Atividades de Transformações de materiais para a 3ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho Transformações de materiais com a 3ª série do Ensino Médio, procuro aproximar as ideias de conservação e mudança de situações experimentais que a turma consegue analisar: água aquecida em recipiente fechado, dissolução de sal e formação de gás numa reação. Nesses exemplos, a pergunta não é apenas o que mudou de aparência, mas o que acontece com a matéria e com a energia no sistema.

Também reservo espaço para os cálculos. A conservação da massa em uma reação e a relação entre quantidade de matéria, energia e massa molar exigem procedimentos diferentes, embora façam parte do mesmo tema. As questões a seguir permitem retomar os conceitos, identificar raciocínios incompletos e conversar sobre a importância de definir se o sistema está aberto ou fechado.

O que o aluno de 3ª série precisa saber sobre Transformações de materiais

O aluno precisa distinguir transformações físicas, como a vaporização da água e a dissolução de sal, de transformações químicas, nas quais reagentes dão origem a novas substâncias. Em ambos os casos, a matéria não desaparece: num sistema fechado, a massa total permanece constante, mesmo que mudem o estado físico, a aparência ou a composição química. Em reações, os átomos se reorganizam; por isso, é preciso considerar todos os reagentes e produtos, inclusive gases que podem não ser visíveis. A massa de um produto pode ser calculada somando as massas dos reagentes quando a reação descrita é completa e não há outros produtos. Na decomposição do carbonato de cálcio, além de aplicar a proporção estequiométrica para obter a massa de óxido de cálcio, o estudante relaciona a quantidade em mol à energia absorvida. Já na combustão do metano, calcula a entalpia da reação com os valores de entalpia de formação e interpreta o sinal negativo como liberação de energia. Em todos esses casos, observar o sistema e organizar os dados é essencial.

O que ele precisa saber antes

As questões mobilizam conhecimentos que vale retomar antes da avaliação: conservação da massa, diferenças entre mudanças de estado físico e reações químicas, dissolução de substâncias e leitura de sistemas fechados. Para os itens quantitativos, são necessários cálculo de quantidade de matéria a partir da massa molar, proporções estequiométricas e interpretação de uma equação química. A questão sobre combustão também pressupõe conhecer entalpia de formação e usar a relação entre entalpia dos produtos e dos reagentes. Não é preciso apresentar tudo como uma lista de fórmulas; posso recuperar cada ideia com um exemplo curto e pedir que a turma identifique quais informações serão usadas.

Onde os alunos mais erram

Um equívoco recorrente nestes itens é tratar mudança de estado ou formação de gás como perda ou criação de massa. Na vaporização, por exemplo, pode parecer que a água “sumiu”, embora o vapor continue dentro do recipiente vedado. Na reação entre vinagre e bicarbonato, o gás produzido pode dar a impressão de que surgiu matéria do nada; num frasco tampado, ele continua fazendo parte do sistema. Outro raciocínio incompleto é considerar somente a massa do carbono ou do oxigênio ao calcular a massa de dióxido de carbono, deixando de somar todos os reagentes que formam o produto. Também é importante diferenciar conservação da massa de leis que tratam de proporções entre compostos ou de equilíbrio químico. Nos cálculos de decomposição, o erro indicado é usar a energia por mol sem considerar quantos mols correspondem à amostra. Na entalpia, confundir os valores de formação ou inverter a subtração pode levar a um resultado incorreto. Em cada caso, vale pedir que expliquem o que entrou, o que saiu e qual relação matemática foi aplicada.

Como trabalhar em sala

• Comece pelo sistema: apresente exemplos de recipientes abertos e fechados e peça que a turma indique se pode haver entrada ou saída de matéria. Isso prepara a leitura dos enunciados sem antecipar a resposta.
• Compare aparência e quantidade: use a dissolução de sal em água como ponto de partida para discutir o que deixa de ser visível e o que continua no sistema. Os estudantes podem registrar observações e separar mudança de aparência de perda de matéria.
• Represente os reagentes e produtos: ao revisar a formação de CO₂ ou a combustão do metano, organize no quadro os nomes e as fórmulas das substâncias. Pergunte quais reagentes participam e quais produtos se formam antes de propor contas de massa.
• Modele um cálculo por etapas: para a decomposição do CaCO₃, mostre como passar de gramas para mol, usar a relação da equação e calcular energia e massa do produto. Depois, proponha que a turma confira unidades e ordem de grandeza.
• Feche com justificativas: peça que os alunos expliquem por que um distrator parece plausível e qual detalhe do enunciado o invalida. Essa conversa ajuda a avaliar o raciocínio, além de marcar a alternativa correta.

Questões prontas de Transformações de materiais para a 3ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

Use os itens como revisão, atividade individual ou ponto de partida para uma discussão coletiva. Em todos, observar as condições do sistema é parte importante da resolução.

1. Massa da água após o aquecimento

Em uma atividade de laboratório, uma estudante colocou 10,0 g de água em um recipiente rígido, fechado e resistente ao aquecimento. Após aquecer o recipiente, observou que parte da água havia passado ao estado de vapor, mas o sistema permaneceu vedado. Considere desprezível qualquer troca de matéria com o ambiente. Como se compara a massa total do sistema antes e depois?

• ❌ A) Desaparece, pois a mudança de estado destrói a matéria. A vaporização é uma mudança física e não destrói a água.
• ❌ B) Aumenta, pois o aquecimento provoca expansão da água. A expansão pode alterar o volume, mas não cria massa.
• ❌ C) Varia, pois depende da temperatura final. A temperatura pode mudar propriedades, mas não a massa total de um sistema fechado sem troca de matéria.
• ✅ D) Permanece igual, pois não há troca de matéria com o ambiente. A água líquida e o vapor ficam no recipiente; a massa total segue 10,0 g.
• ❌ E) Diminui, pois parte da água se transforma em vapor. O vapor não deixa o recipiente vedado, portanto não há perda de matéria.

Gabarito: D. O estado físico muda, mas toda a matéria permanece no sistema fechado.

2. Massa de dióxido de carbono formado

Em um recipiente fechado, 12 g de carbono reagem completamente com 32 g de gás oxigênio. O único produto formado é CO₂, que permanece dentro do recipiente. Qual é a massa de dióxido de carbono ao final?

• ❌ A) 56 g, pois a reação aumenta a massa total. Reações químicas não aumentam a massa total do sistema fechado.
• ❌ B) 32 g, pois corresponde à massa do oxigênio. Essa alternativa ignora o carbono incorporado ao produto.
• ✅ C) 44 g, pois a massa dos reagentes é conservada. Somamos 12 g + 32 g, obtendo 44 g de produto.
• ❌ D) 24 g, pois a massa deve ser dividida entre os átomos. A conservação considera a massa total, não essa divisão.
• ❌ E) 12 g, pois corresponde à massa do carbono. Também é preciso contabilizar o oxigênio que forma o CO₂.

Gabarito: C. Como a reação é completa e há um único produto, a massa do CO₂ corresponde à soma das massas dos reagentes.

3. Lei observada na queima do carbono

Ao queimar 12 g de carbono em excesso de oxigênio, forma-se dióxido de carbono. Considerando um sistema fechado, qual lei é verificada nessa transformação química?

• ❌ A) Lei das proporções múltiplas. Ela compara proporções em diferentes compostos formados pelos mesmos elementos, não expressa a conservação da massa.
• ❌ B) Lei de Avogadro. Relaciona volumes de gases em condições iguais de temperatura e pressão.
• ✅ C) Lei da conservação da massa. Em um sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à dos produtos.
• ❌ D) Princípio de Le Chatelier. Trata do deslocamento de equilíbrio químico, não da conservação da massa.
• ❌ E) Lei da diluição de soluções. Refere-se a concentração e volume de soluções, não à transformação descrita.

Gabarito: C. O enunciado destaca o sistema fechado e a comparação entre massa de reagentes e produtos.

4. Dissolução de sal em sistema fechado

Ao dissolver 10 g de sal em água, em um sistema fechado, qual grandeza química permanece constante durante a dissolução?

• ✅ A) A massa total do sistema. Nada entra nem sai do sistema fechado, mesmo que o sal se dissolva.
• ❌ B) A quantidade de sal sólido visível. O sal pode deixar de ser visível porque está dissolvido, mas continua no sistema.
• ❌ C) A cor da solução. A aparência pode mudar e não é a grandeza cuja conservação está sendo avaliada.
• ❌ D) O volume sempre dobra. O volume pode variar, mas não há razão para afirmar que necessariamente dobra.
• ❌ E) A temperatura não pode mudar. A dissolução pode liberar ou absorver calor, então a temperatura não é necessariamente constante.

Gabarito: A. A massa total permanece constante; aparência, temperatura e volume não são garantidos como invariáveis.

5. Conservação na combustão do metano

Na combustão completa do metano em um recipiente fechado, qual afirmação representa corretamente a conservação observada no sistema?

• ❌ A) A massa diminui porque parte do carbono vira energia. Os átomos se reorganizam; a massa total do sistema fechado se conserva.
• ❌ B) O número de moléculas permanece igual antes e depois. A quantidade de moléculas pode mudar numa reação química.
• ✅ C) A massa total se conserva, embora as substâncias finais sejam diferentes. Os reagentes formam produtos sem perda de massa do sistema.
• ❌ D) O oxigênio desaparece sem formar produtos. Ele participa da formação de CO₂ e H₂O.
• ❌ E) A energia química é destruída e não aparece em outra forma. A energia pode se transformar, por exemplo, em calor e luz.

Gabarito: C. A identidade das substâncias muda, mas isso não significa que a massa total desapareça.

6. Vinagre e bicarbonato em frasco tampado

Na reação entre vinagre e bicarbonato em um frasco tampado, o que pode ser previsto corretamente sobre o sistema?

• ❌ A) A massa total aumenta porque surge gás novo do nada. O gás se forma a partir dos reagentes, não do nada.
• ✅ B) A massa total permanece constante, apesar da formação de gás. No frasco tampado, o gás continua dentro do sistema.
• ❌ C) O volume dos reagentes é sempre maior que o dos produtos. O volume pode mudar e não há essa regra universal no enunciado.
• ❌ D) O vinagre deixa de existir antes de reagir. Ele participa da reação; não desaparece antes dela.
• ❌ E) O bicarbonato vira energia e não matéria. Ele participa de uma transformação que forma novas substâncias, incluindo CO₂.

Gabarito: B. A produção de gás não altera a massa total enquanto a matéria permanece no frasco fechado.

7. Decomposição térmica do calcário

A decomposição térmica do calcário é representada por CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g), com ΔH = +178 kJ·mol⁻¹. Se 10,0 g de CaCO₃ forem totalmente decompostos, calcule (a) a energia mínima consumida e (b) a massa de CaO formada. Massas molares: CaCO₃ = 100,09 g·mol⁻¹; CaO = 56,08 g·mol⁻¹.

• ❌ A) Energia = 100 kJ; massa de CaO = 10 g. Esses valores não resultam da quantidade de mols da amostra nem da proporção estequiométrica.
• ✅ B) Energia = 17,8 kJ absorvidos; massa de CaO = 5,61 g. n(CaCO₃) = 10,0/100,09 = 0,0999 mol; energia = 0,0999 × 178 = 17,8 kJ; massa de CaO = 0,0999 × 56,08 = 5,61 g.
• ❌ C) Energia = 12,0 kJ; massa de CaO = 4,00 g. Os valores não correspondem à quantidade de matéria calculada para 10,0 g.
• ❌ D) Energia = 17,8 kJ; massa de CaO = 2,00 g. A energia coincide, mas a massa de CaO não respeita a relação de 1 mol de CaO para 1 mol de CaCO₃.
• ❌ E) Energia = 25,5 kJ; massa de CaO = 8,00 g. Ambos os resultados estão acima dos valores obtidos com os mols da amostra e as massas molares dadas.

Gabarito: B. A etapa decisiva é converter a amostra em mol antes de aplicar a energia molar e calcular a massa do produto. Como ΔH é positivo, a decomposição absorve energia.

8. Entalpia da combustão do metano

Dados de ΔHf° (kJ·mol⁻¹): CH₄(g) = −74,8; CO₂(g) = −393,5; H₂O(l) = −285,8. Calcule ΔH° para a combustão: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l).

• ✅ A) ΔH° = −8,90 × 10² kJ (aproximadamente −890 kJ). Aplicando ΔH° = ΣΔHf°(produtos) − ΣΔHf°(reagentes): [−393,5 + 2(−285,8)] − [−74,8] = −890,3 kJ.
• ❌ B) ΔH° = −400 kJ. Esse valor subestima a energia liberada e não corresponde à soma dos dados fornecidos.
• ❌ C) ΔH° = −1200 kJ. É mais negativo do que o resultado obtido pela relação entre produtos e reagentes.
• ❌ D) ΔH° = −500 kJ. O cálculo não considera corretamente todos os valores de entalpia de formação da equação.
• ❌ E) ΔH° = 0 kJ. A soma das entalpias dadas não se anula; o cálculo resulta em valor negativo.

Gabarito: A. É preciso multiplicar a entalpia de formação da água pelo coeficiente 2 e subtrair a soma dos reagentes. O valor negativo indica liberação de energia na reação.

Próximos passos

Depois da correção, posso pedir que a turma classifique cada item pelo conceito principal: sistema fechado, conservação da massa, transformação química ou cálculo energético. Para ampliar a prática, consulte também as questões da habilidade EM13CNT101. Se quiser montar uma avaliação com itens selecionados para sua turma, experimente o gerador de provas do GeraProva e faça seu cadastro grátis.

As questões deste material podem apoiar sua revisão e seu planejamento; adapte a aplicação ao percurso da sua turma e confira sempre se os exemplos dialogam com o que foi trabalhado em aula.