Compostos Inorgânicos e Estequiometria

Materiais Necessários: Quadro branco ou flipchart, Marcadores, Relógio ou cronômetro, Balança analítica (precisão 0,01 g), Cadinho com tampa, Pinça para cadinho, Estufa ou porcelana para aquecimento (bico de Bunsen), Kit de segurança (óculos de proteção, luvas, avental), Amostra de sal impuro (~2,5 g), Carbonato de cálcio (CaCO₃) pura (~5,00 g)

Palavras-chave: Pureza de amostras, Rendimento de reações, Cálculos quantitativos, Gravimetria, Estequiometria, Técnicas de laboratório, Segurança em laboratório, Avaliação formativa, Diferenciação pedagógica, Recursos digitais

Não recebi as fontes mencionadas. Por favor, envie os materiais ou referências que deseja que eu use para elaborar a seção do relatório.

Atividade de Aquecimento e Ativação de Conhecimento

Objetivo:
Reativar ideias prévias de pureza e rendimento, identificar concepções dos alunos e preparar terreno para cálculo de pureza de amostras e rendimento de reações.

Duração: 5–7 minutos

Materiais:

• Quadro ou flipchart
• Marcadores
• Relógio ou cronômetro

1. Preparação (1 minuto)

• Escreva no quadro duas afirmações:
  1. “Todo reagente é completamente consumido numa reação.”
  2. “Toda amostra química é 100% pura.”
• Explique brevemente que serão discutidas essas ideias.

2. Discussão em dupla (3 minutos)

1. Instrua os alunos a formarem pares rapidamente.
2. Atividade para os alunos:
   • Cada dupla responde:
     a) A afirmação 1 é sempre verdadeira? Por quê?
     b) A afirmação 2 é sempre verdadeira? Por quê?
   • Peça que cada dupla anote um exemplo concreto (do dia a dia ou laboratório) de material impuro e de reagente não totalmente consumido.

Dica de gestão:

• Defina tempo no cronômetro visível.
• Circule pela sala, ouça trechos de conversa e anote pontos de confusão.

3. Compartilhamento breve (1–2 minutos)

1. Convide 2–3 duplas a apresentar, em até 30 segundos cada, seus exemplos e justificativas.
2. Registre no quadro as principais ideias e exemplos:
   • Ex.: “Sal de cozinha com impurezas de calcário”;
   • Ex.: “Reação de síntese com rendimento de 80% por perda de produto”.

4. Perguntas de verificação

• “Por que um reagente pode não ser totalmente consumido?”
• “Quais fatores influenciam a pureza de uma amostra?”

Propósito pedagógico

• Diagnosticar concepções prévias e ideias alternativas.
• Conectar conceitos de química ao cotidiano.
• Preparar o grupo para cálculos de pureza e rendimento, mostrando a necessidade prática desses cálculos.

Experimento de Determinação de Pureza e Rendimento

Objetivo

Permitir que alunos verifiquem a pureza de um sal comercial e calculem o rendimento de uma reação de decomposição térmica simples, consolidando conceitos de impurezas e eficiência de reação.

Materiais

• Balança analítica (precisão 0,01 g)
• Cadinho com tampa e pinça para cadinho
• Estufa ou porcelana para aquecimento (bico de Bunsen)
• Kit de segurança (óculos, luvas, avental)
• Amostra de sal impuro (~2,5 g)
• Carbonato de cálcio (CaCO₃) pura (~5,00 g)
• Suporte universal e triângulo de porcelana
• Cronômetro
• Folha de cálculo impressa para anotações

Procedimento 1: Determinação de Pureza do Sal

1. Preparação
   • Oriente os alunos a colocar o cadinho vazio na balança, zerar e anotar sua massa (m₁).
2. Pesagem da amostra
   • Adicionar cuidadosamente ~2,5 g de sal impuro, registrar massa total (m₂).
3. Dissolução e filtração
   • Transferir o sal para um béquer com água morna, agitar até dissolver.
   • Filtrar para remover partículas insolúveis (impurezas).
4. Evaporação
   • Transferir solução filtrada de volta ao cadinho.
   • Aquecer suavemente até cristalização completa e resfriar em exsiccação.
5. Pesagem final
   • Pesar o cadinho e os cristais de NaCl puro (m₃).
6. Cálculo da pureza
   • Massa de NaCl puro = m₃ – m₁
   • Massa de sal impuro = m₂ – m₁
   • Pureza (%) = (massa de NaCl puro / massa de sal impuro) × 100
   • Exemplo: m₁=20,00 g; m₂=22,50 g; m₃=21,80 g → NaCl puro=1,80 g; impuro=2,50 g; pureza=72%.

Procedimento 2: Cálculo do Rendimento de Decomposição de CaCO₃

1. Pesagem inicial
   • Zerar cadinho limpo (massa M₁) e adicionar ~5,00 g de CaCO₃, anotar M₂.
2. Aquecimento
   • Aquecer o cadinho sobre chama moderada por ~10 min, garantindo decomposição completa:
     CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
3. Resfriamento e pesagem
   • Resfriar em exsicador, pesar cadinho com CaO (M₃).
4. Cálculo do rendimento
   • Massa experimental de CaO = M₃ – M₁
   • Massa teórica de CaO = (massa de CaCO₃ × MM(CaO)/MM(CaCO₃))
   • Rendimento (%) = (experimental / teórico) × 100
   • Exemplo: M₁=15,00 g; M₂=20,00 g; M₃=17,24 g → experimental=2,24 g; teórico=2,80 g; rendimento≈80%.

Perguntas de Orientação

• O que ocorreu com as impurezas durante a dissolução e filtração?
• Por que nem todo CaCO₃ se converteu em CaO (rendimento < 100 %)?
• Como perdas durante manuseio e aquecimento afetam o rendimento?
• De que forma podemos aumentar a precisão das medições?

Dicas de Gestão e Diferenciação

• Divida a turma em duplas heterogêneas, mesclando níveis de habilidade.
• Para alunos com dificuldade de cálculo, forneça planilha de apoio com fórmulas pré-inseridas.
• Proponha desafios extras a alunos avançados: estimar incerteza das medições ou discutir pureza ideal em indústrias.
• Garanta rodízio no uso da balança para evitar aglomeração e filas.
• Reforce normas de segurança antes do manuseio de cadinhos quentes e produtos químicos.

Tempo Estimado (50 min)

• Procedimento 1: 20 min
• Procedimento 2: 20 min
• Discussão e correção de cálculos: 10 min

Avaliação Formativa e Verificação de Entendimento

Objetivo Pedagógico

Permitir ao professor monitorar em tempo real a compreensão de pureza e rendimento, identificar dificuldades e ajustar o nível de apoio durante a aula.

Estratégias e Checagens Rápidas

1. Sinalizadores de Cartões (1–2 minutos por checagem)

   • Distribua a cada aluno três cartões coloridos: verde (entendi), amarelo (tenho dúvida) e vermelho (não entendi).
   • Pergunte, por exemplo: “Se extraímos 8,5 g de um produto cuja massa teórica é 10 g, qual é o rendimento? Vocês conseguem calcular a pureza se 0,5 g for impureza?”
   • Peça que levantem o cartão correspondente.
   • Uso pedagógico: identifica rapidamente o nível de confiança dos alunos e orienta intervenções pontuais.

2. Mini-Quiz de 2 Perguntas em Pares (3 minutos)

   • Forme duplas e entregue uma ficha com dois exercícios curtos:
     1. Cálculo de pureza: massa total 15 g, impurezas 0,9 g.
     2. Cálculo de rendimento: reagente limitante teórico 12 g, produto obtido 9,6 g.
   • Cada dupla troca a ficha para correção mútua usando chave de resposta.
   • Perguntas-chave ao circular pela sala:
     • “Como decidiram a massa de impureza para calcular a pureza?”
     • “O que indica se alguém conseguiu rendimento acima de 100 %?”
   • Propósito: reforçar conceitos pela explicação ao colega e identificar erros conceituais.

3. Quadro Branco Individual (2 minutos)

   • Cada aluno registra num mini-quadro sua resposta a esta pergunta direta:
     “Explique em uma frase a diferença entre rendimento real e rendimento teórico.”
   • Solicite que levantem o quadro. Leia três exemplos aleatórios em voz alta e aponte ajustes necessários.
   • Gestão da sala: reserve previamente um conjunto de 10 mini-quadros para reuso rápido.

4. Enquetes Digitais (opcional, 1 minuto)

   • Utilize plataforma (Mentimeter, Kahoot) com pergunta única:
     “Uma amostra de 20 g tem pureza de 85 %. Qual a massa de composto puro?”
   • Analise os resultados em tempo real e corrija eventuais confusões sobre percentuais.

5. Registro de Observações do Professor

   • Tenha à mão um checklist simples com itens:
     • Dificuldade em distinguir massa teórica vs. real
     • Erros de cálculo de porcentagem
     • Confusão sobre reagente limitante
   • Marque brevemente durante cada checagem quem precisa de reforço ou desafio adicional.

Dicas de Diferenciação

• Alunos com mais dificuldade recebem um template de cálculo passo a passo (colocar valores, subtrair impurezas, dividir por teor teórico).
• Alunos avançados podem resolver um problema extra onde dois reagentes limitantes são misturados e devem identificar qual determina o rendimento.

Exemplo de Caso Rápido

Reação de esterificação entre ácido acético (massa molar 60 g/mol) e etanol (46 g/mol): reagentes em excesso de etanol.

• Rendimento teórico de acetato de etila = 5,0 g; obtido 3,8 g.
• Pureza da amostra final (massa total 4,0 g).

Durante a checagem em pares, indique aos alunos que calculem ambos e comparem resultados, justificando as perdas.

Essas checagens duram, ao todo, cerca de 10 a 12 minutos de aula distribuídos em momentos-chave. Use-as para ajustar o ritmo da explicação, oferecer reforço localizado e garantir que todos avancem no domínio de pureza e rendimento.

Leitura Complementar e Recursos Externos

1. Ebook Experimentos de Química para Turmas de Ensino Médio
   Este e-book apresenta diversos experimentos de baixo custo que podem ser adaptados para medir a pureza de reagentes (por exemplo, recristalização de sais) e avaliar o rendimento de sínteses simples em sala de aula.

2. Exercícios de Química – Setor Gama – Módulo 16
   Contém questões práticas sobre o cálculo de teor de pureza (caso da pirolusita com MnO₂ a 80 %) e exercícios de rendimento em processos industriais (ex.: obtenção de N₂), perfeitos para avaliação formativa.

3. Explorando a pureza e rendimento em reações químicas
   Oferece um resumo didático dos conceitos de pureza de reagentes e rendimento de reações, com exemplos passo a passo de cálculo teórico e experimental que o professor pode compartilhar como material de revisão.

4. Apostila de Química Geral – Experimentos de Baixo Custo
   Inclui protocolos de laboratório envolvendo medições gravimétricas e volumétricas para determinar rendimento em ensaios de síntese, auxiliando no desenvolvimento de habilidades práticas e na análise crítica dos resultados.

5. Proposta Didática de Ensino de Estequiometria
   Apresenta a fundamentação teórica da estequiometria (incluindo leis de Avogadro e Lavoisier) e sugere atividades de cálculo de massa molecular, pureza e rendimento que podem ser aplicadas em debates e exercícios em grupo.

Conclusão da Aula e Extensões

1. Atividade de Fechamento: Síntese de Pureza e Rendimento

Objetivo pedagógico: consolidar o cálculo de pureza e rendimento, reforçando que nem todo reagente é consumido e que amostras contêm impurezas.

Passos para o professor:

1. Divida a turma em duplas.
2. Entregue a cada dupla uma tabela com dados de uma reação genérica (por exemplo, reação entre ácido acético e etanol para obter acetato de etila). Coloque quantidades iniciais de reagentes, massa de produto isolado e massa de impurezas detectadas.
3. Instrua as duplas a calcularem:
   • Pureza (%): (massa de produto puro / massa total do produto) × 100
   • Rendimento (%): (massa de produto puro / rendimento teórico) × 100
4. Dê 10 minutos para os cálculos. Circule pela sala para apoiar duplas que tenham dificuldade.

Pedagogia: exercitar procedimento de análise quantitativa reforça a distinção entre rendimento real e ideal, bem como o impacto de impurezas.

2. Socialização e Discussão

1. Peça que 3 duplas compartilhem seus resultados no quadro.
2. Após cada apresentação, faça perguntas-chaves:
   • “O que pode ter causado rendimento abaixo de 100 %?”
   • “Como as impurezas afetam a utilização industrial desse produto?”
3. Relacione respostas ao conceito de reagente em excesso e pureza comercial.

3. Questionamentos de Reflexão para Ampliação de Contexto

Apresente este breve estudo de caso:
“Em usinas de biodiesel, o rendimento do processo define a eficiência econômica. Se a pureza do biodiesel for inferior a 95 %, ele prejudica o motor de veículos.”

Pergunte aos alunos:

• Como variar as condições (temperatura, catalisador) poderia melhorar rendimento e pureza?
• Quais seriam as implicações ambientais e econômicas de um rendimento muito baixo?

Profissionalização: estimule-os a pensar como químicos em indústria, não apenas resolver cálculos.

4. Extensões e Desafios

• Proponha que os alunos pesquisem, em casa, um produto do cotidiano (por exemplo, chocolate, medicamentos) e descrevam possíveis impurezas e seu impacto.
• Para grupos avançados, desafie-os a simular em planilha eletrônica o cálculo de pureza e rendimento de uma reação complexa, variando quantidades de reagentes.

Materiais Necessários

• Tabelas de dados impressas
• Quadro branco e marcadores
• Calculadoras

Dica de Gestão

• Para duplas com dificuldade, forneça uma mini-fórmula de cálculo já preenchida com números simples para que completem passos restantes.
• Use cronômetro visível para manter ritmo de atividade dentro dos 10 minutos previstos.