Atividades de Composição do ar e poluição para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quem ensina Química na 1ª série do Ensino Médio sabe como o tema composição do ar e poluição costuma aparecer logo no início do ano, quase sempre misturado com o que o aluno viu no Ensino Fundamental sobre meio ambiente. Na prática, o desafio é separar o que é composição do ar, que é um dado fixo, do que é poluição, que muda conforme a fonte e o lugar. Quando essa separação não fica clara, as respostas vêm todas misturadas.

Neste texto eu reuno o que costuma funcionar em sala, os erros que aparecem com mais frequência nas provas e oito questões prontas, com gabarito comentado, para você usar ou adaptar. Tudo segue a habilidade EM13CNT307, que trata de avaliar as implicações de aspectos da química no ambiente e na saúde.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Composição do ar e poluição

O ar que respiramos é uma mistura de gases. Em volume, o ar seco ao nível do mar tem cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e aproximadamente 0,93% de argônio, além de traços de dióxido de carbono, em torno de 0,04%. Esses valores são médias e devem ser apresentados como aproximações, porque variam um pouco com altitude e temperatura. O ponto central é que o nitrogênio e o oxigênio são os dois gases majoritários, e que o CO2, embora pequeno em proporção, tem papel importante no clima.

A poluição entra quando a composição muda por ação humana ou natural. Gases como os óxidos de nitrogênio (NOx) e o dióxido de enxofre (SO2), liberados principalmente pela queima de combustíveis fósseis, são os poluentes que mais aparecem nas questões. Eles reagem com água e oxigênio na atmosfera e formam ácidos, que caem com a chuva. Esse é o mecanismo da chuva ácida, e é justamente ele que o aluno precisa conseguir explicar com as próprias palavras.

O que ele precisa saber antes

Os pré-requisitos mais citados nas questões são o conceito de gás poluente, a noção de reação de oxidação e a ideia de fração molar e pressão parcial. Sem o conceito de gás poluente bem assentado, o aluno tende a tratar todo gás como igualmente perigoso. Sem reação de oxidação, fica difícil entender por que o SO2 vira um ácido no ar. E sem frações molares, a conta da pressão parcial do oxigênio vira um chute.

Vale fazer uma revisão rápida dessas três ideias antes de entrar nas porcentagens da composição do ar. Dez minutos de conversa com a turma já resolvem boa parte da confusão.

Onde os alunos mais erram

O erro que mais aparece é confundir os diferentes óxidos. Muitos alunos escolhem o dióxido de carbono como causador da chuva ácida, provavelmente porque é o gás mais falado no noticiário sobre clima. O raciocínio por trás do erro é lógico: se o CO2 é vilão do aquecimento global, ele também deveria ser vilão da chuva ácida. Só que a acidificação da chuva depende de gases que formam ácidos fortes ao reagir, como NOx e SO2, e não do CO2 em si.

O segundo erro típico está nas porcentagens da composição do ar. Como o oxigênio é o gás que mais importa para a vida, alguns alunos imaginam que ele seja a maior parte da atmosfera, e assim trocam os valores de nitrogênio e oxigênio. Outros chutam percentuais muito altos para gases minoritários, como argônio. Nesses casos, pedir para o aluno lembrar que o ar é majoritariamente nitrogênio costuma resolver a questão.

Na parte de cálculo de pressão parcial, o erro clássico é usar a fração molar como se fosse a própria pressão, ou seja, esquecer de multiplicar pela pressão total. Por isso, o distrator mais provável nessas questões costuma ser a resposta que apenas repete a fração molar.

Como trabalhar em sala

1. Mapa de gases com lápis e papel. Peça que a turma desenhe uma barra dividida em 100 partes e preencha com as porcentagens do ar seco. Depois, peça que marquem onde estão os poluentes, sem ultrapassar o total. Isso ajuda a visualizar que poluente é uma fração mínima, mas que pode ter efeito grande.

2. Cadeia de causa e efeito da chuva ácida. Em uma folha, os alunos escrevem a sequência: queima de combustível, liberação de SO2 e NOx, reação com água e oxigênio, formação de ácido, queda da chuva. Eles precisam preencher cada etapa com uma frase própria. É uma atividade rápida e expõe exatamente onde o raciocínio trava.

3. Discussão com o dia a dia. Pergunte o que acontece com o ar de uma cidade em dia de muito trânsito. A resposta costuma aparecer sem esforço, e a partir dela você introduz óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis.

4. Conta de pressão parcial em dupla. Um aluno calcula e o outro confere, passo a passo, com a fração molar e a pressão total. Isso reduz o erro de confundir fração com pressão.

5. Comparação entre fontes. Peça que a turma compare a queima de gás natural com a de carvão e discuta quais poluentes aparecem em cada caso. Não precisa de material caro, só do quadro e de um pouco de conversa.

Questões prontas de Composição do ar e poluição para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

Questão 1: gás relacionado à chuva ácida

Em um dia de muita emissão de veículos, qual gás do ar urbano é diretamente relacionado à formação de chuva ácida?

• ❌ A) A fumaça de torrefação de café é a principal responsável pela chuva ácida. — Torrefação de café não é uma fonte relevante de poluentes ácidos.
• ✅ B) Óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre, que originam ácidos na atmosfera. — NOx e SO2 reagem com água e oxidantes, formando ácidos que acidificam a chuva.
• ❌ C) Os óxidos de carbono são os principais precursores da chuva ácida. — Óxidos de carbono não formam ácidos na atmosfera como NOx e SO2.
• ❌ D) Os compostos de silicone são a causa principal da chuva ácida em áreas urbanas. — Silicone não está relacionado à formação de chuva ácida; os culpados são outros gases.
• ❌ E) Os vapores de água presentes na atmosfera contribuem para a chuva ácida. — Vapor d'água não é responsável por chuva ácida; os causadores são NOx e SO2.

Esta questão testa a diferença entre os tipos de óxido. O distrator C é o mais provável, justamente pelo erro de associar qualquer óxido de carbono à acidificação.

Questão 2: substância de combustíveis fósseis ligada à chuva ácida

Qual substância presente em combustíveis fósseis está relacionada à formação de chuva ácida quando liberada na atmosfera e oxidada?

• ✅ A) Enxofre, na forma de compostos como SO2 — O dióxido de enxofre é oxidado no ar e pode formar ácidos que acidificam a chuva.
• ❌ B) Dióxido de carbono (CO2) — Não é diretamente responsável por chuvas ácidas, mesmo quando queimado.
• ❌ C) Metano (CH4) — Não se relaciona com a chuva ácida, mas sim com o efeito estufa.
• ❌ D) Nitrogênio (N2) — Inerte na atmosfera, não participa da formação de chuva ácida.
• ❌ E) Oxigênio (O2) — Componente essencial da combustão, mas não cria chuva ácida em sua forma pura.

Aqui o distrator B aparece com frequência, porque o aluno associa combustão diretamente ao CO2 e esquece o enxofre presente no combustível.

Questão 3: frações do ar seco

Indique, por volume, as principais frações do ar seco: porcentagens aproximadas de N2, O2, Ar e CO2.

• ❌ A) ˜80% N2; 10% O2; 5% Ar; 5% CO2 — Valores não válidos para a composição do ar, principalmente com O2 muito baixo.
• ✅ B) ˜78% N2; 21% O2; 0,93% Ar; 0,04% CO2 (por volume). — Composição do ar seco por fração molar/volumétrica ao nível do mar: nitrogênio ˜78%, oxigênio ˜21%, argônio ˜0,93% e dióxido de carbono ˜0,04%; valores médios observados.
• ❌ C) ˜90% N2; 5% O2; 3% Ar; 2% CO2 — Os valores são totalmente fictícios e não correspondem à composição do ar atmosférico.
• ❌ D) ˜75% N2; 20% O2; 4% Ar; 1% CO2 — Essas frações não refletem as proporções corretas de gases no ar seco.
• ❌ E) ˜50% N2; 40% O2; 5% Ar; 5% CO2 — Os percentuais estão completamente errados, não representam a composição real do ar.

O distrator A é o mais provável, pois exige memorização da proporção correta. Vale insistir que o nitrogênio é majoritário.

Questão 4: massa de SO2 em uma camada de ar

Uma camada de ar contendo 1,00×10^9 m³ tem concentração de SO2 de 200 ppb (v/v). Admitindo 1 mol de gás = 24,0 L e massa molar SO2 = 64,07 g·mol?¹, qual a massa aproximada de SO2 presente (g)?

• ❌ A) ˜2,50×10^5 g de SO2; a massa molar foi subestimada. — A massa molar utilizada foi correta; erro nos cálculos finais.
• ✅ B) ˜5,34×10^5 g (˜534 kg). — 1,00×10^9 m³ = 1,00×10^12 L; molaridade do ar = 1,00×10^12/24 = 4,1667×10^10 mol; mols de SO2 = 4,1667×10^10 × 200×10^-9 = 8,333×10^3 mol; massa = 8,333×10^3 × 64,07 ≈ 5,34×10^5 g.
• ❌ C) ˜1,00×10^6 g de SO2; usando 1 mol = 22,4 L. — Cálculo incorreto; o volume molar do gás em condições normais é 24,0 L.
• ❌ D) ˜5,00×10^3 g de SO2, com alta concentração na camada de ar. — Cálculo errado; valor da concentração foi mal interpretado.
• ❌ E) ˜1,00×10^7 g de SO2; baseado apenas no volume da camada. — Esse valor é exorbitante e não condiz com a concentração dada.

Esta é uma questão de desafio. O erro típico está em inverter a relação entre volume e massa, e o distrator A aparece quando o aluno esquece de converter as unidades.

Questão 5: porcentagem de oxigênio no ar seco

Qual a porcentagem aproximada de oxigênio (O2) no ar seco atmosférico, em volume (v/v)?

• ✅ A) ˜20,95% (v/v) de O2 no ar seco. — Composição média do ar seco ao nível do mar: N2 ˜78,08%, O2 ˜20,95%, Ar ˜0,93%, CO2 ˜0,04%; portanto O2 corresponde a aproximadamente 20,95% em volume.
• ❌ B) ˜10% de O2 no ar seco. — Erro factual; a porcentagem é significativamente maior que 10%.
• ❌ C) O ar seco tem 40,95% de O2. — Valor absoluto incorreto; O2 é cerca de 21% em volume.
• ❌ D) ˜30% de O2 no ambiente. — Composição do ar seco não chega a esse percentual.
• ❌ E) O ar seco é composto só por N2 e O2. — O ar também contém argônio e outros gases em menores quantidades.

O distrator B é o mais provável, porque muitos alunos subestimam o oxigênio ao pensar nele apenas como gás de respiração.

Questão 6: porcentagens de N2, O2 e Ar

Indique as porcentagens aproximadas em volume de N2, O2 e Ar no ar seco atual (valores em %).

• ❌ A) N2 ˜ 21%, O2 ˜ 78%, Ar ˜ 0,93%. — Erros nas porcentagens invertendo N2 e O2, levando a dados totalmente incorretos.
• ❌ B) N2 ˜ 70%, O2 ˜ 20%, Ar ˜ 10%. — Argônio é um gás em traço; dados totalmente errados sobre suas proporções.
• ✅ C) N2 ˜ 78%, O2 ˜ 21%, Ar ˜ 0,93%. — Medições atmosféricas mostram que o ar seco é composto majoritariamente por nitrogênio (~78%) e oxigênio (~21%); argônio é um gás nobre traço (~0,93%). O CO2 é traço (~0,04% ou ˜410 ppm) e não integra as três maiores frações.
• ❌ D) N2 ˜ 50%, O2 ˜ 30%, Ar ˜ 20%. — Distribuição das porcentagens não condiz com medições atmosféricas.
• ❌ E) N2 ˜ 90%, O2 ˜ 5%, Ar ˜ 4%. — Valores absurdamente errados, pois não refletem a composição real do ar seco.

O distrator A aparece quando o aluno inverte nitrogênio e oxigênio, um erro comum para quem está começando.

Questão 7: pressão parcial do O2

A fração molar de O2 no ar seco é aproximadamente 0,2095. Em uma atmosfera total de 1,00 atm, qual é a pressão parcial do O2 (em atm)?

• ❌ A) 0,500 atm — A fração molar não deve ser igual à pressão total; cálculo incorreto.
• ❌ B) 0,4095 atm — Mistura errada dos valores; não segue a relação da fração molar e pressão total.
• ❌ C) 0,095 atm — Erro conceitual na multiplicação; a fração molar não pode resultar em uma pressão parcial menor.
• ✅ D) 0,2095 atm — Pressão parcial calculada por P_O2 = x_O2 · P_total = 0,2095 · 1,00 atm = 0,2095 atm.
• ❌ E) 1,000 atm — Pressão total e fração molar confundidas; P_O2 não pode ser igual à P_total.

O distrator B é o mais provável, porque o aluno mistura operações e não aplica a relação entre fração e pressão total.

Questão 8: impacto da queima de gás natural

Imagine que uma fábrica de alimentos utiliza gás natural (CH4) como fonte de energia. Qual é o impacto da queima deste gás na composição do ar e como isso pode afetar a saúde pública?

• ❌ A) Aumenta apenas o CO2 no ar. — Além do CO2, também são liberados outros compostos nocivos.
• ❌ B) Produz apenas água e energia. — A queima do CH4 também produz poluentes como NOx.
• ✅ C) Libera CO2 e pode gerar poluentes secundários. — Os poluentes como NOx e compostos orgânicos voláteis afetam a saúde pública.
• ❌ D) Não afeta a saúde pública. — Os poluentes gerados podem impactar negativamente a saúde.
• ❌ E) Aumenta a qualidade do ar. — A queima de CH4 pode, na verdade, reduzir a qualidade do ar.

O distrator A é o mais provável, porque o aluno enxerga apenas o CO2 e ignora os demais produtos da combustão.

Próximos passos

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