Atividades de Composição do ar e poluição para a 3ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho composição do ar e poluição com uma turma de 3ª série do Ensino Médio, procuro fazer a ponte entre conceitos que parecem familiares e os processos químicos que nem sempre são visíveis. A turma pode reconhecer que respiramos oxigênio ou já ter ouvido falar de chuva ácida, mas isso não substitui compreender as proporções dos gases, distinguir poluente primário de secundário e acompanhar uma reação atmosférica. Nas questões, essa diferença aparece com clareza: há itens de reconhecimento, cálculos com ppm e pressão parcial e análise da formação de ozônio troposférico. Organizo o estudo para que os estudantes leiam fórmulas e unidades com atenção, justifiquem escolhas e conectem os modelos químicos a fenômenos observáveis. Assim, a avaliação não fica limitada à memorização de nomes: também permite perceber se a turma consegue usar relações químicas para interpretar a atmosfera.

O que o aluno de 3ª série precisa saber sobre Composição do ar e poluição

Para responder a este conjunto, o aluno precisa conhecer a composição média do ar seco: cerca de 78% de nitrogênio (N₂), 21% de oxigênio (O₂), 0,93% de argônio e aproximadamente 0,04% de dióxido de carbono (CO₂), lembrando que valores de gases-traço podem variar. Também deve relacionar a queima de carvão e óleo à emissão de dióxido de enxofre (SO₂), que pode originar ácidos na atmosfera e contribuir para a chuva ácida. Outro ponto central é diferenciar poluentes primários dos secundários: em dias ensolarados, reações fotoquímicas envolvendo óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis podem favorecer a formação de ozônio troposférico, que irrita as vias aéreas. Para avançar, é preciso interpretar a fotólise do NO₂, somar etapas de reação e calcular pressão parcial a partir da fração em ppm. O conjunto ainda mobiliza equilíbrio químico, constante de Henry e cálculo de pH da chuva em equilíbrio com CO₂.

O que ele precisa saber antes

Antes de começar, vale verificar se a turma reconhece fórmulas químicas e consegue identificar reagentes e produtos em uma equação. Para as questões de composição, são necessários os conceitos de mistura gasosa, propriedades dos gases e porcentagem. Nos cálculos, os estudantes precisam converter ppm em fração molar, operar com potências de dez e compreender a relação entre pressão parcial e pressão total. Para as questões de ozônio, é importante retomar reação química, fotólise e balanceamento. Já o item de pH exige familiaridade com logaritmo, concentração de íons H⁺ e equilíbrio químico. Não é necessário pressupor que todos dominem esses tópicos sem revisão: uma breve sondagem ajuda a decidir onde retomar conceitos e onde propor resolução autônoma.

Onde os alunos mais erram

Um erro recorrente indicado pelas questões é confundir a participação dos gases na atmosfera. Isso pode levar a superestimar o oxigênio, subestimar o nitrogênio ou atribuir ao argônio e ao CO₂ proporções muito maiores que as reais. Para tornar o raciocínio visível, peço que os alunos comparem a ordem de grandeza de cada componente, em vez de apenas decorar uma lista.

Na poluição, a confusão entre SO₂ e ozônio troposférico tem origens diferentes. O SO₂ é associado à queima de compostos com enxofre e à chuva ácida; o ozônio troposférico é formado por reações fotoquímicas envolvendo NOx e compostos orgânicos voláteis. A escolha do SO₂ como resposta à questão sobre poluente secundário mostra como o estudante pode reconhecer um poluente real, mas não verificar se ele corresponde ao processo descrito. Do mesmo modo, confundir monóxido de carbono com o gás associado à chuva ácida é misturar propriedades de poluentes distintos.

Nos cálculos, os distratores apontam dificuldades bem específicas. Tratar 420 ppm como 0,42, em vez de 420 × 10⁻⁶, altera a pressão parcial por várias ordens de grandeza. No cálculo de pH, também é possível confundir a concentração de H⁺ com o próprio pH ou esperar um valor neutro sem considerar a dissolução de CO₂. Nas equações de formação de ozônio, alguns alunos podem manter espécies intermediárias na equação líquida, esquecer a luz na etapa de fotólise ou não cancelar corretamente o átomo de oxigênio intermediário e o terceiro corpo M. Em todos esses casos, peço que expliquem a escolha: a justificativa costuma revelar melhor o ponto de dúvida que a letra marcada.

Como trabalhar em sala

• Monte um quadro de proporções. Peça à turma que represente 100 partes de ar seco e distribua, em um desenho simples, N₂, O₂, Ar e CO₂. Essa visualização ajuda a comparar as quantidades sem depender de material especial.
• Compare poluentes por processo. Organize no quadro duas colunas: origem ou processo de formação e consequência associada. Inclua SO₂ e formação de chuva ácida de um lado, e NOx, compostos orgânicos voláteis, luz solar e ozônio troposférico de outro. O objetivo é distinguir fenômenos, não decorar uma lista isolada.
• Resolva ppm com unidades à vista. Antes de calcular, escreva a conversão de ppm para fração: 420 ppm = 420/1.000.000. Em seguida, multiplique pela pressão total. Peça que os alunos verifiquem se a pressão parcial calculada é menor que a pressão total.
• Some etapas de reação em conjunto. Apresente as duas etapas da formação de ozônio e destaque o que aparece como intermediário. Ao somá-las, os alunos podem acompanhar o cancelamento das espécies que não permanecem na equação líquida.
• Use as questões como diagnóstico e revisão. Aplique alguns itens individualmente, peça justificativas para as alternativas e retome os conceitos conforme as respostas. Para aprofundar as habilidades, consulte também as questões da habilidade EM13CNT105 e as questões da habilidade EM13CNT205.

Questões prontas de Composição do ar e poluição para a 3ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As questões a seguir podem ser usadas em uma atividade, como revisão ou como ponto de partida para discussão. Em cada item, além da resposta correta, indico por que os distratores não se aplicam ao processo apresentado.

1. Em dias ensolarados, NOx e compostos orgânicos voláteis podem formar um poluente secundário irritante. Qual é ele?

• ❌ A) Dióxido de enxofre (SO₂). É um poluente primário ligado principalmente à queima de enxofre; não é o produto secundário descrito.
• ❌ B) Dióxido de carbono (CO₂). É um gás de efeito estufa, mas não é o principal poluente secundário formado nesse processo fotoquímico.
• ✅ C) Ozônio troposférico (O₃). Forma-se na troposfera por reações fotoquímicas envolvendo os precursores mencionados e pode irritar as vias aéreas.
• ❌ D) Nitrogênio (N₂). É o gás mais abundante do ar e não é o poluente secundário indicado.
• ❌ E) Amônia (NH₃). Pode estar presente como poluente, mas não corresponde ao produto descrito na questão.

Gabarito: C. A pista principal é a combinação de NOx, compostos orgânicos voláteis e dias ensolarados, associada à formação fotoquímica de ozônio troposférico.

2. Qual gás liberado pela queima de carvão e óleo pode originar ácidos na atmosfera e contribuir para chuva ácida?

• ❌ A) Metano (CH₄). É um gás de efeito estufa, mas não é o principal gás associado à chuva ácida neste contexto.
• ❌ B) Nitrogênio (N₂). É pouco reativo nas condições consideradas e não forma diretamente o ácido atmosférico citado.
• ❌ C) Monóxido de carbono (CO). É tóxico, mas não é o gás típico apontado como causador de chuva ácida nesta questão.
• ✅ D) Dióxido de enxofre (SO₂). Pode reagir na atmosfera e formar ácidos, como ácido sulfuroso e sulfúrico.
• ❌ E) Hidrogênio (H₂). Não é o gás associado à formação de chuva ácida descrita.

Gabarito: D. A relação que o aluno deve reconhecer é a emissão de SO₂ na queima de carvão e óleo e sua transformação atmosférica em espécies ácidas.

3. Indique a composição volumétrica média do ar seco, em porcentagem, para N₂, O₂, Ar e CO₂.

• ❌ A) Aproximadamente 50% N₂; 30% O₂; 15% Ar; 5% CO₂. Subestima N₂ e O₂ e exagera muito a proporção de Ar e CO₂.
• ❌ B) Aproximadamente 80% O₂; 15% N₂; 5% Ar; 0,01% CO₂. Inverte a proporção majoritária de N₂ e superestima bastante o oxigênio e o argônio.
• ❌ C) Aproximadamente 90% N₂; 5% O₂; 3% Ar; 2% CO₂. Os valores não representam a composição média do ar seco, especialmente para O₂, Ar e CO₂.
• ❌ D) Aproximadamente 60% N₂; 20% O₂; 10% Ar; 10% CO₂. Ar e CO₂ estão muito acima de suas proporções atmosféricas típicas.
• ✅ E) Aproximadamente 78% N₂; 21% O₂; 0,93% Ar; 0,04% CO₂. É a composição volumétrica média aproximada esperada para o ar seco.

Gabarito: E. O nitrogênio é o componente mais abundante, seguido pelo oxigênio. Argônio e dióxido de carbono aparecem em proporções bem menores.

4. A concentração atmosférica de CO₂ é 420 ppm. Calcule a pressão parcial de CO₂ ao nível do mar, dado p_total = 101,3 kPa.

• ✅ A) pCO₂ = 101,3 kPa × 420 × 10⁻⁶ ≈ 0,0425 kPa. Converte corretamente ppm em fração e multiplica pela pressão total.
• ❌ B) pCO₂ = 420 kPa. Esse valor ultrapassa a pressão total informada e não decorre da conversão de ppm.
• ❌ C) pCO₂ = 101,3 kPa × 0,42 ≈ 42,5 kPa. Trata 420 ppm como 0,42, quando a fração correta é 420 × 10⁻⁶.
• ❌ D) pCO₂ = 100 kPa. Confunde a pressão parcial de um componente-traço com quase toda a pressão atmosférica.
• ❌ E) pCO₂ = 0,1 kPa. Não aplica corretamente a fração correspondente a 420 ppm e superestima o resultado esperado.

Gabarito: A. Pela relação de pressão parcial, pCO₂ = (420/1.000.000) × 101,3 kPa ≈ 0,0425 kPa. A checagem de ordem de grandeza ajuda: a fração de CO₂ é muito pequena.

5. Indique a composição aproximada do ar seco em volume, listando as principais espécies químicas (fórmulas) e suas percentagens típicas.

• ✅ A) N₂ ≈ 78%, O₂ ≈ 21%, Ar ≈ 0,93%, CO₂ ≈ 0,04%. Apresenta as principais espécies e suas proporções típicas.
• ❌ B) N₂ ≈ 75%, O₂ ≈ 25%, Ar ≈ 0%, CO₂ ≈ 0%. O argônio está presente na atmosfera em quantidade mensurável; não é correto considerá-lo ausente.
• ❌ C) N₂ ≈ 100%, O₂ ≈ 0%, Ar ≈ 0%, CO₂ ≈ 0%. O ar não é composto exclusivamente de nitrogênio; há oxigênio e outros gases.
• ❌ D) N₂ ≈ 90%, O₂ ≈ 8%, Ar ≈ 1%, CO₂ ≈ 0,1%. As proporções de N₂, O₂ e CO₂ não correspondem aos valores típicos.
• ❌ E) N₂ ≈ 50%, O₂ ≈ 30%, Ar ≈ 15%, CO₂ ≈ 5%. Superestima muito os gases minoritários e não representa a composição do ar.

Gabarito: A. A questão retoma as proporções e pede também atenção às fórmulas. É uma boa oportunidade para verificar se o aluno diferencia a fórmula de cada espécie da porcentagem correspondente.

6. Considerando pCO₂ = 3,7 × 10⁻⁴ atm (≈ 400 ppm), constante de Henry K_H = 3,3 × 10⁻² mol·L⁻¹·atm⁻¹ e Ka₁ = 4,3 × 10⁻⁷, estime o pH da chuva em equilíbrio com CO₂ usando [H⁺] ≈ √(Ka₁·K_H·pCO₂).

• ❌ A) pH ≈ 7,0. O valor neutro não corresponde ao cálculo de H⁺ indicado para água em equilíbrio com CO₂.
• ❌ B) pH ≈ 6,0. É próximo de uma estimativa qualitativa, mas não é o resultado obtido ao aplicar os valores fornecidos.
• ❌ C) pH ≈ 4,5. O cálculo com os dados da questão não indica acidez tão elevada.
• ❌ D) pH ≈ 8,5. Um valor alcalino não corresponde à presença de ácido carbônico em equilíbrio com CO₂.
• ✅ E) pH ≈ −log₁₀√(4,3 × 10⁻⁷ · 3,3 × 10⁻² · 3,7 × 10⁻⁴) ≈ 5,64, ou cerca de 5,6. Substituindo os valores, obtém-se [H⁺] ≈ 2,29 × 10⁻⁶ mol/L e, portanto, pH ≈ 5,64.

Gabarito: E. Primeiro calcula-se a concentração de H⁺ pela expressão fornecida; depois, aplica-se pH = −log₁₀[H⁺]. Vale pedir que a turma registre as etapas e as unidades para não confundir concentração com pH.

7. A fotólise de NO₂ e a reação subsequente com O₂ formam ozônio troposférico. Dadas as etapas (1) NO₂ + hν → NO + O(³P) e (2) O(³P) + O₂ + M → O₃ + M, escreva a equação líquida que representa a formação de O₃ a partir de NO₂.

• ❌ A) NO₂ + O₃ → NO + O₂. Coloca O₃ como reagente, embora a questão trate de sua formação como produto.
• ❌ B) 2 NO₂ + O₂ → 2 NO + O₃. Não corresponde à soma das duas etapas fornecidas e apresenta estequiometria inadequada.
• ✅ C) NO₂ + O₂ → NO + O₃. Ao somar as etapas, o átomo O(³P) e o terceiro corpo M são intermediário e participante cancelados na equação líquida.
• ❌ D) NO₂ + 2 O₂ → NO + O₃. Inclui uma molécula de O₂ a mais em relação às etapas apresentadas.
• ❌ E) NO₂ + NO → O₃ + O₂. Inclui NO como reagente, embora ele seja produto da fotólise indicada.

Gabarito: C. Ao somar as duas reações, o átomo de oxigênio produzido na primeira etapa é consumido na segunda. O M participa da colisão, mas aparece dos dois lados e não permanece na equação líquida.

8. Escreva as equações balanceadas que descrevem a fotólise de NO₂ e a sequência que forma ozônio troposférico a partir de NO₂ e O₂, considerando M como terceiro corpo, e apresente a reação líquida.

• ❌ A) NO₂ + hν + O₃ → NO + O₂. A fotólise indicada gera um átomo de oxigênio livre; não consome ozônio dessa maneira.
• ❌ B) NO₂ + O₃ → NO₂ + hν. Essa expressão não representa a formação de O atômico nem a etapa de produção de O₃.
• ❌ C) NO₂ + O₂ → NO + O₃. Apresenta apenas uma reação global e deixa de registrar as etapas de fotólise e combinação exigidas no enunciado.
• ✅ D) NO₂ + hν → NO + O; O + O₂ + M → O₃ + M; reação líquida: NO₂ + O₂ + hν → NO + O₃. A primeira etapa libera O por fotólise; na segunda, O reage com O₂ na presença de M. Somadas, as espécies intermediárias se cancelam.
• ❌ E) NO + O₂ + M → NO₃ + M. Essa reação não descreve a sequência fornecida nem a formação de ozônio a partir da fotólise de NO₂.

Gabarito: D. O aluno precisa identificar a função da luz na fotólise, reconhecer o oxigênio atômico como intermediário e obter a equação líquida pela soma das etapas. A equação global registra também a energia luminosa envolvida.

Próximos passos

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