dimetilpropano (p.e. = 10 °C). Para separar esta mistura de três componentes terá de se optar pelo método da destilação fracionada.

Temperatura

Grupo IV

C

A – 40 °C

(III)

B (II)

(I) Volume de destilado

Durante a destilação, foi-se registando a temperatura da mistura em função do volume de destilado recolhido, construindo-se de seguida o gráfico ao lado. Como este método de separação de misturas não garante a total separação dos componentes da mistura para um maior grau de pureza o destilado obtido pode voltar a ter de ser destilado novamente. 4.1. Identifique o principal componente da mistura recolhido durante a atividade laboratorial que deu origem à zona B do gráfico.

8

2,2-dimetilpropano. As zonas do gráfico com temperatura aproximadamente constante surgem quando um dos compostos entra em ebulição. Na zona B do gráfico o composto que entrou em ebulição foi aquele que tem um ponto de ebulição intermédio, ou seja, o 2,2-dimetilpropano. 4.2. Das seguintes opções selecione a correta.

8

(A) Pelo método da destilação fracionada obtêm-se totalmente separados os componentes da mistura inicial. (B) Os componentes da mistura recolhidos durante a destilação fracionada são puros. (C) A temperatura de - 40 °Ccorresponde à temperatura inicial da mistura. (D) Apenas com uma destilação simples se poderiam obter os componentes da mistura puros. (C). Componentes com pontos de ebulição próximos são extremamente difíceis de separar completamente, mesmo que o método de separação utilizado seja a destilação fracionada, pelo que o destilado recolhido a qualquer temperatura continua a ser, na prática, uma mistura de substâncias, ainda que mais pura. 4.3. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte. Os líquidos recolhidos em (I), (II) e (III) são…

(A) … uma mistura dos componentes A, B e C com diferentes frações molares.

(B) … uma mistura do componente A e água em (I), do componente B e água em (II) e do componente C e água em (III). (C) … os líquidos A, B e C, respetivamente.

(D) … uma mistura dos componentes A, B e C com iguais frações molares. (A). Uma vez que, mesmo numa destilação fracionada, os destilados recolhidos são uma mistura de substâncias, então os líquidos recolhidos em (I), (II) e (III) são uma mistura dos três componentes em diferentes quantidades (frações molares).

104

8


5. Para determinar a entalpia de neutralização de uma solução aquosa de hidróxido de potássio ( KOH)com uma NO3), um investigador fez reagir 100 cm3do ácido com igual volume da solução solução aquosa de ácido nítrico ( H aquosa básica. Inicialmente, as soluções básica e ácida tinham a mesma concentração ( 1,0 mol dm- 3) e temperatura. O investigador concluiu que a reação liberta 55,90 kJpor cada mole de água formada. 5.1. Classifique a reação de endotérmica ou exotérmica.

8

Exotérmica. As reações ácido forte-base forte são sempre reações exoenergéticas. 5.2. Escreva a equação química que representa a reação de neutralização ocorrida.

8

5.3. Considere que todas as soluções, iniciais e final, têm uma capacidade térmica igual a c, a temperatura inicial de ambas é igual, a massa final da mistura é m e as perdas de calor para a vizinhança foram desprezáveis.

8

KOH(aq) + HNO3(aq) → KNO3(aq) + H2O(ℓ)

Selecione a opção que contém a expressão que permite determinar o aumento de temperatura da mistura final registado pelo investigador. 0,10 × 55,90 × 103        °C (A) Δθ = -  ________________ m × c 0,10 × 55,90 (B) Δθ = -  ___________       °C m × c m × c     kJ (C) Δθ = -  ___________ 0,10 × 55,90

Testes

(D) Δθ = - m × c × 0,10 × 55,90 J (A).

n c =  __   ⇔ n = c × V ⇔ V ⇔ n = 1,0 × 0,100 ⇔ ⇔ n = 0,10 mol ΔH = - q = - m × c × Δθ ⇔

⇔ n × ΔHreação = - m × c × Δθ ⇔ n × ΔHreação   ⇔ Δθ = - __________        ⇔ m × c


0,10 × 55,90 × 103      ⇔ Δθ = -  ________________   °C m × c

Questão

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

Cotação

8

8

12

8

12

8

2.1. 2.2.1. 2.2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.4. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3.

12

8

8

12

8

12

16

8

12

8

8

8

8

8

8

Total 200

105


1.1. .......................................................................................8 pontos (I) Propan-1-ol; (II) Ácido propanoico

1.2. .......................................................................................8 pontos (D) 1.3. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Ambas as moléculas têm o mesmo número de carbonos (2), hidrogénios (2) e bromos (2) e uma ligação dupla, no entanto, a molécula (III) é assimétrica, pois contém os dois bromos no carbono 1, e a molécula (VI) é perfeitamente simétrica. Tópico B – Assim, o momento dipolar da molécula (III) não é nulo e o momento dipolar da molécula (VI) é nulo.

1.4. .......................................................................................8 pontos (B) 1.5. .....................................................................................12 pontos Tópico A – A destilação fracionada é um método de separação de componentes de misturas homogéneas que se baseia na diferença do ponto de ebulição dos seus componentes líquidos. No caso do petróleo, é utilizada para separar os diferentes hidrocarbonetos/compostos orgânicos que o constituem. Tópico B – O cracking do petróleo consiste em reações em que moléculas grandes de hidrocarbonetos são transformadas em moléculas mais pequenas, por aquecimento (cracking térmico) e por ação de catalisadores (cracking catalítico).

1.6. .......................................................................................8 pontos (A)

Grupo II

2.1. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Determinação do volume molar V  =  ___ R T    ⇔ p V = n R T ⇔  __ n p 0,08205 × 273,15    ⇔ Vm  =  _______________      ⇔ Vm = 22,4dm3mol− 1 1,00 Etapa B – Significado físico O valor determinado significa que cada mole de substância gasosa, considerada gás ideal nas condições PTN, ocupa um volume igual a 22,4 dm3. 2.2.1. .....................................................................................8 pontos (A) 2.2.2. .....................................................................................8 pontos p V = n R T ⇔ ⇔ 1,00 × 1,00 = n × 0,08205 × (273,15 + 126,85) ⇔ ⇔ n = 3,05 × 10− 2mol 2.3.1. ...................................................................................12 pontos Tópico A – Ligações intermoleculares Ambos os compostos, butano e pentano, são hidrocarbonetos apolares, estando apenas sujeitos a ligações intermoleculares por forças de London. Tópico B – Estados físicos As forças de London são tanto mais intensas quanto maior for a nuvem eletrónica da molécula ligante. Geralmente, quanto maior a massa molecular do composto, maior é o tamanho da nuvem eletrónica. Neste caso, como o butano tem menor massa molecular, terá também menor nuvem eletrónica e forças de ligação menos intensas. Assim, o pentano, por ter forças mais intensas, apresenta-se no estado líquido e o butano no estado gasoso.

106

2.3.2. .....................................................................................8 pontos (D) 2.4. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Vantagens São renováveis (no caso do biogás, biodiesel e álcoois) e inesgotáveis (92%de todo o Universo é feito de hidrogénio). São menos poluentes (não emitem, durante a combustão, óxidos de nitrogénio ou enxofre). A emissão de dióxido de carbono, na combustão, é compensada pelo seu aprisionamento durante a produção do combustível. Tópico B – Desvantagens Possuem baixa rentabilidade de produção (no caso do biogás, biodiesel e álcoois). Acarretam elevados custos de equipamento (sobretudo no caso do di-hidrogénio). Os biocombustíveis agrícolas precisam de elevadas extensões de terreno que deixa de ser utilizado para produção de alimentos. Como consequência, o preço dos alimentos pode aumentar.

Grupo III 3.1. .....................................................................................16 pontos Etapa A – Cálculo da entalpia dos produtos da reação Eformação de ligações = 4 × EC = O + 6 × EO – H ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 4 × 804,3 + 6 × 463,5 ⇔ ⇔  Eformação de ligações = 5998,2kJ Etapa B – Cálculo da entalpia dos reagentes

    = ΔHreagentes + ΔHprodutos ⇔ H  °reação Δ ⇔ −1362 = ΔHreagentes +  (− 5998,2)  ⇔ ⇔ ΔHreagentes = 4636 kJ

Etapa C – Cálculo da energia de ligação Equebra de ligações = EC - C + 5 × EC − H + EC – O+ EO – H + 3 × EO = O ⇔ ⇔ 4636 = 346,8 + 5 × 413,4 +  EC - O + 463,5 + 3 × 497,0 ⇔ ⇔  EC - O = 268 kJ 3.2. .......................................................................................8 pontos (D) 3.3. .....................................................................................12 pontos Etapa A – Cálculo da quantidade química de etanol 100    _ _ _ _ _ _    ⇔ n =  ____ n =  _m  ⇔ n = 2,17 mol M 46,1 Etapa B – Cálculo da energia libertada 1 mol de C2H5 OH 1362  kJ            =  ______________  ⇔ x = 2,96 × 103kJ  __________________ 2,17 mol de C2 H5 OH x

Grupo IV 4.1. .......................................................................................8 pontos 2,2-dimetilpropano 4.2. .......................................................................................8 pontos (C) 4.3. .......................................................................................8 pontos (A)

Grupo V

5.1. .......................................................................................8 pontos Exotérmica 5.2. .......................................................................................8 pontos KOH(aq) + HNO3( aq) → KNO3( aq) + H2O(  ℓ)  5.3. .......................................................................................8 pontos (A)


Grupo I

N.° de alunos

III

IV

V

8

12

8

12

8

12


8

8

12

Testes

N.° de positivas

8

8

16

8

N.° de negativas

12

8

8

% de positivas

12

8

8

8

% de negativas

8 200

Total

-

Balanço do teste

30

II

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 2.1. 2.2.1. 2.2.2. 2.3.1. 2.3.2. 2.4. 3.1. 3.2. 3.3. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3.

I

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

Aluno

Cotação

Item

Grupo

Turma: 12.°

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°




107


Domínio 3 Plásticos, vidros e novos materiais Cotação

1.1.

8

1.2.

8

Total

Domínio 3

32

M12 Os plásticos e os materiais poliméricos


1.3.2.

8

1.3.3.

8

1.3.1.

8

2.1.

12

2.2.

16

2.3.

8

2.4.

8

2.5.

8

4.1.

8

4.2.

12

4.3.

8

3.1.

12

3.2.

8 40

M14 Novos materiais

3.3.

12

3.4.

8

5.1.

8

5.2.

16

5.3.

8

5.4.

8

AL3.6 Síntese de um polímero

108

88

40


Item

TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Considere o seguinte texto. As substâncias constituídas por polímeros podem ter propriedades físicas bastante diferentes dependendo dos polímeros seus constituintes. Para que um polímero possa ter uma resistência mecânica mínima terá de possuir um grau de polimerização (  n) superior a 1000. Para que possa ter uso prático no dia a dia, a sua resistência tem de ser ainda maior, ou seja, terá de ter n superior a 5000.

1.1. Selecione a opção que contém um sinónimo de mero.

8

(A) Polímero

(C) Motivo

(B) Monómero

(D) Média


8

A reação de síntese de um polímero designa-se por… (A) … reação ácido-base.

(C) … reação de neutralização.

(B) … reação de oxidação-redução.

(D) … reação de polimerização.

1.3. Considere a seguinte reação de polimerização. H

H n

C H

C H

Etileno

H

H

C

C

H

H n

Polietileno

1.3.1. Classifique o polímero formado (homopolímero ou copolímero).

8

1.3.2. Indique o valor mínimo do grau de polimerização (  n) para que o polímero possa ter valor comercial.

8

1.3.3. O etileno é um composto produzido industrialmente a partir, por exemplo, do petróleo.

8

Selecione a opção correta.


(A) O polietileno é um polímero sintético. (B) O polietileno é um polímero artificial. (C) O polietileno é um polímero natural. (D) Nenhuma das anteriores.

109

Testes

A resistência física também depende da natureza química do mero repetido. Polímeros que estabeleçam ligações intermoleculares mais fortes, como, por exemplo, as poliamidas ou os poliésteres, podem ter elevada resistência mecânica para valores de nmais pequenos. Polímeros que estabeleçam ligações intermoleculares mais fracas, como, por exemplo, o polietileno, apenas podem ter elevada resistência mecânica para valores de n mais elevados.

Teste de Avaliação 5 Grupo II EQ12DP © Porto Editora

2. As reações apresentadas traduzem o processo de síntese do polímero constituinte do kevlar, do nylon 6.6, do policarbonato e da baquelite. Reação (I) – síntese da poliarilamida ou poliaramida (kevlar) O n H2N

NH2

+

n

O C

C

HO

- H2O

OH

N

N

C

C

H

H

O

O n

Reação (II) – síntese da poliamida 6 (nylon 6.6) H H H H H H H H nH

N C C C C C C

H H H

N H + n HOOC

H H H H H H

H

C C C

C

H H H

H

-H2O

COOH

H N

H H H H H H H

O H H H H O

C C C C C

C C C C C C

C N

H H H H H H

H H H H

n

Reação (III) – síntese do policarbonato (policarbonato)

n

O C

Cℓ

CH3 + n HO

OH

C

– HCℓ

CH3 O

C

CH3

Cℓ

O

C O

CH3

n

Reação (IV) – síntese do polifenol (baquelite) OH

OH n H

H

+

n CH2

- H2O

CH2

O

n

2.1. Identifique, justificando, o tipo de reação de polimerização que ocorre em todas as reações apresentadas.

12

2.2. Dos compostos envolvidos nas reações (I), (II) e (III), identifique, justificando:

16

• uma poliamida; • um poliéster;

• uma reação que não envolva compostos aromáticos. 2.3. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Ambos os monómeros da reação (I) têm um grupo funcional amino.

(B) O primeiro monómero da reação (I) tem um grupo funcional amida.

(C) Ambos os monómeros da reação (II) têm um grupo funcional carboxilo.

(D) O segundo monómero da reação (III) tem um grupo funcional hidroxilo.

110

2.4. Identifique o monómero de menor massa molecular na reação (III).

8

2.5. Escreva a fórmula de estrutura do motivo do polifenol.

8


3. Considere o seguinte texto. A utilização de polímeros naturais na recuperação de qualquer parte do corpo humano tem vantagens. Para além de serem substâncias de ocorrência natural, são muitas vezes idênticos a substâncias macromoleculares que o ambiente biológico está preparado para reconhecer e lidar metabolicamente, pelo que têm baixas toxicidade e reação crónica inflamatória. A maioria deles são biocompatíveis e biodegradáveis, quer por enzimas de ocorrência natural, ou resultam em fragmentos não tóxicos de baixo peso molecular e solúveis em água que podem ser reabsorvíveis e eliminados do corpo por processos metabólicos normais. Podem ser manipulados e adaptados à função pretendida, são fisiológicos (estáveis a variações de temperatura e pH em condições fisiológicas), renováveis e apresentam compatibilidade ambiental.

Isabel Pereira (2010). Estudo da degradação de compósitos reforçados com fibras biodegradáveis para aplicações biomédicas. Tese de mestrado, U. Porto

3.1. Tendo por base o texto e a definição de material de base sustentável, identifique duas vantagens da utilização de 12 polímeros naturais. 3.2. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) O uso de materiais de base sustentável permite a diminuição de resíduos e de poluição. (B) O uso de matérias-primas naturais garante que estas são sempre renováveis. (C) O uso de materiais de base sustentável não permite a preservação de matérias-primas não renováveis. (D) O uso de matérias-primas naturais garante sempre vantagens a nível económico.

3.4. De entre os produtos seguintes selecione aquele que é formado a partir de polímeros naturais.

12

8

(C) Bolas de bilhar (baquelite).

(A) Camisa de poliéster. (B) Caneta de polipropileno.

CH

(D) Loiça de bambu.

CH

2

Grupo IV

CH

4. Observe as seguintes estruturas poliméricas. Estrutura 1

2

CH CH

CH2 CH CH2 CH CH2 CH

CH

2

CH2 CH CH2 CH

Estrutura 2

CH2 CH CH2 CH

CH2 C CH2 CH CH2 CH

4.1. Identifique a estrutura ramificada.

8

4.2. Comente o valor lógico da frase seguinte:

12

Ambas as estruturas apresentadas dão origem a plásticos termofixos. 4.3. A estrutura 1é obtida por reações de polimerização de adição. A reação de síntese da estrutura 2 não tem economia atómica percentual igual a 100%.

8

Selecione a opção correta.


(A) A economia atómica e percentual da reação de síntese da estrutura 1é menor do que a economia atómica percentual da reação de síntese da estrutura 2. (B) A estrutura 2foi obtida somente por reações de polimerização de adição. (C) Na síntese da estrutura 1libertam-se moléculas de H2 . (D) A economia atómica e percentual da reação de síntese da estrutura 1é igual a 100%.

111

Testes

3.3. Identifique desvantagens/limitações do uso de polímeros naturais por comparação com os polímeros artificiais ou sintéticos.


No laboratório pode-se sintetizar fazendo reagir ácido hexano-1,6-dioico, HOOC − (CH2)4 − COOH, com hexano-1,6-diamina, H2 N − (CH2)6 − NH2, ambos substâncias tóxicas e voláteis, de acordo com a seguinte reação: nH

H H H H H H H H

H H H

H

N C C C C C C

C C C

C

H H H

H

N H + n HOOC

H H H H H H

COOH

-H2O

H

H H H H H H H

O H H H H O

N

C C C C C

C C C C C C

C N

H H H H H H


5. O nylon é um polímero sintético muito importante pelo seu baixo custo de produção e elevada resistência mecânica. No entanto, apresenta também desvantagens, como, por exemplo, baixa biodegradabilidade.

n

H H H H

Propriedades:

M [HOOC − (CH2)4 − COOH]  = 146,14 g/mol; M [H2N − (CH2)6 − NH2]  = 116,21 g/mol;

ρ [HOOC − (CH2)4 − COOH]  = 1,36 g/cm3; ρ [H2N − (CH2)6 − NH2]  = 0,84g/cm3 5.1. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Os reagentes apresentados devem ser manuseados na hotte. (B) O polímero sintetizado é tóxico. (C) O polímero sintetizado é volátil. (D) Os reagentes apresentados podem ser manuseados sem luvas e sem óculos de proteção. 5.2. Determine o volume de hexano-1,6-diamina necessário para fazer reagir completamente 20,0 mL de ácido hexano-1,6-dioico.

16

5.3. A figura representa o processo de síntese do polímero de forma a obter um fio.

8

Identifique o reagente A e o reagente B. A

5.4. Selecione a opção que contém o reagente que teria de utilizar para produzir o nylon 6.10. (A)

8

B

(C) O

O

O

O Cℓ

Cℓ Cℓ

Cℓ

(B)

(D) O

O

O

O Cℓ

Cℓ Cℓ

Questão

1.1.

Cotação

8

112

Cℓ

1.2. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3 5.4.

8

8

8

8

12

16

8

8

8

12

8

12

8

8

12

8

8

16

8

8

Total 200

TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

1. Considere o seguinte texto. As substâncias constituídas por polímeros podem ter propriedades físicas bastante diferentes dependendo dos polímeros seus constituintes. Para que um polímero possa ter uma resistência mecânica mínima terá de possuir um grau de polimerização (  n) superior a 1000. Para que possa ter uso prático no dia a dia, a sua resistência tem de ser ainda maior, ou seja, terá de ter n superior a 5000.

1.1. Selecione a opção que contém um sinónimo de mero.

8

(A) Polímero (B) Monómero (C) Motivo (D) Média (C). Antes da reação de polimerização, a unidade que se vai repetir designa-se monómero. Após a reação de polimerização, uma vez que existiu a quebra de uma ligação dupla ou tripla, ou perda de uma molécula pequena, a unidade que se repete não é exatamente igual ao monómero. Designa-se por motivo ou mero. 1.2. elecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

8

A reação de síntese de um polímero designa-se por… (A) … reação ácido-base. (B) … reação de oxidação-redução. (C) … reação de neutralização. (D) … reação de polimerização. (D).


Uma reação ácido-base envolve a troca de pelo menos um protão; uma reação de oxidação-redução, a troca de pelo menos um eletrão; uma reação de neutralização de um ácido ou de uma base envolve a formação de um sal (composto iónico) e água.

A reação de polimerização não tem de ser nenhuma das anteriores, apenas tem de resultar num conjunto de unidades que se repetem n vezes (uma reação de polimerização é uma reação química em cadeia entre moléculas de monómeros). EQ12DP – 08

113

Testes

A resistência física também depende da natureza química do mero repetido. Polímeros que estabeleçam ligações intermoleculares mais fortes, como, por exemplo, as poliamidas ou os poliésteres, podem ter elevada resistência mecânica para valores de nmais pequenos. Polímeros que estabeleçam ligações intermoleculares mais fracas, como, por exemplo, o polietileno, apenas podem ter elevada resistência mecânica para valores de n mais elevados.


1.3. Considere a seguinte reação de polimerização.

n

C

C

H

H Etileno

H

H

C

C

H

H n


H

H

Polietileno

1.3.1. Classifique o polímero formado (homopolímero ou copolímero).

8

Homopolímero.

Homopolímeros surgem quando o polímero é formado a partir de apenas um único monómero; copolímeros resultam da união (repetida) de pelo menos dois monómeros diferentes.

1.3.2. Indique o valor mínimo do grau de polimerização (  n) para que o polímero possa ter valor comercial.

8

nmínimo = 5000 No texto pode ler-se que “… Para que possa ter uso prático no dia a dia, a sua resistência tem de ser ainda maior, ou seja, terá de ter n superior a 5000”. 1.3.3. O etileno é um composto produzido industrialmente a partir, por exemplo, do petróleo.

8

Selecione a opção correta. (A) O polietileno é um polímero sintético. (B) O polietileno é um polímero artificial. (C) O polietileno é um polímero natural. (D) Nenhuma das anteriores. (A). Polímeros naturais – são aqueles que se encontram na Natureza. Polímeros artificiais – produtos obtidos por transformação química de um polímero natural. Polímeros sintéticos – novos materiais obtidos industrialmente sem necessidade de um produto natural de origem. O polietileno é obtido a partir do eteno, derivado do petróleo. Assim, o polietileno é um polímero sintético.

Grupo II

2. As reações apresentadas traduzem o processo de síntese do polímero constituinte do kevlar, do nylon 6.6, do policarbonato e da baquelite. Reação (I) – síntese da poliarilamida ou poliaramida (kevlar) O n H2N

NH2

+

n

O C

C

HO

- H2O

OH

N

N

C

C

H

H

O

O n

Reação (II) – síntese da poliamida 6 (nylon 6.6)

nH

H H H H H H H H

H H H

H

N C C C C C C

C C C

C

H H H

H

H H H H H H

114

N H + n HOOC

COOH

-H2O

H

H H H H H H H

O H H H H O

N

C C C C C

C C C C C C

C N

H H H H H H

H H H H

n


Reação (III) – síntese do policarbonato (policarbonato)

n

O C

Cℓ

CH3 + n HO

OH

C

– HCℓ

CH3 O

C

CH3

Cℓ

O

C O

CH3

n

Reação (IV) – síntese do polifenol (baquelite) OH

OH n H

H

+

n CH2

- H2 O

CH2

O

n

2.1. Identifique, justificando, o tipo de reação de polimerização que ocorre em todas as reações apresentadas.

12

Todas as reações apresentadas libertam uma ou mais moléculas mais pequenas (água e cloreto de hidrogénio), para além do polímero formado. Assim, as reações de polimerização apresentadas são todas reações de condensação. Para que as reações pudessem ser consideradas reações de adição os monómeros teriam de ter pelo menos uma ligação dupla ou tripla que daria origem à nova ligação entre os meros. 2.2. Dos compostos envolvidos nas reações (I), (II) e (III), identifique, justificando:

16

• uma poliamida;

Testes

• um poliéster; • uma reação que não envolva compostos aromáticos. • Reação de síntese (I) porque se forma a ligação característica das poliamidas:

• Reação de síntese (III) porque se forma a ligação característica dos poliésteres:

N

C

H

O

O

C O

• Reação de síntese (I) ou (III). Um composto aromático é aquele que contém o anel aromático: A única reação cujos compostos envolvidos não contêm este anel é a reação (II). 2.3. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Ambos os monómeros da reação (I) têm um grupo funcional amino.

(B) O primeiro monómero da reação (I) tem um grupo funcional amida.

(C) Ambos os monómeros da reação (II) têm um grupo funcional carboxilo.

(D) O segundo monómero da reação (III) tem um grupo funcional hidroxilo. (D).

Grupo funcional amino: –NH2

Grupo funcional carboxilo: –COOH

Grupo funcional amida: –CONH2

Grupo funcional hidroxilo: –OH


O segundo monómero da reação (III) é o seguinte e contém o grupo funcional hidroxilo: CH3 OH

C

OH

CH3

115


2.4. Identifique o monómero de menor massa molecular na reação (III).


Uma das seguintes respostas: O C Cℓ Cℓ ou COCℓ2 ou fosgénio Na reação de síntese (III):

n Cℓ

CH3

O

+ n HO

C

Cℓ

C

OH

– HCℓ

CH3 O

C CH3

CH3

O

C O

n

os monómeros são o fosgénio (98,92g/mol) e o difenol ou bisfenol A (228,29g/mol). 2.5. Escreva a fórmula de estrutura do motivo do polifenol.

8

OH CH2

Grupo III

3. Considere o seguinte texto. A utilização de polímeros naturais na recuperação de qualquer parte do corpo humano tem vantagens. Para além de serem substâncias de ocorrência natural, são muitas vezes idênticos a substâncias macromoleculares que o ambiente biológico está preparado para reconhecer e lidar metabolicamente, pelo que têm baixas toxicidade e reação crónica inflamatória. A maioria deles são biocompatíveis e biodegradáveis, quer por enzimas de ocorrência natural, ou resultam em fragmentos não tóxicos de baixo peso molecular e solúveis em água que podem ser reabsorvíveis e eliminados do corpo por processos metabólicos normais. Podem ser manipulados e adaptados à função pretendida, são fisiológicos (estáveis a variações de temperatura e pH em condições fisiológicas), renováveis e apresentam compatibilidade ambiental.

Isabel Pereira (2010). Estudo da degradação de compósitos reforçados com fibras biodegradáveis para aplicações biomédicas. Tese de mestrado, U. Porto

3.1. Tendo por base o texto e a definição de material de base sustentável, identifique duas vantagens da utilização de 12 polímeros naturais. Materiais de base sustentável são aqueles que, sendo economicamente viáveis, são também renováveis, recicláveis e biodegradáveis. Assim, podem identificar-se como vantagens explícitas no texto o facto deste tipo de polímeros ser reciclável e biodegradável: “os polímeros naturais” são “renováveis e apresentam compatibilidade ambiental”; “A maioria deles são biocompatíveis e biodegradáveis…”. 3.2. Das seguintes afirmações selecione a correta. (A) O uso de materiais de base sustentável permite a diminuição de resíduos e de poluição. (B) O uso de matérias-primas naturais garante que estas são sempre renováveis. (C) O uso de materiais de base sustentável não permite a preservação de matérias-primas não renováveis. (D) O uso de matérias-primas naturais garante sempre vantagens a nível económico.

116

8


(A). O conceito de desenvolvimento sustentável pode ser definido como a capacidade de satisfazer as necessidades da geração atual sem comprometer a mesma capacidade das gerações futuras. Entre os objetivos mais importantes para o desenvolvimento sustentável, encontra-se a capacidade de reduzir as consequências nefastas das substâncias que produzimos e usamos, sendo o papel da química essencial para garantir que a próxima geração de produtos, materiais e energia é mais sustentável do que a atual. Para atingir estes objetivos em muito contribuem as matérias-primas naturais, no entanto, o uso de matérias-primas naturais não garante, por si só, a sustentabilidade, ou seja, que estas sejam renováveis em tempo útil ou que tragam sempre vantagens do ponto de vista económico. 3.3. Identifique desvantagens/limitações do uso de polímeros naturais por comparação com os polímeros artificiais ou sintéticos.

12

Identificar duas das seguintes limitações ou outras consideradas também corretas. • Grande dificuldade em reproduzir estes polímeros em quantidades industriais sempre com a mesma qualidade pretendida, uma vez que são de origem animal. • A maior necessidade de controlo em termos de biodegradabilidade, uma vez que são suscetíveis a degradação microbiana e enzimática (por exemplo, no armazenamento).

• Terem uma química mais complexa e menos conhecida quando comparados com os sintéticos, o que torna a sua manipulação tecnológica mais elaborada. • A sua produção pode competir com outras necessidades fundamentais do ser humano, como, por exemplo, na área alimentar (os agricultores deixam de produzir para a alimentação e passam a produzir para a indústria farmacêutica, aumentando, assim, por passarem a ser mais escassos, o custo dos alimentos). • Pode levantar problemas éticos e morais, especialmente durante a pesquisa com animais vivos.

3.4. De entre os produtos seguintes selecione aquele que é formado a partir de polímeros naturais.

8

(B) Caneta de polipropileno.

Testes

(C) Bolas de bilhar (baquelite).

(A) Camisa de poliéster.

(D) Loiça de bambu.

(D). O poliéster e o polipropileno são derivados do petróleo (sintéticos). A baquelite é considerada o primeiro plástico produzido pelo ser humano e teve como objetivo substituir o uso do marfim nas bolas de bilhar, para evitar a extinção das espécies (elefantes) produtoras de marfim. Grupo IV

4. Observe as seguintes estruturas poliméricas. Estrutura 1

CH

CH2 CH CH2 CH CH2 CH


CH

2

CH

CH

2

CH

CH

2

CH2 CH CH2 CH

Estrutura 2

CH2 CH CH2 CH

CH2 C CH2 CH CH2 CH

117


4.1. Identifique a estrutura ramificada.

8

CH

2

CH

CH

2

CH

CH

2

CH

Os polímeros ramificados possuem uma estrutura tridimensional, onde as longas cadeias, ramificadas ou lineares, estão unidas umas às outras por ligações covalentes, como acontece na estrutura 2.


Estrutura 2.

CH2 CH CH2 CH

CH2 C CH2 CH CH2 CH

4.2. Comente o valor lógico da frase seguinte:

12

Ambas as estruturas apresentadas dão origem a plásticos termofixos. Os polímeros lineares, com ou sem ramificações, são termoplásticos (facilmente moldáveis), ligando-se as cadeias entre si, geralmente, por forças de London. Como a frase afirma que os polímeros apresentados são termofixos (formam ligações mais intensas do que as forças de London entre as cadeias), pode concluir-se que a frase é falsa. 4.3. A estrutura 1é obtida por reações de polimerização de adição. A reação de síntese da estrutura 2 não tem economia atómica percentual igual a 100%. Selecione a opção correta. (A) A economia atómica e percentual da reação de síntese da estrutura 1é menor do que a economia atómica percentual da reação de síntese da estrutura 2. (B) A estrutura 2foi obtida somente por reações de polimerização de adição. (C) Na síntese da estrutura 1libertam-se moléculas de H2 . (D) A economia atómica e percentual da reação de síntese da estrutura 1é igual a 100%. (D). A economia atómica percentual de uma reação de polimerização de adição, onde apenas se forma o polímero desejado, é sempre igual a 100%, o que invalida a escolha da alínea (A), (B) e (C) e valida a escolha da alínea (D).

118

8


5. O nylon é um polímero sintético muito importante pelo seu baixo custo de produção e elevada resistência mecânica. No entanto, apresenta também desvantagens, como, por exemplo, baixa biodegradabilidade. No laboratório pode-se sintetizar fazendo reagir ácido hexano-1,6-dioico, HOOC − (CH2)4 − COOH, com hexano-1,6-diamina, H2 N − (CH2)6 − NH2, ambos substâncias tóxicas e voláteis, de acordo com a seguinte reação: H H H H H H H H nH

N C C C C C C

N H + n HOOC

H H H H H H

H H H

H

C C C

C

H H H

H

COOH

-H2O

H

H H H H H H H

O H H H H O

N

C C C C C

C C C C C C

C N

H H H H H H

H H H H

n

Propriedades: M [HOOC − (CH2)4 − COOH]  = 146,14 g/mol;

M [H2 N − (CH2)6 − NH2]  = 116,21 g/mol;

ρ [HOOC − (CH2)4 − COOH]  = 1,36 g/cm3; ρ [H2N − (CH2)6 − NH2]  = 0,84g/cm3

5.1. Das seguintes afirmações selecione a correta.

8

(A) Os reagentes apresentados devem ser manuseados na hotte. (B) O polímero sintetizado é tóxico. (C) O polímero sintetizado é volátil.

Testes

(D) Os reagentes apresentados podem ser manuseados sem luvas e sem óculos de proteção. (A). Deve-se usar sempre a hotte na manipulação de substâncias tóxicas ou que envolvam a libertação de vapores. O texto inicial afirma que o ácido hexano-1,6-dioico e a hexano-1,6-diamina são ambos substâncias tóxicas e voláteis, pelo que têm de ser manuseados na hotte e não podem ser manuseados sem luvas e sem óculos de proteção. O polímero sintetizado tem características físico-químicas diferentes dos monómeros que lhe deram origem, por isso não tem de ser tóxico e volátil. O nylon é um polímero utilizado em roupas, não sendo tóxico nem volátil. 5.2. Determine o volume de hexano-1,6-diamina necessário para fazer reagir completamente 20,0 mL de ácido hexano-1,6-dioico.

16

A massa do ácido é determinada a partir da sua massa volúmica e do seu volume: m m       ⇔ m = 27,2 g ρ =  __    ⇔ 1,36 =  ____ V 20,0 A partir dessa massa pode-se determinar a quantidade química de ácido: 27,2 m      ⇔ n = 0,186 mol n =  __    ⇔ n =  _______ M 146,14 Como a estequiometria da reação é de 1:1: nH N − (CH ) − NH  = nHOOC − (CH ) − COOH


2

2 6

2

2 4

Para o cálculo do volume da diamina, primeiro determina-se a sua massa: m m  ⇔ m = 21,6 g      n =  __    ⇔ 0,186 =  _______ M 116,21 e, por fim, fazendo uso da massa volúmica da diamina, determina-se o seu volume: 21,6 m       ⇔ V = 26 mL ρ =  __    ⇔ 0,84 =  ____ V V

119

Teste de Avaliação 5 EQ12DP © Porto Editora

5.3. A figura representa o processo de síntese do polímero de forma a obter um fio. Identifique o reagente A e o reagente B.

8

A

B

Reagente A – hexano-1,6-diamina; Reagente B – ácido hexano-1,6-dioico. O reagente mais denso fica no fundo do copo; o mais leve, em cima. Neste caso, o reagente mais denso é o ácido hexano-1,6-dioico, por isso, este é o reagente B. 5.4. Selecione a opção que contém o reagente que teria de utilizar para produzir o nylon 6.10. (A)

8

O O

Cℓ Cℓ (B)

O O

Cℓ Cℓ (C)

O O

Cℓ Cℓ (D)

O O

Cℓ Cℓ (A). Para produzir o nylon 6.10 teria de ser utilizado um reagente com 10carbonos (ácido ou cloreto de ácido, como é o caso), mais a amina com 6 carbonos.

Questão

1.1.

Cotação

8

120

1.2. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3 5.4.

8

8

8

8

12

16

8

8

8

12

8

12

8

8

12

8

8

16

8

8

Total 200

Critérios de correção do Teste de Avaliação 5 Grupo I

Grupo III

1.1. .......................................................................................8 pontos (C)

3.1. .....................................................................................12 pontos

1.3.1. .....................................................................................8 pontos Homopolímero 1.3.2. .....................................................................................8 pontos nmínimo = 5000 1.3.3. .....................................................................................8 pontos (A)

Grupo II 2.1. .....................................................................................12 pontos Tópico A Todas as reações apresentadas libertam uma ou mais moléculas mais pequenas (água e cloreto de hidrogénio), para além do polímero formado. Tópico B Assim, as reações de polimerização apresentadas são todas reações de condensação. 2.2. .....................................................................................16 pontos Tópico A – poliamida Reação de síntese (I) porque se forma a ligação característica das poliamidas:

N

C

H

O

3.2. .......................................................................................8 pontos (A) 3.3. .....................................................................................12 pontos Identificar duas das seguintes limitações ou outras consideradas também corretas. • Grande dificuldade em reproduzir estes polímeros em quantidades industriais sempre com a mesma qualidade pretendida, uma vez que são de origem animal. • A maior necessidade de controlo em termos de biodegradabilidade, uma vez que são suscetíveis a degradação microbiana e enzimática (por exemplo, no armazenamento).

• Terem uma química mais complexa e menos conhecida quando comparados com os sintéticos, o que torna a sua manipulação tecnológica mais elaborada.

Tópico B – poliéster Reação de síntese (III) porque se forma a ligação característica dos poliésteres:

O

Tópico B Assim, podem identificar-se como vantagens explícitas no texto o facto deste tipo de polímeros ser reciclável e biodegradável: “os polímeros naturais” são “renováveis e apresentam compatibilidade ambiental”; “A maioria deles são biocompatíveis e biodegradáveis…”.

C O

Tópico C – reação que não envolva compostos aromáticos Reação de síntese (I) ou (III) Um composto aromático é aquele que contém o anel aromático:

• A sua produção pode competir com outras necessidades fundamentais do ser humano, como, por exemplo, na área alimentar (os agricultores deixam de produzir para a alimentação e passam a produzir para a indústria farmacêutica, aumentando, assim, por passarem a ser mais escassos, o custo dos alimentos).

• Pode levantar problemas éticos e morais, especialmente durante a pesquisa com animais vivos.

3.4. .......................................................................................8 pontos (D)

Grupo IV A única reação cujos compostos envolvidos não contêm este anel é a reação (II).

2.3. .......................................................................................8 pontos (D) 2.4. .......................................................................................8 pontos Uma das seguintes respostas:

O C Cℓ Cℓ

ou COCℓ2 ou fosgénio

2.5. .......................................................................................8 pontos EQ12DP © Porto Editora

OH

4.1. .......................................................................................8 pontos Estrutura 2 4.2. .....................................................................................12 pontos Tópico A Os polímeros lineares, com ou sem ramificações, são termoplásticos (facilmente moldáveis), ligando-se as cadeias entre si, geralmente, por forças de London. Tópico B Como a frase afirma que os polímeros apresentados são termofixos (formam ligações mais intensas do que as forças de London entre as cadeias), pode concluir-se que a frase é falsa. 4.3. .......................................................................................8 pontos (D)

CH2

121

Testes

1.2. .......................................................................................8 pontos (D)

Tópico A Materiais de base sustentável são aqueles que, sendo economicamente viáveis, são também renováveis, recicláveis e biodegradáveis.


5.1. .......................................................................................8 pontos (A) 5.2. .....................................................................................16 pontos Etapa A – Cálculo da quantidade química de ácido hexano-1,6-dioico m   ⇔ 1,36 = _____ ρ =  __   m      ⇔ m = 27,2 g V 20,0 27,2 m      ⇔ n = 0,186 mol n =  __   ⇔ n =  _______ M 146,14 Etapa B – Cálculo da quantidade química de hexano-1,6-diamina Como a estequiometria da reação é de 1:1: nH N−(CH ) −NH  = nHOOC−(CH ) −COOH 2

2 6

2

2 4

Etapa C – Cálculo do volume de hexano-1,6-diamina m m n =  __   ⇔ 0,186 =  _______       ⇔ m = 21,6 g M 116,21 21,6 m         ⇔ V = 26 mL ρ =   __   ⇔ 0,84 = _____ V V 5.3. .......................................................................................8 pontos Reagente A – hexano-1,6-diamina; Reagente B – ácido hexano-1,6-dioico. 5.4. .......................................................................................8 pontos (A)

122


Grupo V

N.° de alunos

III

IV

V

8

8

8

8

12

16


8

8

8

Testes

N.° de positivas

8

12

12

8

N.° de negativas

8

12

8

% de positivas

8

8

8

8

% de negativas

16 200

Total

-

Balanço do teste

30

II

1.1. 1.2. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

I

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

Aluno

Cotação

Item

Grupo

Turma: 12.°

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°




123


Domínio 3 Plásticos, vidros e novos materiais Cotação

1.1.

8

1.2.

8

1.3.

12

1.4.

8

1.5.

8

2.1.

8

2.2.

8

2.3.

8

2.4.

8

2.5.

16

3.1.

8

3.2.

8

3.3.1.

8

3.3.2.

12

3.3.3.

12

4.1.

8

4.2.

8

Total

Domínio 3

M12 Os plásticos e os materiais poliméricos

96


36

M14 Novos materiais

AL3.6 Síntese de um polímero

124

44

4.3.1.

12

4.3.2.

8

5.1.

8

5.2.

8

5.3.

8

24


Item

TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação


Grupo I

Cotações

Testes

1. O gráfico seguinte mostra a evolução da produção de polímeros desde 1940 até ao final do milénio passado.

1940

1950 Algodão Lã

1960

1970 1980 Derivados da celulose Sintético

1990

2000 Produzidos pelo ser humano

1.1. Selecione a opção que melhor define um polímero.

8

(A) Polímeros são materiais constituídos por meros formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designadas(s) por macromolécula(s).

(B) Polímeros são materiais constituídos por motivos formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por meros(s). (C) Polímeros são materiais constituídos por meros formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designadas(s) por monómero(s).

(D) Polímeros são materiais constituídos por macromoléculas formadas pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por monómero(s).


1.2. Identifique um material polimérico de origem natural representado no gráfico.

8

1.3. Analise o gráfico e compare a evolução da produção de polímeros artificiais e sintéticos com a produção de polímeros naturais na segunda metade do século XX. Apresente uma justificação para a variação identificada.

125

12


1.4. Das estruturas seguintes selecione aquela que pode representar um polímero. (A) Fulereno-60 (átomos de carbono)


(C) Iodeto de potássio – – + + + – – + + – + – – + + – – +

–

(B) Prata

(D) Polietileno

Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ + Ag Ag+ Ag+ Ag+ Ag+

Ag+

1.5. Considere a informação seguinte.

8

Tipo de polímero

Definição

(a) Polímeros naturais

(I) Novos materiais obtidos industrialmente sem necessidade de um produto natural de origem.

(b) Polímeros artificiais

(II) São aqueles que se encontram na Natureza.

(c) Polímeros sintéticos

(III) Produtos obtidos por transformação química de um polímero natural.

Selecione a opção que estabelece a correta correspondência entre as duas colunas. (A) (a) – (I); (b) – (II); (c) – (III)

(C) (a) – (III); (b) – (II); (c) – (I)

(B) (a) – (II); (b) – (III); (c) – (I)

(D) (a) – (III); (b) – (I); (c) – (II)

Grupo II

2. A reação de síntese do poli(tereftalato de etileno) (PET), de fórmula molecular [C1 0H8O4 ] n, pode ser representada pela seguinte equação química. n CH2 CH2 OH

+

n HOOC

COOH

- H2O

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C n

OH

Etilenoglicol

Ácido tereftálico

Poli(tereftalato de etileno) (PET)

2.1. Selecione a opção que contém a fórmula de estrutura que representa o motivo do poli(tereftalato de etileno). (C)

(A) CH2 CH2 OH

8

OH

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C

(B) HOOC

COOH

(D) O C O

2.2. Represente um dímero derivado do poli(tereftalato de etileno).

126

8


2.3. Identifique o tipo de ligação química estabelecida entre as unidades estruturais do poli(tereftalato de etileno).

8


8

(A) A reação apresentada é uma reação de adição e o polímero formado é um homopolímero. (B) A reação apresentada é uma reação de condensação e o polímero formado é um homopolímero. (C) A reação apresentada é uma reação de adição e o polímero formado é um copolímero. (D) A reação apresentada é uma reação de condensação e o polímero formado é um copolímero. 2.5. O PET é um polímero termoplástico derivado do petróleo.

16

Elabore um texto onde aborde os seguintes tópicos para o PET: • Tipo de polímero (natural, artificial ou sintético)

• Possibilidade de reciclagem

• Possibilidade de ser biodegradável

Grupo III

3. O estireno é um hidrocarboneto cuja fórmula de estrutura é a que se apresenta na figura seguinte. CH2

Testes

Este monómero pode formar o poliestireno, representado por:

H C

C

H

H 7000

3.1. Selecione a opção correta.

8

(A) O estireno é um hidrocarboneto saturado. (B) O estireno apenas pode intervir em reações de polimerização de condensação. (C) O estireno pode intervir em reações de polimerização de adição. (D) O estireno não contém o anel benzénico. 3.2. Indique o grau de polimerização do polímero de poliestireno apresentado.

8

3.3. O estireno pode polimerizar com pequenas quantidades de divinilbenzeno dando origem a um polímero em que as cadeias carbonadas ficam ligadas, por ligações covalentes, entre si. CH2 H

H C


H

H

C

H C

+

CH

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

C

H H C H

C H

CH

CH2

CH

CH2

CH CH

CH

CH2

127


3.3.1. Das seguintes opções selecione aquela que completa corretamente a frase seguinte.

8

Este novo composto formado é um… (A) … homopolímero reticulado.

(C) … copolímero reticulado.

(B) … copolímero reciclável.

(D) … homopolímero reciclável.

3.3.2. Comente o valor lógico da seguinte afirmação:

12

Quanto maior for a quantidade de divinilbenzeno adicionada durante a reação de polimerização mais reticulado ficará o polímero resultante. 3.3.3. Identifique, justificando, qual dos dois polímeros, poliestireno linear ou poliestireno reticulado, tem menor 12 ponto de fusão.

4. Para que um material possa ser considerado biocompatível tem de ser tolerado pelos tecidos com os quais contacta e não causar prejuízos ao organismo a curto ou a longo prazo. O mesmo deve acontecer com quaisquer produtos resultantes da sua degradação. 4.1. Sobre os materiais utilizados em implantes biocompatíveis, selecione a opção INCORRETA.


Grupo IV

8

(A) O material biocompatível não deve causar efeitos nocivos no local do implante ou no sistema biológico. (B) Os tecidos e fluidos não devem causar degradação do material, como, por exemplo, corrosão de metais. (C) O material deve ser mecanicamente funcional de forma a cumprir a função a que se destina. (D) A degradação química do material deve originar produtos quimicamente muito reativos. 4.2. Na década de 60 do século XX, começaram a ser desenvolvidos materiais específicos com características específicas de acordo com a sua aplicação. Na área dos implantes, por exemplo, os implantes temporários começaram a ser feitos de polímeros biorreabsorvíveis utilizados em suturas cirúrgicas, cápsulas de libertação controlada de fármacos, dispositivos ortopédicos e stents. Estes polímeros biorreabsorvíveis são materiais sólidos que mostram degradação total sendo os subprodutos da degradação eliminados por rotas metabólicas do organismo sem efeitos colaterais residuais.

8

Selecione a opção que identifica a geração a que pertence este tipo de materiais. (A) 1.ª geração

(C) 3.ª geração

(B) 2.ª geração

(D) 4.ª geração

4.3. Um dos grupos de polímeros biocompatíveis mais promissores da atualidade são os poli(α-hidroxiácidos), no qual se incluem o poli(ácido lático), PLA, a poli(ε-caprolactona), PCL, ou o poli(ácido glicólico), PGA. Na figura seguinte podem observar-se as estruturas dos motivos de cada um destes polímeros. O

O

CH3

O

O

n Poli(ácido lático), PLA

O

n Poli(ε-caprolactona), PCL

O n Poli(ácido glicólico), PGA

4.3.1. O PGA é degradado no organismo através de enzimas (esterases e carboxilpeptídases) em moléculas de ácido glicólico e água. O ácido glicólico é, depois, por exemplo, excretado pela urina.

12

Comente o valor lógico da seguinte afirmação: O PGA é biorreabsorvível. 4.3.2. Das seguintes opções selecione aquela que indica a família a que pertence o polímero.

128

(A) Poliolefinas

(C) Poliuretanos

(B) Poliésteres

(D) Poliamidas

8


5. Para sintetizar um polímero de ureia-formaldeído um grupo de alunos reuniu o seguinte material: • Formol ou formaldeído em solução aquosa • Ureia comercial • Hidróxido de sódio

• Ácido clorídrico (0,1 mol/L)

• Indicador de fenolftaleína • Corante alimentar

O esquema reacional de parte do polímero é apresentado na figura seguinte.

H

H N

H

O

N

C

H

N

CH2

C

N

N H

O

CH2

–H2O

N

Formaldeído

H

O

H

Ureia

CH2

H

H

O

N

N

H

C

H

C

O

N

O

N

CH2

O

N H

H

C

C

N

O

5.1. Selecione de entre as seguintes opções aquela que apresenta o esquema de síntese do polímero sintetizado.

8

  −] n + n H2O (A) n N2 H4 CO + n CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  CH2−] n + n H2O (B) n N2H4CO + n CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  CH2−] n + (n − 1) H2O (C) n N2H4CO + (n − 1) CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  −] n + (n − 1) H2O (D) n N2H4CO + (n − 1) CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

5.2. Organize as seguintes etapas muito simplificadas de um possível procedimento laboratorial que vise a síntese do polímero.

8

(I) Introduzir algumas gotas do corante com a cor desejada e colocar num molde para obter a forma pretendida. (II) Num outro copo introduzir formaldeído, solução aquosa de hidróxido de sódio e a ureia.

(III) Adicionar fenolftaleína e, depois, algumas gotas de ácido clorídrico até que a mistura perca a cor rosa. (IV) Aquecer a mistura até que a ureia se encontre toda dissolvida. (V) Calçar luvas.


5.3. Identifique o grupo funcional presente no formaldeído e escreva o seu nome de acordo com as regras da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC).

Questão 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1 3.2 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 4.1 4.2 4.3.1. 4.3.2. 5.1. 5.2. 5.3. Total Cotação EQ12DP – 09

8

8

12

8

8

8

8

8

8

16

8

8

8

12

12

8

8

12

8

8

8

8

200

129

8

Testes

H


TA


Escola

Data

Nome

N.°

Professor

Turma

Classificação



Grupo I

Cotações

1. O gráfico seguinte mostra a evolução da produção de polímeros desde 1940 até ao final do milénio passado.

1940

1950 Algodão Lã

1960

1970 1980 Derivados da celulose Sintético

1990

2000 Produzidos pelo ser humano

1.1. Selecione a opção que melhor define um polímero. (A) Polímeros são materiais constituídos por meros formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designadas(s) por macromolécula(s).

(B) Polímeros são materiais constituídos por motivos formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por meros(s). (C) Polímeros são materiais constituídos por meros formados pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designadas(s) por monómero(s).

(D) Polímeros são materiais constituídos por macromoléculas formadas pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por monómero(s). (D).

Por definição, polímeros são materiais constituídos por macromoléculas formadas pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por monómero(s). Os meros ou motivos são as repetições existentes no polímero que tiveram origem no monómero.

130

8


1.2. Identifique um material polimérico de origem natural representado no gráfico.

8

Algodão ou lã. Os restantes materiais apresentados ou são sintéticos ou artificiais (derivados de celulose). 1.3. Analise o gráfico e compare a evolução da produção de polímeros artificiais e sintéticos com a produção de polímeros naturais na segunda metade do século XX. Apresente uma justificação para a variação identificada.

12

Da análise do gráfico é possível verificar que a produção de lã e dos derivados da celulose diminuiu no intervalo de tempo considerado. O algodão manteve um crescimento lento, enquanto os polímeros sintéticos e os produzidos pelo ser humano tiveram um crescimento muito acentuado. O aumento da produção de polímeros sintéticos e dos polímeros produzidos pelo ser humano é consequência da evolução do conhecimento na área da Química e do aumento da procura destes materiais por parte da sociedade moderna. É também uma consequência da diminuição do custo de produção destes materiais, apesar de estarem associados ao aumento do custo dos derivados do petróleo. 1.4. Das estruturas seguintes selecione aquela que pode representar um polímero. (A) Fulereno-60 (átomos de carbono)

8

(C) Iodeto de potássio – – + + + – – + + – + – – + + – – –

(B) Prata

(D) Polietileno

Testes

Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ + Ag + Ag Ag+ Ag+ Ag+ Ag+

+

Ag+

(D). Polímeros são materiais constituídos por macromoléculas formadas pela repetição de uma (ou várias) unidade(s) molecular(es) pequena(s), designada(s) por monómero(s), como acontece na estrutura (D). A estrutura (A) é uma macromolécula; a (B) é um metal; a (C) é um sal ou composto iónico.

1.5. Considere a informação seguinte. Tipo de polímero

8

Definição

(a) Polímeros naturais

(I) Novos materiais obtidos industrialmente sem necessidade de um produto natural de origem.

(b) Polímeros artificiais

(II) São aqueles que se encontram na Natureza.

(c) Polímeros sintéticos

(III) Produtos obtidos por transformação química de um polímero natural.

Selecione a opção que estabelece a correta correspondência entre as duas colunas. (A) (a) – (I); (b) – (II); (c) – (III) (B) (a) – (II); (b) – (III); (c) – (I)

(C) (a) – (III); (b) – (II); (c) – (I) (D) (a) – (III); (b) – (I); (c) – (II)


(B).

(a) Polímeros naturais – (II) São aqueles que se encontram na Natureza.

(b) Polímeros artificiais – (III) Produtos obtidos por transformação química de um polímero natural.

(c) Polímeros sintéticos – (I) Novos materiais obtidos industrialmente sem necessidade de um produto natural de origem. 131


n CH2 CH2 OH

n HOOC

+

- H2O

COOH

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C n

OH

Etilenoglicol

Ácido tereftálico


2.1. Selecione a opção que contém a fórmula de estrutura que representa o motivo do poli(tereftalato de etileno).

8

(C)

(A) CH2 CH2 OH


2. A reação de síntese do poli(tereftalato de etileno) (PET), de fórmula molecular [C10H8O4] n, pode ser representada pela seguinte equação química.

OH

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C

(B) HOOC

(D)

COOH

O C O

(C). O motivo ou mero é a unidade que se repete no polímero

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C n


,

ou seja, é a estrutura:

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C

2.2. Represente um dímero derivado do poli(tereftalato de etileno).

8

Um dímero resulta da reação de polimerização entre dois monómeros de poli(tereftalato de etileno) e pode ser representado por:

HO

CH2 CH2 O

O

O

C

C

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C

OH

2.3. Identifique o tipo de ligação química estabelecida entre as unidades estruturais do poli(tereftalato de etileno). Ligação covalente.

As ligações que se formam durante a polimerização são ligações covalentes.

132

8



8

(A) A reação apresentada é uma reação de adição e o polímero formado é um homopolímero. (B) A reação apresentada é uma reação de condensação e o polímero formado é um homopolímero. (C) A reação apresentada é uma reação de adição e o polímero formado é um copolímero. (D) A reação apresentada é uma reação de condensação e o polímero formado é um copolímero. (D). Se a reação de polimerização ocorrer com perda de uma ou mais moléculas pequenas, a reação será sempre uma reação de condensação. Se a reação ocorresse com a quebra de uma ou mais ligações covalentes duplas ou triplas, seria de adição. Um polímero formado pela junção de dois monómeros diferentes é um copolímero, como é o caso, pois o PET resulta da junção do etilenoglicol com o ácido tereftálico. 2.5. O PET é um polímero termoplástico derivado do petróleo.

16

Elabore um texto onde aborde os seguintes tópicos para o PET: • Tipo de polímero (natural, artificial ou sintético)

• Possibilidade de reciclagem

• Possibilidade de ser biodegradável Todos os polímeros produzidos a partir de derivados do petróleo são polímeros sintéticos. Os polímeros termoplásticos podem ser fundidos e depois moldados noutras formas, por isso são recicláveis.

Testes

Os polímeros derivados do petróleo não são, regra geral, biodegradáveis. O PET não é exceção, estima-se que demore 600anos a desaparecer quando abandonado no meio ambiente.

Grupo III

3. O estireno é um hidrocarboneto cuja fórmula de estrutura é a que se apresenta na figura seguinte. CH2

Este monómero pode formar o poliestireno, representado por:

H C

C

H

H 7000

3.1. Selecione a opção correta.

8

(A) O estireno é um hidrocarboneto saturado. (B) O estireno apenas pode intervir em reações de polimerização de condensação. (C) O estireno pode intervir em reações de polimerização de adição. (D) O estireno não contém o anel benzénico. EQ12DP © Porto Editora

(C). Uma reação de polimerização de adição é aquela que ocorre por quebra de uma ou mais ligações duplas ou triplas. O estireno tem um anel aromático muito estável pelo que não é de prever que existam reações de polimerização por esta estrutura da molécula. O radical contém uma ligação dupla que pode dar origem a uma polimerização de adição, como aquela que ocorre quando se forma o poliestireno.

133


3.2. Indique o grau de polimerização do polímero de poliestireno apresentado.

8

3.3. O estireno pode polimerizar com pequenas quantidades de divinilbenzeno dando origem a um polímero em que as cadeias carbonadas ficam ligadas, por ligações covalentes, entre si. CH2 H

H

H C

C

H

H C

+

CH2

CH

CH

CH2

CH

CH2


n = 7000 O grau de polimerização é o termo ne representa o número de vezes que a unidade estrutural (motivo) do polímero se repete, conferindo uma noção sobre o comprimento da cadeia polimérica.

CH

C

H H C

C

CH

H

H

CH2

CH

CH2

CH CH

CH

CH2

3.3.1. Das seguintes opções selecione aquela que completa corretamente a frase seguinte.

8

Este novo composto formado é um… (A) … homopolímero reticulado.

(C) … copolímero reticulado.

(B) … copolímero reciclável.

(D) … homopolímero reciclável.

(C). Um polímero formado pela junção de dois monómeros diferentes é um copolímero, como é o caso, pois o polímero formado resulta da junção do estireno com o divinilbenzeno. O polímero é reticulado porque as diferentes cadeias carbonadas ficam ligadas entre si por ligações covalentes. CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH

CH2

CH CH

CH

CH

CH2

3.3.2. Comente o valor lógico da seguinte afirmação: Quanto maior for a quantidade de divinilbenzeno adicionada durante a reação de polimerização mais reticulado ficará o polímero resultante. O divinilbenzeno é o monómero responsável pela criação de ligações (covalentes) entre as cadeias de poliestireno. Consequentemente, quanto maior for a quantidade de divinilbenzeno maior será o número de ligações entre cadeias de poliestireno e mais reticulado será o polímero formado. Assim, a afirmação é verdadeira.

134

12


3.3.3. Identifique, justificando, qual dos dois polímeros, poliestireno linear ou poliestireno reticulado, tem menor 12 ponto de fusão. O ponto de fusão é tanto maior quanto maior for a intensidade das ligações intermoleculares e/ou intercadeias poliméricas. Como as ligações entre cadeias do poliestireno linear são ligações dipolo instantâneo-dipolo induzido, mais fracas do que as ligações covalentes existentes entre as cadeias do poliestireno reticulado, o poliestireno linear terá menor ponto de fusão do que o poliestireno reticulado. Neste caso, o ponto de fusão será superior à temperatura de desagregação do polímero, pelo que o polímero não deve ser um termoplástico (não funde). Grupo IV

4. Para que um material possa ser considerado biocompatível tem de ser tolerado pelos tecidos com os quais contacta e não causar prejuízos ao organismo a curto ou a longo prazo. O mesmo deve acontecer com quaisquer produtos resultantes da sua degradação. 4.1. Sobre os materiais utilizados em implantes biocompatíveis, selecione a opção INCORRETA.

8

(A) O material biocompatível não deve causar efeitos nocivos no local do implante ou no sistema biológico. (B) Os tecidos e fluidos não devem causar degradação do material, como, por exemplo, corrosão de metais. (C) O material deve ser mecanicamente funcional de forma a cumprir a função a que se destina. (D) A degradação química do material deve originar produtos quimicamente muito reativos.

Testes

(D). Se a degradação do material originar produtos quimicamente muito reativos, estes produtos devem cumprir uma função médico-biológica. Os biomateriais que se degradam, como suturas internas, não podem ser muito reativos sob pena de causarem infeções ou alergias a um paciente num estado delicado de saúde. No limite, estes produtos poderiam causar a morte. Assim, a degradação química do material não tem de originar produtos quimicamente muito reativos. 4.2. Na década de 60 do século XX, começaram a ser desenvolvidos materiais específicos com características específicas de acordo com a sua aplicação. Na área dos implantes, por exemplo, os implantes temporários começaram a ser feitos de polímeros biorreabsorvíveis utilizados em suturas cirúrgicas, cápsulas de libertação controlada de fármacos, dispositivos ortopédicos e stents. Estes polímeros biorreabsorvíveis são materiais sólidos que mostram degradação total sendo os subprodutos da degradação eliminados por rotas metabólicas do organismo sem efeitos colaterais residuais. Selecione a opção que identifica a geração a que pertence este tipo de materiais. Selecione a opção que identifica a geração a que pertence este tipo de materiais. (A) 1.ª geração (B) 2.ª geração (C) 3.ª geração (D) 4.ª geração (C).


Os materiais de 3.ª geração são materiais criados com características específicas de acordo com a sua aplicação, cujo uso teve início na década de 60, como identificado no texto inicial.

135

8


Na figura seguinte podem observar-se as estruturas dos motivos de cada um destes polímeros. O

O

CH3

O

O

n Poli(ácido lático), PLA

O

n Poli(ε-caprolactona), PCL


4.3. Um dos grupos de polímeros biocompatíveis mais promissores da atualidade são os poli(α-hidroxiácidos), no qual se incluem o poli(ácido lático), PLA, a poli(ε-caprolactona), PCL, ou o poli(ácido glicólico), PGA.

O n Poli(ácido glicólico), PGA

4.3.1. O PGA é degradado no organismo através de enzimas (esterases e carboxilpeptídases) em moléculas de ácido glicólico e água. O ácido glicólico é, depois, por exemplo, excretado pela urina.

12

Comente o valor lógico da seguinte afirmação: O PGA é biorreabsorvível. De acordo com a informação presente no texto inicial, polímeros biorreabsorvíveis são materiais sólidos que mostram degradação total, sendo os subprodutos da degradação eliminados por rotas metabólicas do organismo sem efeitos colaterais residuais. Como o PGA é degradado pelo organismo em moléculas de ácido glicólico e água, que depois são excretadas pela urina, a afirmação é verdadeira. 4.3.2. Das seguintes opções selecione aquela que indica a família a que pertence o polímero. (A) Poliolefinas (B) Poliésteres (C) Poliuretanos (D) Poliamidas (B). Um poliéster é um tipo de polímero que contém o grupo éster na sua cadeia polimérica: O O Todos os polímeros apresentados apresentam este grupo funcional.

Grupo V

5. Para sintetizar um polímero de ureia-formaldeído um grupo de alunos reuniu o seguinte material: • Formol ou formaldeído em solução aquosa • Ureia comercial • Hidróxido de sódio • Ácido clorídrico (0,1 mol/L) • Indicador de fenolftaleína • Corante alimentar

136

8


O esquema reacional de parte do polímero é apresentado na figura seguinte. H

H H

H N

H

O

N

C

H

N

CH2

N

N H

O

CH2

– H2O

N

Formaldeído

H

O

C

Ureia

CH2

H

H

O

N

N

H

C

H

C

N

O

N

CH2

O

N H

H

O

C

C

N

O

5.1. Selecione de entre as seguintes opções aquela que apresenta o esquema de síntese do polímero sintetizado.

8

  −] n + n H2O (A) n N2 H4CO + n CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  CH2−] n + n H2O (B) n N2H4CO + n CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  CH2−] n + (n − 1) H2O (C) n N2H4CO + (n − 1) CH2O → [−CH2(  NH2CO)N

  −] n + (n − 1) H2O (D) n N2H4CO + (n − 1) CH2O → [−CH2(  NH2CO)N (C).

Verifica-se que o copolímero formado resulta de uma reação em que 1 molécula de formaldeído (CH2O) forma uma ligação entre 2 moléculas de ureia com perda de 1 molécula de água.

Testes

No esquema apresentado, 3moléculas de ureia reagem com 2 moléculas de formaldeído, pelo que tem de existir perda de 2 moléculas de água. Assim, a única reação que obedece a esta proporção é a reação representada na opção (C). 5.2. Organize as seguintes etapas muito simplificadas de um possível procedimento laboratorial que vise a síntese do polímero.

8

(I) Introduzir algumas gotas do corante com a cor desejada e colocar num molde para obter a forma pretendida. (II) Num outro copo introduzir formaldeído, solução aquosa de hidróxido de sódio e a ureia.

(III) Adicionar fenolftaleína e, depois, algumas gotas de ácido clorídrico até que a mistura perca a cor rosa. (IV) Aquecer a mistura até que a ureia se encontre toda dissolvida. (V) Calçar luvas.

(V); (II); (IV); (III); (I). 5.3. Identifique o grupo funcional presente no formaldeído e escreva o seu nome de acordo com as regras da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). Grupo funcional carbonilo.


Como este grupo funcional aparece num carbono terminal (neste caso, no carbono 1), o composto é um aldeído (— CHO). Como apenas contém um carbono, o nome IUPAC do composto é metanal.

Questão 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1 3.2 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 4.1 4.2 4.3.1. 4.3.2. 5.1. 5.2. 5.3. Total Cotação

8

8

12

8

8

8

8

8

8

16

8

8

8

12

12

8

8

12

8

8

8

8

200

137

8


1.1. .......................................................................................8 pontos (D) 1.2. .......................................................................................8 pontos Algodão ou lã. 1.3. .....................................................................................12 pontos Tópico A – Análise do gráfico Da análise do gráfico é possível verificar que a produção de lã e dos derivados da celulose diminuiu no intervalo de tempo considerado. O algodão manteve um crescimento lento, enquanto os polímeros sintéticos e os produzidos pelo ser humano tiveram um crescimento muito acentuado. Tópico B – Conclusão O aumento da produção de polímeros sintéticos e dos polímeros produzidos pelo ser humano é consequência da evolução do conhecimento na área da Química e do aumento da procura destes materiais por parte da sociedade moderna. É também uma consequência da diminuição do custo de produção destes materiais, apesar de estarem associados ao aumento do custo dos derivados do petróleo. 1.4. .......................................................................................8 pontos (D) 1.5. .......................................................................................8 pontos (B)

Grupo II 2.1. .......................................................................................8 pontos (C) 2.2. .......................................................................................8 pontos HO

CH2 CH2 O

O

O

C

C

O

CH2 CH2 O

O

O

C

C

OH

2.3. .......................................................................................8 pontos Ligação covalente. 2.4. .......................................................................................8 pontos (D) 2.5. .....................................................................................16 pontos Tópico A – Tipo de polímero Todos os polímeros produzidos a partir de derivados do petróleo são polímeros sintéticos. Tópico B – Possibilidade de reciclagem Os polímeros termoplásticos podem ser fundidos e depois moldados noutras formas, por isso são recicláveis. Tópico C – Possibilidade de ser biodegradável Os polímeros derivados do petróleo não são, regra geral, biodegradáveis. O PET não é exceção, estima-se que demore 600 anos a desaparecer quando abandonado no meio ambiente.

Grupo III 3.1. .......................................................................................8 pontos (C) 3.2. .......................................................................................8 pontos n = 7000

138

3.3.1. .....................................................................................8 pontos (C) 3.3.2. ...................................................................................12 pontos Tópico A – Identificação do monómero O divinilbenzeno é o monómero responsável pela criação de ligações (covalentes) entre as cadeias de poliestireno. Tópico B – Conclusão Consequentemente, quanto maior for a quantidade de divinilbenzeno maior será o número de ligações entre cadeias de poliestireno e mais reticulado será o polímero formado. Assim, a afirmação é verdadeira.

3.3.3. ...................................................................................12 pontos Tópico A – Relação entre o ponto de fusão e a intensidade das ligações O ponto de fusão é tanto maior quanto maior for a intensidade das ligações intermoleculares e/ou intercadeias poliméricas. Tópico B – Comparação dos pontos de fusão Como as ligações entre cadeias do poliestireno linear são ligações dipolo instantâneo-dipolo induzido, mais fracas do que as ligações covalentes existentes entre as cadeias do poliestireno reticulado, o poliestireno linear terá menor ponto de fusão do que o poliestireno reticulado.

Grupo IV 4.1. .......................................................................................8 pontos (D) 4.2. .......................................................................................8 pontos (C) 4.3.1. ...................................................................................12 pontos Tópico A De acordo com a informação presente no texto inicial, polímeros biorreabsorvíveis são materiais sólidos que mostram degradação total, sendo os subprodutos da degradação eliminados por rotas metabólicas do organismo sem efeitos colaterais residuais. Tópico B Como o PGA é degradado pelo organismo em moléculas de ácido glicólico e água, que depois são excretadas pela urina, a afirmação é verdadeira. 4.3.2. .....................................................................................8 pontos (B)

Grupo V 5.1. .......................................................................................8 pontos (C) 5.2. .......................................................................................8 pontos (V); (II); (IV); (III); (I) 5.3. .......................................................................................8 pontos Grupo funcional carbonilo (–CHO) e o nome IUPAC do composto é metanal.


Grupo I

N.° de alunos

III

IV

V

8

12

8

8

8

8

8


8

16

8

Testes

N.° de positivas

8

8

12

12

N.° de negativas

8

8

12

% de positivas

8

8

8

8

% de negativas

8 200

Total

-

Balanço do teste

30

II

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3.1. 3.2. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 4.1. 4.2. 4.3.1. 4.3.2. 5.1. 5.2. 5.3.

I

Data do teste:

29

28

27

26

25

24

Aluno

Cotação

Item

Grupo

Turma: 12.°

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°




139

Anexos Grelha de observação de aula Grelha de observação da atividade laboratorial Grelha de registo de trabalhos de casa Grelha de avaliação de trabalhos escritos Ficha de autoavaliação do aluno Projetos de Investigação Unidades SI – Decreto-Lei n.° 128/2010, de 3 de dezembro

142

Nota: Assinalar em cada campo a data no caso de incumprimento.

30

29

Comportamento adequado

Participação construtiva

Ano letivo:

28

27

26

25

24

Material necessário

Turma:

23

22

21

20

Assiduidade/Pontualidade

Ano:

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Aluno


N.°

Grelha de observação de aula -

Grelha de observação da atividade laboratorial Ano:

N.°

Aluno

Comportamento adequado

É cuidadoso no manuseamento de materiais e reagentes

Turma: Colabora com os elementos do grupo

Ano letivo: Tem uma atitude adequada face às tarefas propostas

Efetua registos de forma organizada

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Anexos

25 26


27 28 29 30

143

144

Nota: Assinalar em cada campo a data no caso de incumprimento.

30

29

Ano letivo:

28

27

26

25

24

Turma:

23

22

21

20

Ano:

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Aluno


N.°

Grelha de registo de trabalhos de casa -

EQ12DP – 10

30

29

Anexos

Linguagem clara e cientificamente correta

Cumprimento de prazos de entrega

Exposição oral do trabalho

Classificação final

Ano letivo:

28

27

26

25

24

Estrutura e apresentação de conteúdos

Turma:

23

22

21

20

Aluno

Ano:

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

N.°


Grelha de avaliação de trabalhos escritos -

145

Ficha de autoavaliação do aluno Nome:

Turma:

N.°:

Classificação obtida nos testes de avaliação sumativa 2.° Período

3.° Período

Classificação obtida nos trabalhos escritos/questões de aula 1.° Período

2.° Período

3.° Período

Classificação obtida nos relatórios/questionários laboratoriais 1.° Período

2.° Período

3.° Período

Outros elementos de avaliação

Para cada um dos itens seguintes atribuir um valor de 0 a 20

Atitudes na sala de aula 1.° Período

2.° Período

3.° Período

1.° Período

2.° Período

3.° Período

Assiduidade/Pontualidade Material necessário para a aula Comportamento adequado Participação construtiva Média

Atitudes nas aulas prático-laboratoriais

Comportamento adequado Cuidado no manuseamento de materiais e reagentes Colaboração efetiva com os elementos do grupo Atitude adequada face às tarefas propostas Registos organizados Média

Tendo em conta os critérios específicos de avaliação para a disciplina proponho a classificação de:

146


1.° Período

Observações justificativas da avaliação 1.° Período

Data: - -

O(A) aluno(a):

2.° Período

Data: - -

O(A) aluno(a):


Anexos

3.° Período

Data: - -

O(A) aluno(a):

147

Projetos de Investigação A importância da Química como ciência central e como vertente multidisciplinar A conceção do programa de Química de 12.° ano assenta em oito princípios: 1 Ensinar Química como um dos pilares da cultura do Mundo Moderno. 2 Ensinar Química para o dia a dia. 3 Ensinar Química como forma de interpretar o Mundo. 4 Ensinar Química para a cidadania. 5 Ensinar Química para compreender a sua inter-relação com a tecnologia. 6 Ensinar Química para melhorar atitudes face a esta Ciência. 7 Ensinar Química por razões estéticas (a apropriação de saberes que permitem a compreensão da

origem, diversidade e evolução do mundo natural).

8 Ensinar Química para preparar escolhas profissionais.

O estudo da Química de 12.° ano pretende desenvolver nos alunos competências na dimensão: (I) dos saberes; (II) das ações; (III) dos valores.

A dimensão dos saberes abarca: 1 Competências de conteúdo: conhecimento declarativo e conceptual do domínio da Química. 2 Competências epistemológicas: visão geral sobre o significado da Ciência, e da Química em particular,

como forma de ver o mundo distinta de outras interpretações.

A dimensão das ações inclui: 1 Competências de aprendizagem: capacidade para usar diferentes estratégias de aprendizagem e modos

de construção de conhecimento científico.

2 Competências sociais: capacidade para cooperar em equipa de forma a recolher dados, executar

procedimentos ou interpretar informação científica.

3 Competências processuais: capacidades para observar, experimentar, avaliar, interpretar gráficos,

mobilizar destrezas matemáticas; usar modelos; analisar criticamente situações particulares, gerar e testar hipóteses.

4 Competências comunicativas: capacidade para usar e compreender linguagem científica, registar, ler e

argumentar, usando linguagem científica.

A dimensão dos valores relaciona-se com: Competências éticas: conhecimento de normas e sua relatividade em contextos locais e ainda do seu carácter temporal.

148


O programa de Química de 12.° ano


A Química relaciona-se com outras ciências assumindo um papel central A interdisciplinaridade entre as várias ciências é cada vez mais assumida como uma condição essencial na aprendizagem significativa dos diferentes conceitos científicos, dos mais elementares aos mais ambiciosos.

Medicina

Neurologia

Paleontologia

Psicologia

Geologia

Astronomia

Física

Meteorologia

Eletrónica

Química

Metalurgia

Arqueologia

Ecologia

Botânica

Agricultura

Biologia

Farmácia

Engenharia

Bioquímica

Toxicologia

Fisiologia

A falta de adesão, cada vez mais crescente, dos alunos pela opção da disciplina de Química no 12.° ano tem tido várias implicações:

– dificuldades demonstradas nas aprendizagens das disciplinas estruturantes de diferentes cursos, ligados à área científica, onde se integram no ensino superior, dando origem aos baixos aproveitamentos escolares em disciplinas como Química Geral, Química Orgânica, Bioquímica, etc. (C. Rio & M. Mateus, 2016).

Anexos


– dificuldades em compreender e aplicar os conteúdos programáticos curriculares a novas situações/ problemas com que deparam no seu quotidiano;

149


Química Química Computacional

Ciências dos materiais

Nanotecnologia

Química Analítica

Química Orgânica

Química Inorgânica

Química Física

Química Teórica

Bioquímica

Estas e outras preocupações, que têm originado um longo debate junto da comunidade científica portuguesa, e não só, estão profundamente documentadas na literatura da especialidade em que se defende a importância da interdisciplinaridade na sedimentação de conceitos básicos e estruturantes para o desenvolvimento da aprendizagem em Química (M. Baum et al., 2006; A. Hakim et al. 2016, cit. C. Rio & M. Mateus, 2016). Defende-se, nesta perspetiva, a proposta de pequenos projetos que, por um lado, levem os alunos a perceber melhor a importância da Química no seu dia a dia, e, por outro, promovam a interdisciplinaridade, permitam o desenvolvimento de competências relacionadas com a criatividade e a interligação de conceitos (N. Reid, 2008; R. Schwartz-Bloom et al., 2011). A este propósito, a Sociedade Portuguesa de Química (SPQ) defendeu, no âmbito das recomendações apresentadas sobre o novo programa de Química de 12.° ano, a inclusão de capítulo(s) em que a ligação entre Química e ambiente, Química e arte, Química e medicina, etc., pudesse ser abordada (SPQ, 2013). Na sequência de todos os argumentos apresentados, propõe-se aos alunos a realização de alguns trabalhos de projeto de investigação, na sala de aula e/ou no âmbito de outras atividades extracurriculares que, tendo como objeto de estudo situações ligadas ao seu quotidiano, permitam o reforço de aprendizagens de conhecimentos científicos previstos no programa de 12.° ano (e ainda nos programas de 10.° e 11.° anos), em articulação com outros programas de outras disciplinas ou áreas curriculares.

Propostas de atividades de projeto de investigação Embora as investigações (entendidas como trabalhos práticos, não necessariamente laboratoriais ou experimentais, que consistem em atividades de resolução de problemas) não possam ser sistematicamente utilizadas para ensinar todos os temas previstos no currículo (pela dificuldade de gestão do tempo, por não serem as mais adequadas para promover a evolução das conceções alternativas, etc.), todos os alunos deveriam ter a oportunidade de realizar algumas investigações que, ao promover o desenvolvimento de conhecimentos conceptuais e metodológicos, promovem nos alunos uma noção mais adequada sobre a natureza do conhecimento científico e dos processos da ciência (Leite, 2001; Leite & Figueiroa, 2004; Silva, C., 2010). Este tipo de atividades (quando comparadas com outras tipologias) exigem do aluno maior participação (possuem, por isso, maior grau de abertura) em todas as fases do desenvolvimento do trabalho,

nomeadamente nos seguintes parâmetros:

150


O diagrama seguinte ilustra alguns ramos da Química a estudar nos diferentes cursos da área científica:


– Definição do problema a investigar; – Planificação da atividade; – Especificar, eleger as estratégias consideradas mais eficazes ou propor alternativas sobre o plano de investigação inicialmente traçado; – Recolha de informações necessárias para dar resposta ao problema; – Elaboração de reflexões e conclusões; – Comunicação da investigação realizada e promoção de reflexão sobre a problemática em estudo em grupo mais alargado; – Divulgação do trabalho investigativo à comunidade. A Química está presente em todos os momentos e ações diárias da nossa vida. Neste âmbito, foi necessário fazer algumas opções. Os temas escolhidos para as propostas de atividades de projeto de investigação seguiram dois critérios: 1 Relação mais evidente com os temas estudados no 12.° ano. 2 Diversidade de temas que relacionam a Química com outras áreas do saber.

O diagrama seguinte reúne as várias propostas.

o desporto

a alimentação

os combustíveis

a gastronomia molecular

a produção industrial

Química e...

a engenharia genética

os produtos de beleza

os perfumes

o ambiente

os inseticidas EQ12DP © Porto Editora

a arte

Anexos

a vida

a indústria farmacêutica

o tratamento do lixo

a medicina

151


Cada uma das 15 propostas (a selecionar pelo(s) aluno(s)) apresentam duas etapas: Ponto de partida Apresentação do tema (Química e…) de forma muito genérica (os referenciados no diagrama anterior); de acordo com a temática, são listadas algumas vantagens, constrangimentos e/ou oportunidades de melhoria. Fase de desenvolvimento Solicitação ao aluno da escolha do tema geral e realização da sua investigação. Nesta fase sugere-se a seguinte organização (dada a conhecer ao aluno): 1 Formule uma questão-problema relacionada com este tema. 2 Elabore um plano de estudos que se proponha responder à questão-problema. 3 Apresente o plano ao(à) professor(a). 4 Reformule o plano, se necessário, de acordo com as recomendações/sugestões do(a) professor(a). 5 Apresente a primeira versão da sua investigação ao(à) professor(a) para validação. 6 Se for o caso, complemente a sua investigação de acordo com as sugestões/recomendações do(a)

professor(a).

7 Prepare a apresentação oral da sua investigação ao grupo-turma/escola (com recurso a um

PowerPoint®, Prezi®, filme, dramatização, etc.).

8 Elabore um texto para divulgação num cartaz no placard da escola/publicação na revista da escola/no

jornal local.

9 Solicite a colaboração do(a) professor(a) de Química e/ou de Português para a revisão do texto final.

É sugerida ainda ao aluno uma proposta de guião de investigação que permitirá auxiliar a planificação da atividade investigativa:

152


Articulando as reflexões anteriores com o que o programa preconiza, pretende-se com estas 15 propostas de trabalho que os alunos, de forma autónoma, individualmente ou em pequenos grupos, desenvolvam competências conceptuais, processuais e atitudinais inerentes a uma atividade do tipo investigativa que, por se caracterizar por uma maior exigência e grau de abertura quando comparadas com as outras tipologias de atividades práticas, se aproximam do trabalho desenvolvido por um químico, articulando saberes com investigadores de outras áreas científicas, à medida que o conhecimento científico se constrói.

Guião de investigação Escola Nome(s)

Turma

Química 12.º ano 1. Tema:

2. Outras disciplinas envolvidas:

3. Bibliografia:

4. Lista de conceitos/temas a abordar/articular:

5.1. Escolha do tema:

5.2. Revisão de literatura:

5.3. Elaboração do plano de investigação:

5.4. Validação/reformulação do plano:

5.5. Primeira versão da investigação:

5.6. Validação/reformulação da investigação:

5.7. Preparação da apresentação:

5.8. Apresentação:

5.9. Elaboração da primeira versão do texto para divulgação/publicação:

5.10. Divulgação/publicação do texto final:

Anexos


5. Calendarização

153

Unidades SI

Decreto-Lei n.° 128/2010, de 3 de dezembro

154

Em quinto lugar, procede-se à introdução de uma nota sobre a definição do «kelvin» para eliminar uma das maiores fontes da variação observada entre realizações do ponto triplo da água. Foram, por fim, atualizadas as definições e introduzidas as unidades SI relevantes de modo a harmonizar-se com a última edição SI, esperando-se assim facilitar a utilização pelos diferentes operadores económicos e pela sociedade portuguesa em geral do sistema legal das unidades de medida em vigor. Assim: No uso da autorização legislativa concedida pela Lei n.° 18/2010, de 16 de agosto, e nos termos das alíneas a) e b) do n.° 1 do artigo 198.° da Constituição, o Governo decreta o seguinte:

Artigo 1.° Objeto O presente decreto-lei altera o sistema de unidades de medida legais, aprovado pelo Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro, transpondo para a ordem jurídica interna a Diretiva n.° 2009/3/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 11 de março, que altera a Diretiva n.° 80/181/CEE, do Conselho, de 20 de dezembro de 1979, relativa à aproximação das legislações dos Estados membros respeitantes às unidades de medida. Artigo 2.° Alteração ao Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro Os artigos 1.°, 2.°, 3.°, 4.°, 5.°, 6.° e 7.° do Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro, passam a ter a seguinte redação:

(…) [Estas alterações foram introduzidas no respetivo diploma.] Artigo 3.° Alteração ao anexo do Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro O anexo a que se refere o artigo 1.° do Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro, passa a ter a redação constante do anexo I ao presente decreto-lei, do qual faz parte integrante.


O Sistema Métrico Decimal criado em 1789 adotou, inicialmente, três unidades básicas de medida: o metro, o litro e o quilograma. Posteriormente, este sistema foi consagrado internacionalmente através da Convenção do Metro, tratado celebrado em Paris, em 20 de maio de 1875, por 17 países, incluindo Portugal. Entretanto, o desenvolvimento científico e tecnológico passou a exigir medições cada vez mais exatas e em muitos outros domínios, tendo sido sucessivamente aprovadas novas unidades e outras regras pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), que é o órgão de decisão quadrienal da Convenção do Metro. Em 1960, o sistema métrico decimal foi designado Sistema Internacional de Unidades (SI). O SI define os nomes, símbolos e definições das unidades, bem como os prefixos e símbolos dos múltiplos e submúltiplos das mesmas unidades e contempla ainda recomendações para a escrita e para a utilização dos símbolos aprovados pela CGPM. O SI foi adotado em Portugal através do Decreto-Lei n.° 427/83, de 7 de dezembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 320/84, de 1 de outubro, o qual foi posteriormente revogado pelo Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro, que aprovou de novo o sistema de unidades de medida legais e transpôs para a ordem jurídica nacional a Diretiva n.° 80/181/CEE, do Conselho, de 20 de dezembro de 1979, relativa à aproximação das legislações dos Estados membros respeitantes às unidades de medida. Esta diretiva foi alterada pela Diretiva n.° 85/1/CEE, do Conselho, de 18 de dezembro de 1984, pela Diretiva n.° 89/617/CEE, do Conselho, de 27 de novembro, e pela Diretiva n.° 1999/103/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 24 de janeiro de 2000. A Diretiva n.° 2009/3/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 11 de março, introduziu alterações à acima referida Diretiva n.° 80/181/CEE, pelo que se justifica a revisão do quadro legislativo nacional. Em primeiro lugar, o presente decreto-lei permite a continuidade da utilização de indicações suplementares sem prazo definido. Em segundo lugar, procede-se à inclusão das decisões das CGPM relativas à eliminação da classe de unidades suplementares SI, como uma classe separada. Em terceiro lugar, procede-se à interpretação das unidades «radiano» e «esterradiano» como unidades SI sem dimensão. Em quarto lugar, procede-se à introdução da unidade de medida do SI «katal» para expressar a atividade catalítica.

Decreto-Lei n.° 128/2010 de 3 de dezembro

Artigo 4.° Aditamento ao Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro É aditado ao Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro, o artigo 7.°-A, com a seguinte redação: «Artigo 7.°-A Regiões Autónomas Os atos e os procedimentos necessários à execução do presente decreto-lei nas Regiões Autónomas dos Açores e da Madeira competem às entidades das respetivas administrações regionais com atribuições e competências nas matérias em causa.» Artigo 5.° Norma revogatória São revogados os n.os 2 a 4 do anexo ao Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, alterado pelo Decreto-Lei n.° 254/2002, de 22 de novembro.

Artigo 6.° Republicação É republicado, no anexo II ao presente decreto-lei, do qual faz parte integrante, o Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro, com a redação atual. Visto e aprovado em Conselho de Ministros de 9 de setembro de 2010. – José Sócrates Carvalho Pinto de Sousa – Luís Filipe Marques Amado – Fernando Teixeira dos Santos – Alberto de Sousa Martins – José António Fonseca Vieira da Silva. Promulgado em 5 de novembro de 2010. Publique-se. O Presidente da República, ANÍBAL CAVACO SILVA. Referendado em 8 de novembro de 2010. O Primeiro-Ministro, José Sócrates Carvalho Pinto de Sousa.

Decreto-Lei n.° 238/94, de 19 de setembro

Artigo 2.° Indicações suplementares 1 – É permitida a utilização de indicações suplementares. 2 – Entende-se que existe indicação suplementar quando uma indicação expressa numa unidade constante do anexo ao presente decreto-lei é acompanhada por uma ou mais indicações expressas noutras unidades. 3 – A indicação expressa numa unidade de medida constante do anexo prevalece sobre as indicações suplementares.

Artigo 3.° Utilização excecional de outras unidades de medida 1 – A utilização de unidades de medida consideradas não legais é autorizada: a) Para os produtos e equipamentos colocados no mercado ou em serviço em data anterior à entrada em vigor do presente decreto-lei; b) Para as peças e partes de produtos e equipamentos que completem ou substituam as peças e partes de produtos e equipamentos previstos na alínea anterior. 2 – O disposto no número anterior não se aplica aos dispositivos indicadores dos instrumentos de medição, nos quais é obrigatória a utilização de unidades de medida legais. Artigo 4.° Domínios abrangidos 1 – O disposto nos artigos anteriores abrange os instrumentos de medição, as medições efetuadas e as unidades de grandeza expressas em unidades de medida, no circuito comercial, nos domínios da saúde e segurança pública, no ensino e nas operações de natureza administrativa e fiscal. 2 – O presente decreto-lei não afeta a utilização, no domínio da navegação aérea e marítima e do tráfego por via férrea, de unidades de medida diversas das unidades de medida legais, mas que são previstas por convenções ou acordos internacionais que vinculam a União Europeia ou Portugal. 155

Anexos


Artigo 1.° Sistema de unidades de medida legais 1 – O sistema de unidades de medida legais, designado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) como Sistema Internacional de Unidades (SI), é aplicável em todo o território nacional. 2 – Os nomes, símbolos e definições das unidades, os prefixos e símbolos dos múltiplos e submúltiplos das mesmas unidades e as recomendações para a escrita e para a utilização dos símbolos, aprovados pela CGPM, constam do anexo ao presente decreto-lei, do qual faz parte integrante.


Artigo 5.°

ANEXO

Padrões das unidades de medida legais Compete ao Instituto Português da Qualidade, I. P. (IPQ, I. P.), aprovar, de acordo com o estabelecido no presente decreto-lei, os padrões que realizam as unidades de medida legais.

(unidades de medida legais a que se refere o artigo 1.°)

Fiscalização 1 – Compete à Autoridade de Segurança Alimentar e Económica (ASAE) fiscalizar o cumprimento do presente decreto-lei, sem prejuízo das competências atribuídas por lei a outras entidades. 2 – Das infrações verificadas é levantado auto de notícia, nos termos das disposições aplicáveis. 3 – A instrução dos processos de contraordenação compete à ASAE, a quem devem ser enviados os autos relativos a infrações verificadas por outras entidades. Artigo 7.° Contraordenações 1 – A utilização de unidades de medida não autorizadas, nos termos do artigo 3.°, constitui contraordenação punível com coima de € 25 a € 2500 se o infrator for uma pessoa singular e até € 30 000 se for uma pessoa coletiva. 2 – A aplicação da coima prevista no número anterior compete à Comissão de Aplicação de Coimas em Matéria Económica e Publicidade (CACMEP). 3 – A receita de coimas aplicadas reverte em: a) 60% para o Estado; b) 15% para a ASAE; c) 15% para o IPQ, I. P.; d) 10% para a CACMEP. Artigo 7.°-A Regiões Autónomas Os atos e os procedimentos necessários à execução do presente decreto-lei nas Regiões Autónomas dos Açores e da Madeira competem às entidades das respetivas administrações regionais com atribuições e competências nas matérias em causa. Artigo 8.° Revogações São revogados os Decretos-Leis n.os 427/83, de 7 de dezembro, 320/84, de 1 de outubro, e 222/88 e 223/88, de 28 de junho.

156

Grandeza Comprimento Massa Tempo Corrente elétrica Temperatura termodinâmica Quantidade de matéria Intensidade luminosa

Unidade Nome Símbolo metro m quilograma kg segundo s ampere A kelvin K mole mol candela cd

Definições das unidades de base do SI: Unidade de comprimento (metro): O metro é o comprimento do trajeto percorrido 1     pela luz no vazio, durante  __________ do segundo. 299 792 458 a (17. CGPM de 1983 – Resolução n.° 1.) Unidade de massa (quilograma): O quilograma é a unidade de massa; é igual à massa do protótipo internacional do quilograma. (3.a CGPM de 1901 – p. 70 das atas.) Unidade de tempo (segundo): O segundo é a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

(13.a CGPM de 1967/68 – Resolução n.° 1.) Unidade de corrente elétrica (ampere):

O ampere é a intensidade de uma corrente constante que, mantida em dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de secção circular desprezável e colocados à distância de 1 m um do outro no vazio produziria entre estes condutores uma força igual a 2 × 10- 7 newton por metro de comprimento.

(9.a CGPM de 1948 – Resolução n.° 2.)

Unidade de temperatura termodinâmica (kelvin): O kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é 1    a fração  ______  da temperatura termodinâmica do 273,16 ponto triplo da água. Esta definição diz respeito à água com composição isotópica definida pelos seguintes rácios de quantidade de matéria: 0,000 155 76 mole de 2H por mole de 1H, 0,000 379 9 mole de 17O por mole de 16O e 0,002 005 2 mole de 18O por mole de 16O. (13.a CGPM de 1967/68 – Resolução n.° 4 e 23.a CGPM de 2007 – Resolução n.° 10.)

Unidade de quantidade de matéria (mole): 1) A mole é a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas entidades elementares quantos os átomos que existem em 0,012 kg de carbono 12; o seu símbolo é «mol».


Artigo 6.°

1 – Unidades SI e seus múltiplos e submúltiplos: 1.1 – Unidades de base do SI:

2) Quando se utiliza a mole, as entidades elementares devem ser especificadas e podem ser átomos, moléculas, iões, eletrões, outras partículas ou agrupamentos especificados de tais partículas. (14.a CGPM de 1971 – Resolução n.° 3.) Unidade de intensidade luminosa (candela): A candela é a intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540 × 1012 Hz e cuja intensidade energética nessa direção é ____   1    W por esterradiano. 683 (16.a CGPM de 1979 – Resolução n.° 3.) 1.1.1 – Nome e símbolo especiais da unidade SI de temperatura no caso da temperatura Celsius: Grandeza Temperatura Celsius

Unidade Nome grau Celsius

Símbolo °C

A temperatura Celsius, de símbolo t, é definida pela diferença t = T - T0 entre duas temperaturas termodinâmicas T e T0 com T0 = 273,15 K, ponto de congelação da água. Um intervalo ou uma diferença de temperatura podem ser expressos quer em kelvin quer em grau Celsius. A unidade grau Celsius é igual à unidade kelvin. 1.2 – Unidades SI derivadas: As unidades derivadas coerentes das unidades SI de base são dadas por expressões algébricas sob a forma de


produtos de potência das unidades SI de base com um fator numérico igual a 1. 1.2.1 – Unidades expressas a partir das unidades de base: Unidade derivada do SI Nome Símbolo Superfície metro quadrado m2 Volume metro cúbico m3 Velocidade metro por segundo m/s metro por segundo Aceleração m/s2 quadrado Número de onda metro à potência menos 1 m- 1 quilograma por metro Massa volúmica kg/m3 cúbico metro cúbico por Volume mássico m3/kg quilograma ampere por metro Densidade de corrente A/m2 quadrado Campo magnético ampere por metro A/m Concentração (de quantidade de mole por metro cúbico mol/m3 matéria) candela por metro Luminância luminosa cd/m2 quadrado Índice de refração (o número) um (a) 1 Permeabilidade (o número) um (a) 1 relativa Grandeza derivada

(a) De um modo geral, não se utiliza o símbolo «1» com um valor numérico.

1.2.2 – Unidades com nomes e símbolos especiais: Os nomes especiais e os símbolos particulares atribuídos a determinadas unidades derivadas permitem exprimir numa forma condensada unidades frequentemente utilizadas.


Ângulo plano Ângulo sólido Frequência Força Pressão, tensão Energia, trabalho, quantidade de calor Potência (c), fluxo energético Carga elétrica, quantidade de eletricidade Diferença de potencial elétrico, força eletromotriz Capacidade elétrica Resistência elétrica Condutância elétrica Fluxo de indução magnética, fluxo magnético Indução magnética, densidade de fluxo magnético Indutância Temperatura Celsius Fluxo luminoso Iluminância

Nome

(a) radiano (a) esterradiano hertz newton pascal joule watt coulomb

Unidade derivada do SI Expressão em outras Símbolo unidades SI rad (b) 1 (b) Sr (b) 1 Hz N Pa N/m2 J N · m W J/s C

Expressão em unidades SI de base m/m m2/m2 s- 1 m · kg · s- 2 m- 1 · kg · s- 2 m2 · kg · s- 2 m2 · kg · s- 3 s · A

volt

V

W/A

m2 · kg · s- 3 · A- 1

farad ohm siemens

F Ω S

C/V V/A A/V

m- 2 · kg- 1 · s4 · A2 m2 · kg · s- 3 · A- 2 m- 2 · kg- 1 · s3 · A2

weber

Wb

V · s

m2 · kg · s- 2 · A- 1

tesla

T

Wb/m2

kg · s- 2 · A- 1

henry (d) grau Celsius lúmen lux

H °C lm lx

Wb/A

m2 · kg · s- 2 · A- 2 K cd m- 2 · cd

(b) cd · sr lm/m2

Anexos

Grandeza

157


Atividade de um radionucleido Dose absorvida, energia mássica, kerma Equivalente de dose, equivalente de dose ambiental, equivalente de dose direcional, equivalente de dose individual Atividade catalítica

Nome becquerel

Unidade derivada do SI Expressão em outras Símbolo unidades SI Bq

Expressão em unidades SI de base s- 1

gray

Gy

J/kg

m2 · s- 2

sievert

Sv

J/kg

m2 · s- 2

katal

kat

s- 1 · mol

(a) O radiano e o esterradiano podem ser úteis nas expressões das unidades derivadas, para distinguir grandezas de natureza diferente com a mesma dimensão. Os exemplos desta utilização constam do n.° 1.2.3.

(b) Só se emprega, na prática e quando é útil, os símbolos rad e sr, mas a unidade derivada «1» é geralmente omitida em combinação com um valor numérico. Em fotometria, mantém-se em geral o nome e o símbolo do esterradiano, sr, na expressão das unidades. (c) Nomes especiais da unidade de potência; o nome «voltampere» (símbolo «VA»), para exprimir a potência aparente da corrente elétrica alternada, e o nome «var» (símbolo «var»), para exprimir a potência elétrica reativa. Os nomes «voltampere» e «var» não estão incluídos nas resolu-

ções da CGPM.

(d) Esta unidade pode ser utilizada em associação com os prefixos SI, como por exemplo para exprimir o submúltiplo miligrau Celsius, m°C.

1.2.3 – Exemplos de unidades derivadas do SI cujo nome e símbolo contêm unidades derivadas do SI com nomes e símbolos especiais: Grandeza

Nome

Unidade derivada do SI Expressão em unidades SI de Símbolo base -1 Pa · s m · kg · s- 1

Viscosidade dinâmica

pascal segundo

Momento de força

newton metro

N · m

m2 · kg · s- 2

Tensão superficial

newton por metro

N/m

kg · s- 2

Velocidade angular

radiano por segundo

rad/s

Aceleração angular

radiano por segundo quadrado

rad/s2

m · m- 1 · s- 1 = s- 1

Densidade de fluxo térmico, irradiância

watt por metro quadrado

2

W/m

m · m- 1 · s- 2 = s- 2 kg · s- 3

joule por kelvin

J/K

m · kg · s- 2 · K - 1

joule por quilograma kelvin

J/(kg · K)

m2 · s- 2 · K - 1

Energia mássica

joule por quilograma

J/kg

m2 · s- 2

Condutividade térmica

watt por metro kelvin

Energia volúmica

joule por metro cúbico

Capacidade térmica, entropia Capacidade térmica mássica, entropia mássica

2

W/(m · K)

m · kg · s- 3 · K - 1

J/m3

m- 1 · kg · s- 2

volt por metro

V/m

m · kg · s- 3 · A- 1

coulomb por metro cúbico

C/m3

m- 3 · s · A

Densidade de carga superficial, carga elétrica superficial

coulomb por metro quadrado

C/m2

m- 2 · s · A

Densidade de fluxo elétrico, deslocamento elétrico

coulomb por metro quadrado

C/m2

m- 2 · s · A

Permitividade

farad por metro

F/m

m- 3 · kg- 1 · s4 · A2

Permeabilidade

henry por metro

H/m

m · kg · s- 2 · A- 2

Energia molar

joule por mole

J/mol

m2 · kg · s- 2 · mol- 1

Campo elétrico Densidade de carga elétrica, carga elétrica volúmica

Entropia molar, capacidade térmica molar

joule por mole kelvin

J/(mol · K)

m2 · kg · s- 2 · K- 1 · mol- 1

C/kg

kg- 1 · s · A

Exposição (raios X e Y)

coulomb por quilograma gray por segundo

Gy/s

m2 · s- 3

Intensidade energética

watt por esterradiano watt por metro quadrado esterradiano

W/sr

m4 · m- 2 · kg · s- 3 = m2 · kg · s- 3

Débito de dose absorvida Radiância 158

W/(m2 · sr)

m2 · m- 2 · kg · s- 3 = k g · s- 3


Grandeza


1.2.4 – Unidades das grandezas sem dimensão ou de grandezas de dimensão unitária: Determinadas grandezas são definidas pela razão de duas grandezas da mesma natureza; têm uma dimensão que pode ser expressa pelo número um. A unidade associada a tais grandezas é uma unidade derivada coerente com as outras unidades do SI e, como resulta da relação de duas unidades SI idênticas, esta unidade pode ser expressa pelo número um. Assim, a unidade SI de todas as grandezas, cuja dimensão é um produto de dimensão igual a um, é o número um. 1.3 – Prefixos e símbolos de prefixos para formar os nomes e símbolos dos múltiplos e submúltiplos decimais das unidades SI: Fator 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 101

Múltiplos Prefixo Símbolo yotta Y zetta Z exa E peta P tera T giga G mega M quilo k hecto h deca da

Submúltiplos Fator Prefixo Símbolo -1 deci d 10 -2 centi c 10 -3 mili m 10 -6 micro μ 10 -9 nano n 10 pico p 10- 12 - 15 femto f 10 - 18 atto a 10 - 21 zepto z 10 yocto y 10- 24

1.3.1 – Regra de escrita: Os nomes dos múltiplos e submúltiplos são formados pela simples junção do prefixo ao nome da unidade. 1.3.1.1 – Exceção: Entre as unidades de base do SI, a unidade de massa é a única cujo nome, por razões históricas, contém um prefixo. Os nomes e os símbolos dos múltiplos e submúltiplos

decimais da unidade de massa são formados pela junção dos prefixos à palavra «grama» e os símbolos correspondentes ao símbolo «g». 1.4 – Nomes e símbolos especiais autorizados de unidades não SI: 1.4.1 – Nomes e símbolos especiais autorizados de múltiplos e submúltiplos decimais das unidades SI: Grandeza Volume Massa Pressão

Nome

Símbolo

(a) l ou L tonelada (b) t

Unidade Valor em unidade SI 1 l = 1 dm3 = 10- 3 m3

litro bar

(c) bar

1 t = 103 kg

1 bar = 0,1 MPa = 100 kPa = = 1000 hPa = 105 Pa

(a) Os dois símbolos «l» e «L» podem ser usados para a unidade litro, foram adotados respetivamente pelo CIPM de 1879 e pela Resolução n.° 6 da 16.a CGPM de 1979. (b) A tonelada e o seu símbolo foram adotados pelo CIPM de 1879. (c) O bar e o seu símbolo constam da Resolução n.° 7 da 9.a CGPM

de 1948.

Nota. – Os prefixos e seus símbolos listados no n.° 1.3 podem ser usados em conjunção com as unidades e símbolo desta tabela.

1.4.2 – Nomes e símbolos especiais autorizados de múltiplos e submúltiplos não decimais das unidades SI: Grandeza Ângulo plano

Tempo

Nome Símbolo grau

°

minuto segundo minuto hora dia

' '' min h d

Unidade Valor em unidade SI 1° = (π/180) rad

1' = (1/60)° = (π /10 800) rad 1'' = (1/60)' = (π /648 800) rad 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h = 86 400 s

Nota. – Os prefixos e seus símbolos listados no n.° 1.3 não se aplicam aos nomes e símbolos desta tabela.

1.4.3 – Unidades autorizadas cujo valor em unidades SI foi obtido experimentalmente: Unidade Nome

Símbolo

Energia

electrão-volt

eV

Massa

dalton, unidade de massa atómica unificada

Da u

Valor

Definição O eletrão-volt é a energia cinética adquirida por um - 19 1 eV = 1,602 176 53(14) × 10 J eletrão após ter atravessado uma diferença de potencial de 1 V no vazio. 1 Da = 1 u

1 u = 1,660 538 86 (28) × 10

- 27

A unidade de massa atómica unificada é igual a 1/12 12 kg da massa de um átomo de C livre, em repouso e no seu estado fundamental.

Notas 1 – Os prefixos e seus símbolos listados no n.° 1.3 podem ser usados em conjunção com as unidades e símbolos desta tabela.

2 – Os valores são acompanhados, entre parênteses, com o valor da incerteza padrão (para um fator de expansão k = 1) sobre os dois últimos algarismos.

159

Anexos


Grandeza


1.4.4 – Outras unidades autorizadas para uso em domínios especializados:

Vergência dos sistemas óticos Massa de pedras preciosas Superfície (dos terrenos agrícolas e para construção) Massa linear das fibras têxteis e dos fios Pressão (sanguínea e de outros fluidos corporais) Distância Superfície Velocidade

Unidade

Nome dioptria carat métrico

Símbolo

(a) are

a

1 a = 1 dam2 = 102 m2

tex

tex

1 tex = 10- 6 kg · m- 1

mmHg

1 mmHg = 133,322 Pa

M b kn

1 milha marítima = 1852 m 1 b = 100 fm2 = 10- 28 m2 1 milha marítima por hora = (1852/3600) m/s = = 1,852 km/h = 0,5144 m/s

milímetro de mercúrio (b) milha marítima (c) barn nó

Valor 1 dioptria = 1 m- 1 1 carat métrico = 2 × 10- 4 kg

(a) As unidades are e hectare e os seus símbolos foram adotados pelo CIPM de 1879. (b) A milha marítima é uma unidade especial utilizada em navegação marítima e aérea para exprimir a distância. Este valor foi adotado por

convenção pela Primeira Conferência Hidrográfica Internacional Extraordinária, Mónaco, 1929, com a designação de «milha marítima internacional». Não tem símbolo convencionado a nível internacional. Originalmente, esta unidade foi escolhida porque uma milha marítima à superfície da terra é intercetada aproximadamente por um minuto de ângulo ao centro da terra.

(c) O barn é uma unidade especial utilizada em física nuclear para exprimir secções eficazes.

Nota. – Os prefixos e seus símbolos listados no n.° 1.3 podem ser usados em conjunção com as unidades e símbolos desta tabela com exceção para o milímetro de mercúrio e o seu símbolo. O múltiplo (102 a) tem a designação de hectare.

1.5 – Regras para a escrita dos nomes e símbolos das unidades SI: Os símbolos das unidades são impressos em caracteres romanos (direitos). Em geral, os símbolos das unidades são escritos em minúsculas, mas, se o nome da unidade deriva de um nome próprio, a primeira letra do símbolo é maiúscula. O nome da unidade propriamente dita começa sempre por uma minúscula, salvo se se trata do primeiro nome de uma frase ou do nome «grau Celsius».

a) Os símbolos das unidades ficam invariáveis no plural.

b) Os símbolos das unidades não são seguidos de um ponto, salvo se estão no fim de uma frase e o ponto tem a função habitual da pontuação.

c) Quando uma unidade derivada é formada pelo produto de duas ou mais unidades, o seu símbolo pode ser indicado com os símbolos das unidades separadas por pontos a meia altura ou por um espaço. Por exemplo: N m ou N · m

d) Quando uma unidade derivada é formada dividindo uma unidade por outra, o seu símbolo pode ser indicado utilizando uma barra oblíqua (/), uma barra horizontal ou também expoentes negativos. Por exemplo: m/s ou __  m   ou m · s- 1 s e) Nunca deve ser utilizado na mesma linha mais de uma barra oblíqua, a menos que sejam adicionados parênteses, a fim de evitar qualquer ambiguidade. Em casos complicados, devem ser utilizados expoentes negativos ou parênteses. 160

Por exemplo: m/s2 ou m · s- 2 mas não: m/s/s m · kg/(s3 · A) ou m · kg · s- 3 · A- 1 mas não: m · kg/s3/A nem m · kg/s3 · A

f) Os símbolos dos prefixos são impressos em caracteres romanos direitos, sem espaço entre o símbolo do prefixo e o símbolo da unidade.

g) O conjunto formado pela junção do símbolo de um prefixo ao símbolo de uma unidade constitui um novo símbolo inseparável, que pode ser elevado a uma potência positiva ou negativa e que pode ser combinado com outros símbolos de unidades para formar símbolos de unidades compostas. Por exemplo:

1 cm3 = (10- 2 m)3 = 10- 6 m3

1 cm- 1 = (10- 2 m)- 1 = 102 m- 1 1 μs- 1 = (10- 6 s)- 1 = 106 s- 1

1 V/cm = (1 V)/(10- 2 m) = 102 V/m

h) Não são empregues prefixos compostos, ou seja, formados pela justaposição de vários prefixos. Por exemplo: 1 nm mas não: 1 m μm Um prefixo não pode ser usado sem uma unidade a que se refira. Por exemplo: 106/m3 mas não: M/m3

2 – (Revogado.) 3 – (Revogado.) 4 – (Revogado.)


Grandeza

Eq12 Dossie Professor

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