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O manual Novo 12Q inclui propostas para a realização de sete Atividades Laboratoriais (AL) e duas Atividades de Projeto Laboratorial (APL), que estão previstas nas Metas Curriculares de Química 12 Ano.As AL estão devidamente articuladas com os temas tratados nos subdomínios em que se inserem. Essa a...

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Apoio às atividades laboratoriais O manual Novo 12Q inclui propostas para a realização de sete Atividades Laboratoriais (AL) e duas Atividades de Projeto Laboratorial (APL), que estão previstas nas Metas Curriculares de Química 12.o Ano. As AL estão devidamente articuladas com os temas tratados nos subdomínios em que se inserem. Essa articulação faz-se através de uma breve introdução e das questões pré-laboratoriais e pós-laboratoriais. A componente laboratorial é ainda enriquecida pela inclusão de algumas questões relacionadas com as AL em +Questões, quer no Manual, quer no Caderno de Exercícios e Problemas. As APL proporcionam aos alunos a possibilidade de realizarem atividades prático-laboratoriais de natureza investigativa. Este formato, de pesquisa, permite diversificar e aprofundar os conhecimentos e competências desenvolvidos, de tal modo que a formação dos alunos se aproxime mais das reais necessidades da atividade científica e tecnológica. Destas duas APL as Metas preveem que seja selecionada uma. Em estão disponíveis animações laboratoriais com os procedimentos de todas as AL e ainda vídeos de apoio às APL. Neste Caderno de Apoio ao Professor disponibilizam-se, a partir da página 131, três minitestes relativos a três atividades laboratoriais. Estes minitestes estão também disponíveis, em formato editável, em . Nas páginas seguintes daremos algumas sugestões para as sete AL e as duas APL que constam nas Metas Curriculares. No Manual as AL possuem Questões pré-laboratoriais e Questões pós-laboratoriais. Parte das questões incide sobre a realização da atividade, pelo que a resposta só pode ser obtida após a realização da mesma. Para as restantes sugerimos aqui respostas. Optou-se por não facultar as respostas no Manual, pois essas questões promovem um esforço de reflexão que poderia ficar comprometido se os alunos pudessem consultar imediatamente as soluções.

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AL 1 – Um ciclo do cobre (págs. 30 a 32 do Manual) Corresponde à AL 1.1 do Programa de Química – 12.o Ano. Nesta AL propõe-se a realização de um ciclo do cobre, que constitui uma oportunidade para recordar vários tipos de reações químicas. É importante valorizar a dimensão de sustentabilidade, relacionando o trabalho com a reciclagem de metais. Importa também alertar para a necessidade de recuperar e eliminar convenientemente os resíduos. No trabalho pode utilizar-se cobre proveniente de fios condutores elétricos, que tem sempre um grau de pureza elevado (necessário para garantir a condutividade elétrica que lhe é característica). Se o fio não estiver limpo e brilhante, pode ser mergulhado numa solução de ácido clorídrico, lavado com etanol e secado com papel. Procedimentos laboratoriais 2 a 13:

A adição de solução de ácido nítrico ao cobre (procedimento 3.) deve ser realizada numa hotte, pois há libertação de vapores rutilantes, que são tóxicos. A adição de solução de hidróxido de sódio (procedimento 4.) deve fazer-se usando uma proveta de plástico, já que as provetas de vidro são corroídas, e danificadas, por esta solução concentrada. O quadro seguinte apresenta a informação de segurança, de acordo com o sistema GHS, relativa aos reagentes e produtos da reação. A resposta dos alunos à questão pré-laboratorial 2. pode incluir apenas a indicação da Palavra Sinal e das Advertências de Perigo.

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Nome

Pictogramas de perigo e Palavra sinal

Ácido sulfúrico –3 6 mol dm

Advertências de Perigo H319 Provoca irritação ocular grave. H335 Pode provocar irritação das vias respiratórias. H315 Provoca irritação cutânea.

P280 Usar luvas de proteção, vestuário de proteção, proteção ocular, proteção facial. P305+P351+P338 Se entrar em contacto com os olhos: enxaguar cuidadosamente com água durante vários minutos. Se usar lentes de contacto, retire-as, se tal lhe for possível. Continuar a enxaguar. P309+P310 Em caso de exposição ou de indisposição: contacte imediatamente um centro de informação antivenenos ou um médico. P301+P330+P331 Em caso de ingestão: enxaguar a boca. Não provocar o vómito.

H225 Líquido e vapor facilmente inflamáveis. H218 Provoca lesões oculares graves. H336 Pode provocar sonolência ou vertigens.

P261 Evitar respirar as poeiras, fumos, gases, névoas, vapores, aerossóis.

H290 Pode ser corrosivo para os metais. H314 Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves.

P280 Usar luvas de proteção/vestuário de proteção/proteção ocular/proteção facial. P260 Não respirar as gases/vapores/aerossóis. P305+P351+P338 Se entrar em contacto com os olhos: enxaguar cuidadosamente com água durante vários minutos. Se usar lentes de contacto, retire-as, se tal lhe for possível. Continuar a enxaguar. P301+P330+P331 Em caso de ingestão: enxaguar a boca. Não provocar o vómito.

H314 Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves.

P260 Não respirar aerossóis. P264 Lavar...cuidadosamente após manuseamento. P280 Usar luvas de proteção, vestuário de proteção, proteção ocular, proteção facial. P301+P330+P331 Em caso de ingestão: enxaguar a boca. Não provocar o vómito. P303+P361+P353 Se entrar em contacto com a pele (ou o cabelo): despir imediatamente toda a roupa contaminada. Enxaguar a pele com água/tomar um duche.

Atenção

Ácido clorídrico –3 6 mol dm Perigo

Ácido nítrico –3 16 mol dm Perigo

Hidróxido de sódio –3 3 mol dm Perigo

Recomendações de Prudência

P264 Lavar cuidadosamente após manuseamento. P271 Utilizar apenas ao ar livre ou em locais bem ventilados. P280 Usar luvas de proteção, vestuário de proteção, proteção ocular, proteção facial. P302+P352 Se entrar em contacto com a pele: lavar com sabonete e água abundantes.

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H225 Líquido e vapor facilmente inflamáveis. H319 Provoca irritação ocular grave. EUH066 Pode provocar pele seca ou gretada, por exposição repetida. Acetona

H336 Pode provocar sonolência ou vertigens. Perigo

H314 Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves. H330 Mortal por inalação.

Dióxido de nitrogénio Perigo

P210 Manter afastado do calor, superfícies quentes, faísca, chama aberta e outras fontes de ignição. Não fumar. P233 Manter o recipiente bem fechado. P241 Utilizar equipamento elétrico/de ventilação/de iluminação/ à prova de explosão. P303+P361+P353 Se entrar em contacto com a pele (ou o cabelo): despir imediatamente toda a roupa contaminada. Enxaguar a pele com água. P304+P340 Em caso de inalação: retirar a vítima para uma zona ao ar livre e mantêla em repouso numa posição que não dificulte a respiração. P260 Não respirar fumos/gases/ /névoas/vapores. P280 Usar luvas de proteção, vestuário de proteção, proteção ocular, proteção facial. P304+P340 Em caso de inalação: retirar a vítima para uma zona ao ar livre e mantê-la em repouso numa posição que não dificulte a respiração. Contacte imediatamente um centro de informação antivenenos ou um médico. P305+P351+P338 Se entrar em contacto com os olhos: enxaguar cuidadosamente com água durante vários minutos; se usar lentes de contacto, retire-as, se tal lhe for possível. Continue a enxaguar.

Respostas às questões pré-laboratoriais (pág. 31) 1. n(NaOH) = c × V = 3,0 × 0,5 = 1,5 mol; M(NaOH) = 40,00 g mol-1; m(NaOH) = n × M = 1,5 × 40,00 = 60,00 g 1. Pesar 60,00 g de NaOH num copo de plástico de 200 mL. 2. Adicionar cuidadosamente água destilada. 3. Agitar com uma espátula de metal até dissolução completa. 4. Transferir a solução para um balão volumétrico de plástico de 500 mL, usando um funil de plástico. 5. Completar o volume do balão volumétrico até ao traço e homogeneizar. 2. O quadro seguinte indica a informação de segurança mais importante.

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Nome

Palavra sinal

Ácido sulfúrico –3 6 mol dm

Atenção

Ácido clorídrico –3 6 mol dm

Perigo

Advertências de Perigo Provoca irritação ocular grave. Pode provocar irritação das vias respiratórias. Provoca irritação cutânea. Líquido e vapor facilmente inflamáveis. Provoca lesões oculares graves. Pode provocar sonolência ou vertigens.

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Nome

Palavra sinal

Ácido nítrico –3 16 mol dm

Perigo

Hidróxido de sódio –3 3 mol dm

Perigo

Acetona

Perigo

Dióxido de nitrogénio

Perigo

Advertências de Perigo Pode ser corrosivo para os metais. Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves. Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves. Líquido e vapor facilmente inflamáveis. Provoca irritação ocular grave. Pode provocar pele seca ou gretada, por exposição repetida. Pode provocar sonolência ou vertigens. Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves. Mortal por inalação.

Respostas às questões pós-laboratoriais (pág. 32) 3. Em 2. mede-se a massa do reagente limitante, com base na qual se calculará o rendimento da reação. Em 13. mede-se a massa de produto obtida, também para se calcular o rendimento da reação. O rendimento só pode ser calculado com rigor se estas massas forem medidas com exatidão. As outras medições feitas durante todo o trabalho envolvem reagentes em excesso, pelo que não têm influência no cálculo do rendimento do ciclo. 4. O produto secundário obtido em 7. é uma solução aquosa de nitrato de sódio, NaNO3 (aq), e o produto obtido em 11. é uma solução aquosa de sulfato de zinco, ZnSO4 (aq). Ambos os sais podem ser recuperados por recurso a uma cristalização (por vaporização do solvente).

APL 1 – Construção de uma pilha com determinada diferença de potencial elétrico (págs. 62 e 63 do Manual) Nesta Atividade de Projeto Laboratorial (APL) pretende-se construir uma pilha, a partir de materiais simples ou reciclados, que tenha determinadas características, nomeadamente um valor pré-determinado de diferença de potencial elétrico. Recorde-se que esta diferença de potencial de uma célula galvânica é a força eletromotriz, a que chamámos tensão da célula, Ecel (pág. 52 do Manual). Para ajudar a realização da atividade são fornecidas orientações e sugestões na caixa «Trabalho investigativo» (pág. 63 do Manual). A atividade inclui a aplicação da equação de Nernst, que permite prever teoricamente a diferença de potencial elétrico de uma célula galvânica. A equação de Nernst é explorada também na Atividade «Equação de Nernst», na página 59 do Manual.

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AL 2 – A cor e a composição quantitativa de soluções com iões metálicos (págs. 93 a 96 do Manual) Corresponde à AL 1.5 do Programa de Química – 12.o Ano. Nesta atividade laboratorial relaciona-se a cor de uma solução com a respetiva composição quantitativa. O trabalho laboratorial proposto tem por base uma importante técnica analítica, a espetrofotometria, que é aqui usada para determinar a concentração total de ferro numa amostra de água. A determinação de ferro em água proposta neste trabalho baseia-se na formação de compostos corados entre Fe2+ e fenantrolina. Esta técnica permite determinar teores de ferro em águas da ordem dos 0,05 a 0,2 mg dm–3. Como os teores de ferro nas águas destinadas a consumo humano são habitualmente bastante baixos, recomenda-se o uso de uma água com ferro adicionado, que pode ser obtida mergulhando palha-de-aço em água durante algumas horas. Uma componente deste trabalho laboratorial envolve a construção de uma curva de calibração. Para isso é necessário preparar soluções de ferro (II) de diferentes concentrações, por diluição a partir de uma solução-padrão. Preparação, por diluição, de uma solução padrão:

É frequente, neste tipo de trabalhos, os alunos contaminarem as soluções durante a sequência de medições (basta, por exemplo, que a ponta da pipeta da solução de fenantrolina encoste ao colo do balão volumétrico por onde já tinha escorrido a solução padrão de ferro). Estas situações podem ser aproveitadas para realizar uma discussão dos erros associados a procedimentos. A construção da reta de calibração pode ser feita em papel milimétrico ou usando uma folha de cálculo. Recomendamos a última opção, embora, nesse caso, seja importante explorar todas as potencialidades disponíveis, nomeadamente o uso de escalas adequadas nos eixos do gráfico. Para traçar uma reta de calibração com o programa Microsoft Excel, proceda como se descreve a seguir. A. Construa uma tabela com o teor em ferro das soluções A a F, na coluna A, e as absorvências correspondentes, na coluna B. B. Selecione os valores da tabela e clique no botão Assistente de gráfico na barra de ferramentas. 74

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C. No tipo de gráfico selecione Dispersão XY. D. Clique sempre em Seguinte e, no final, em Concluir. Surge um gráfico com pontos. E. Clique com o botão do lado direito do rato sobre um dos pontos e selecione Adicionar linha de tendência... F. Clique na pasta Opções e, em seguida, ative Definir a interseção em: 0 e Mostrar a equação do gráfico. Clique em OK. G. Selecione o gráfico e imprima-o. Pode agora determinar a concentração da solução graficamente ou analiticamente (usando a equação da reta). Pode melhorar-se o gráfico ajustando as divisões das escalas dos eixos para valores mais adequados. Respostas às questões pré-laboratoriais (pág. 95) 1. Fazendo uso de papel indicador de pH ou, em alternativa, um medidor de pH. 2. O valor 510 nm, correspondente ao máximo de absorção. Respostas às questões pós-laboratoriais (pág. 96)

0,0500 dm3 0,0500 dm3 3

0,0500 dm

0,0500 dm3 3

0,0500 dm

= 0,20 mg dm–3 = 1,00 mg dm–3 = 2,00 mg dm–3 = 4,00 mg dm–3 = 6,00 mg dm–3

2. Poderá obter-se uma reta de calibração similar à seguinte.

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Concentração –3 / mg dm

Absorvência

0,20

0,004

1,00 2,00

0,021

4,00

0,066

6,00

0,091

0,034

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3. Fator de diluição para a solução: X é 50/1 = 50; Y é 50/5 = 10;

Z é 50/10 = 5.

Se, por exemplo, a concentração da amostra de água diluída Y for 0,357 mg dm–3, então a

AL 3 – Funcionamento de um sistema tampão (págs. 97 a 100 do Manual) Corresponde à AL 1.6 do Programa de Química – 12.o Ano. Nesta AL estuda-se a forma como evolui o pH durante uma titulação de um ácido poliprótico. Esta evolução é condicionada pela existência de vários sistemas tampão. A atividade pode ser entendida como uma oportunidade para a exploração do conceito de solução tampão, uma ocasião para aprofundar conhecimentos e levantar questões. São previsíveis dificuldades na montagem para realização da titulação potenciométrica. A construção da montagem para a titulação não é considerada uma aprendizagem essencial, pelo que a montagem pode estar preparada no início do trabalho. Isso permitirá poupar tempo e focar a atenção em aspetos mais pertinentes para a compreensão do trabalho. Montagem laboratorial para a titulação potenciométrica:

Pode utilizar-se um sistema de aquisição de dados por computador, que permitirá obter diretamente a curva de titulação no ecrã de um computador, interface ou calculadora. Nesse caso deve usar-se a opção de aquisição Evento como entrada, que permite introduzir no gráfico o volume de titulante adicionado a cada momento, através do teclado. A prática mostra que os resultados obtidos pioram se os incrementos de titulante forem menores que 0,5 mL. Isso pode explicar-se por limitações dos medidores de pH habitualmente disponíveis nas escolas, pouco vocacionados para medir o pH de soluções pouco tamponadas. Ora a zona de variação brusca de pH, na proximidade do ponto de equivalência, é precisamente uma solução não tamponada. Assim, esperam-se melhores resultados para incrementos de 1 mL, ou de 0,5 mL, de titulante. O traçado da curva de titulação na zona de variação brusca de pH faz-se por interpolação a partir de valores de pH do titulado obtidos em zonas mais tamponadas, o que permite obter, em geral, uma curva de titulação de qualidade.

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Respostas às questões pré-laboratoriais (pág. 99) 1. C. 2. B., E., C., A., D. Respostas às questões pós-laboratoriais (pág. 100) 1. A curva de titulação obtida deverá ser similar à seguinte.

Volume /mL

pH

Volume /mL

pH

Volume /mL

pH

Volume /mL

pH

Volume /mL

pH

0,0

10,7

5,0

9,9

10,0

7,0

15,0

6,0

20,0

2,6

0,5

10,5

5,5

9,8

10,5

6,8

15,5

5,9

20,5

2,5

1,0

10,4

6,0

9,7

11,0

6,7

16,0

5,8

21,0

2,4

1,5

10,4

6,5

9,6

11,5

6,6

16,5

5,7

21,5

2,4

2,0

10,3

7,0

9,6

12,0

6,5

17,0

5,6

22,0

2,3

2,5

10,2

7,5

9,5

12,5

6,5

17,5

5,4

22,5

2,3

3,0

10,1

8,0

9,4

13,0

6,4

18,0

5,0

23,0

2,3

3,5

10,1

8,5

9,2

13,5

6,3

18,5

3,7

23,5

2,2

4,0

10,0

9,0

8,7

14,0

6,2

19,0

3,0

24,0

2,2

4,5

9,9

9,5

7,4

14,5

6,1

19,5

2,7

24,5

2,2

2. Dois pontos de equivalência, ocorrendo aproximadamente para pH = 8,3 (o primeiro) e pH = 3,8 (o segundo). 3. Podem identificar-se duas zonas tampão. Os pares de espécies responsáveis pela zona 2–

–

–

tampão são: CO3 /HCO3 e HCO3/H2CO3 Editável e fotocopiável © Texto | Novo 12Q

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5. Pelo facto de existirem no sangue vários sistemas tampão, sendo o mais importante o sistema CO2/HCO .

AL 4 – Destilação fracionada de uma mistura de três componentes (págs. 141 e 142 do Manual) Corresponde à AL 2.1 do Programa de Química – 12.o Ano. Nesta AL pretende-se simular o processo industrial de separação do petróleo bruto por destilação fracionada. Contudo, haverá que realçar que na destilação fracionada do petróleo o número de componentes da mistura é muito superior. Um dos aspetos a considerar no planeamento desta atividade é o facto de muitas substâncias formarem misturas azeotrópicas, isto é, misturas que, para uma certa composição, possuem um ponto de ebulição constante e fixo, como se fossem uma substância pura. É por isso que os seus componentes não podem ser separados por técnicas de destilação comuns, incluindo a destilação fracionada. Existem inúmeras misturas com três ou mais componentes que são zeotrópicas (ou nãoazeotrópicas). Contudo estas misturas de três componentes envolvem quase sempre substâncias mais ou menos perigosas, incluído substâncias que são tóxicas. Por exemplo, misturas ternárias como acetona...