Quimica 1° EM Vol 4

GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1
QUANTIDADE DE MATÉRIA E SUA UNIDADE (MOL)
Exercícios em sala de aula
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1. massa de arroz . 0,020 g . 1000 g . X . 1000 g x 1grão . X . 50000 grãosnúmerodegrãosdearroz 1grão X 0,020g
Assim, em 1 kg de arroz, tem-se cerca de 50 000 grãos de arroz.
2. Os alunos podem apresentar os nomes que quiserem para a unidade de quantidade de grãos. São apresentados alguns exemplos: Nome da unidade: batoque símbolo: Bt Nome da unidade: sacada ______símbolo: scd 3. “Assim como em uma dúzia (1 dz) temos 12 unidades, em um batoque (1 Bt) temos 50 000 grãos”. Ou “Assim como em uma dúzia (1 dz) temos 12 unidades, em uma sacada (1 scd) temos 50 000 grãos”. 4. massa de arroz 1kg 5 kg
.. . X . 5Bt
quantidade de grãos de arroz 1Bt X
quantidade de grãos de arroz . 1Bt . 5Bt . X . 50000 grãos x 5 Bt . X . 250000 grãosnúmero de grãos de arroz 50000 grão X 1Bt
ou, simplesmente 5 x 50 000 = 250 000 grãos
5. massa de arroz . 1kg . X . X . 10kgquantidade de grãos de arroz 1Bt 10 Bt
1
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6. Número de grãos 50 000 Quantidade de grãos em unidade (___) 1 Massa de arroz 1000 g 500 000 100 000 2 10 10 kg ou 10 000 g 2 kg ou 2000 g 5 000 0,1 100 g ou 0,1 K g 600 000 12 12 kg ou 12000 g
7. Se 1 Bt de feijão equivale a 50000 grãos de feijão, então, em 3 Bt de feijão têm-se: 3 x 50 000 = 150 000 grãos de feijão 8. massa de milho . 0,15 g . X . X . 7500 gnúmero de grãos de milho 1grão 50000 grãos
Sabendo que 50 000 grãos de milho equivalem a 7 500 g, pode-se dizer também que 1Bt de milho equivale a 7 500 g. Desta forma em 5 Bt de milho, têm-se: 5 x 7 500 = 37 500 g de milho ou 37,5 kg de milho.
9. 2 Bt de feijão equivalem a: 2 x 50 000 = 100 000 grãos de feijão Como 1 grão de feijão tem massa 0,40 g, então, 100 000 grãos de feijão terão: 100 000 x 0,40 = 40 000 g ou 40 kg 5 Bt de milho equivalem a: 5 x 50 000 = 250 000 grãos de milho Como 1 grão de milho tem massa 0,15 g, então, 250 000 grãos de milho terão: 250 000 x 0,15 = 37500 g ou 37,5 kg Assim, 2 Bt de feijão têm massa maior do que 5 Bt de milho. Exercícios em sala de aula
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1. Três ideias principais devem ser contempladas neste resumo: mol é a unidade de quantidade de matéria que foi estabelecida tendo como padrão o número de átomos de carbono contidos em 12,0 g de carbono; esta unidade equivale a 6 × 1023 GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
partículas e pode ser usada para representar quantidades de quaisquer espécies químicas.
2. O quadro pode ser completado assim: Unidade de quantidade de grãos Unidade de quantidade de matéria Nome da unidade Batoque Mol Símbolo da unidade Bt Mol Massa de material tomada como padrão 1 kg de arroz 12,0 g de carbono Número de partículas nessa porção de matéria 50 000 grãos de arroz 6 × 1023 átomos de carbono
3. O quadro pode ser completado assim: Fórmula da substância CaCO3 Massa molecular (massa de 1 partícula da substância) 40 + 12 + 3 × 16 = 100 u Massa molar (massa de 1 mol de partículas da substância) 100 g/mol Massas de diferentes quantidades de matéria 2 mol = 200 g Fe2O3 2 x 56 + 3 × 16 = 160 u 160 g/mol 0,5 mol = 80 g NaCl 23 + 35,5 = 58,5 u 58,5 g/mol 4 mol = 234 g CH4 12 + 4 × 1 = 16 u 16 g/mol 0,1 mol = 1,6 g C2H5OH 2 × 12 + 6 × 1 + 16 = 46 u 46 g/mol 20 mol = 920 g
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4. O quadro pode ser completado assim: Número de partículas (átomos, partículas e outros) Quantidade de matéria (mol) Massa (g) 6,0 . 1023 1 mol de O2 32 g 12,0 × 1023 ou 1,2 × 1024 2 mol de O2 64 g 12,0 × 1023 ou 1,2 × 1024 2 mol de C 24 g 18,0 . 1023 ou 1,8 × 1024 3 mol de C 36 g 12,0 × 1023 ou 1,2 × 1024 2 mol de Fe 112 g
LIÇÃO DE CASA Página 8
1. A massa molar da água é 18 g/mol. A massa molecular representa a massa de uma única partícula e a massa molar representa a massa de 1 mol de partículas. 2. Em 56 g de ferro existe 1 mol de átomos de ferro, ou seja, 6 x 1023 átomos de ferro. 3. X = 56 g . 2,8 g . X . 6,0.10 23 átomos . 2,8 g . X . 3,0 .1022 átomos de ferro 6,0 .1023 átomos X 56 g Outra maneira de resolver a questão é observar que, como a massa de ferro contida no prego é vinte vezes menor que a massa de 1 mol (56/2,8 = 20), o número de átomos será vinte vezes menor (6,0 . 1023 / 20 = 3,0 × 1022 átomos).
4. Massa molar do CO2 = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol Como 1 mol de CO2 tem massa de 44 g, então, em 22 g dessa substância tem-se 0,5 mol, o que equivale a 3 × 1023 partículas de CO2. Nesta quantidade de partículas de CO2 tem-se 3 × 1023 átomos de C e 6 × 1023 átomos de O. GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2
PREVISÃO DAS QUANTIDADES DE REAGENTES E DE PRODUTOS NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS
Exercícios em sala de aula
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1. A tabela a seguir está preenchida corretamente. 2 H2(g) + O2(g) . 2 H2O(g) Nome das substâncias hidrogênio oxigênio água Quantidade de matéria em mol 2 mol 1 mol 2 mol
2. a) Para que a quantidade de matéria de água aumente 4 vezes, as quantidades das substâncias hidrogênio e oxigênio necessárias para formar 8 mol de água deverão ser quatro vezes maiores, portanto, serão necessários 8 mol de H2 e 4 mol de O2. b) Ao aumentar 3 vezes a quantidade de matéria de gás hidrogênio, a quantidade de gás oxigênio necessária será de 3 mol e a de água formada será de 6 mol, também 3 vezes maior. c) A massa de 6 mol de água será: M H O)( 2 . 162 1. . 18. g mol/ g mol 18 1 . X mol6 . X . 6 mol 1 18. g g108.
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3. a) Como a proporção entre carvão (C) e dióxido de carbono (CO2) na combustão completa é de 1:1, a quantidade de matéria, em mol, de carvão, será de 0,5 mol. b) A massa de carvão consumida será de: 1 mol . 0,5 mol . x . 0,5 mol .12 g . 6,0 g ou12 gx 1 mol
0,5 mol equivale à metade da massa de 1 mol de carbono (12/2), portanto, será de 6,0 g.
Questões para análise do experimento
Página 13
1. A 1a transformação deve ser descartada pois é a única que não forma água. 2. a) A proporção em mol (coeficientes estequiométricos da equação) entre NaHCO3 e Na2CO3 na 2ª possibilidade é 2:1, ou seja, a quantidade de matéria de carbonato de sódio formado é a metade da quantidade de matéria do hidrogenocarbonato decomposto. b) Como a massa molar do NaHCO3 é de 84 g/mol, a quantidade de matéria de 1,5 g de NaHCO3 será: c) Como a quantidade de matéria de Na2CO3 formado é a metade da quantidade de matéria do hidrogenocarbonato de sódio decomposto, então, deve-se formar 0,90 × 10-2 mol ou 9,0 × 10-3 mol de carbonato de sódio (Na2CO3) a partir de 1,8 × 10-2 molde bicarbonato de sódio. A seguir, a tabela corretamente preenchida referente à 2ª possibilidade:
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2a possibilidade de reação
Página 13
2 NaHCO3(s) . Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) a 2 mol 1 mol b e c 1,8 × 10-2mol 0,90 × 10-2 mol
3. a) A proporção em mol (coeficientes estequiométricos da equação) entre NaHCO3 e Na2O na 2a possibilidade é 2:1, ou seja, a quantidade de matéria de sólido formado é a metade da quantidade de matéria do bicarbonato decomposto. b) A resposta é igual à questão 2b. c) Como a quantidade de matéria de sólido formado é a metade da quantidade de matéria do bicarbonato de sódio decomposto, então, deve-se formar 0,90 × 10-2mol ou 9,0 × 10-3 mol de óxido de sódio (Na2O) a partir de 1,8 × 10-2 mol de bicarbonato de sódio. A seguir, a tabela corretamente preenchida referente à 3ª possibilidade: 3a possibilidade de reação
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2 NaHCO3 (s) . Na2O (s) + 2CO2 (g) + H2O (g) a 2 mol 1 mol b e c 1,8 × 10-2mol 0,90 × 10-2 mol
4. Cálculo da massa de Na2CO3: GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
Cálculo da massa de Na2O:
Pela massa obtida experimentalmente (0,90 g), a conclusão a que se pode chegar é que a transformação química ocorrida é a que leva à formação do carbonato de sódio, Na2CO3, pois o valor previsto teoricamente na segunda possibilidade é o que mais se aproxima do resultado experimental obtido.
Exercícios em sala de aula
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1. Levando em consideração a proporção em mol e em massa, tem-se a tabela preenchida corretamente: 2 Fe2O3(s) + 6 C(s) + 3 O2(g) . 4 Fe(l) + 6 CO2(g) óxido de ferro III carvão oxigênio ferro dióxido de carbono Proporção em mol entre C e Fe 6 mol 4 mol Proporção em 6 mol× 4 mol × massa entre C e Fe 12 g/mol 56 g/mol 72 g 224 g Massa de C necessária para produzir x 1,0 t 1 t de Fe
massa de Fe massa de C . t x g g 10224 72 . . t g tgx 0,32 224 1,072 ... 8
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2. Algumas considerações podem ser feitas sobre a diferença entre os valores teórico e real: • A combustão do carvão, além de fornecer o reagente CO, que irá interagir com o minério, também fornece a energia necessária para ocorrer a transformação. • O carvão não contém apenas carbono (C), pois nele existem impurezas e umidade e o rendimento da reação depende da pureza dos reagentes envolvidos. • O consumo de carvão depende também de fatores técnicos envolvidos na construção do alto-forno e no controle do processo siderúrgico. Por exemplo, o forno pode perder calor para o meio, a distribuição do calor ao longo do alto-forno pode não ocorrer de maneira adequada. 3. Como 318 g de minério calcosita é o dobro da massa de 1 mol desse composto, a massa dos outros componentes também será o dobro, como pode-se observar na tabela a seguir: Cu2S(s) + O2(g) . 2 Cu(l) + SO2(g) Proporção em mol 1 mol 2 mol 1 mol Proporção em massa 159 g 127 g 64,0 g Massa de Cu e massa de SO2 formadas a partir de 318g de calcosita 318 g x y
massa de Cu2 S . 159 g . 318 g . x . 318 g .127 g . 254 gmassa de Cu 127 gx 159 g
massa de Cu2 S . 159 g . 318 g . y . 64,0 g .318 g . 128 gmassa de SO2 64,0 gy 159 g
LIÇÃO DE CASA Página 17
1. Calculando as massas molares M(CaCO3) = 40 + 12 + 3 × 16 = 100 g/mol. M(CaO) = 40 + 16 = 56 g/mol. 9
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massa de CaCO3 . 100 g . 300 g . x . 168 g
massa de CaO 56 gx
CaCO3(s) . CaO(s) + CO2(g) 1 mol 1 mol 1 mol 100 g 56 g 300 g x
Outra maneira de resolver essa questão é perceber que a massa que o CaCO3 triplicou e, portanto, a massa de CaO deverá ser o triplo, ou seja, 3 × 56 = 168 g.
2. a) A proporção em mol de Na2SO3 e SO2 é de 1:1, assim, quando são consumidos 0,60 mol de Na2SO3, são produzidos 0,60 mol de SO2. b) Como 1 mol de partículas de SO2 contem 6,0 × 1023 partículas, 0,60 mol equivale a 3,6 . 1023 partículas. número de partículas quantida de dematéria . partículas mol 236,0 10 1 . . x nol960 . x . 233,6 10. partículas Desafio! Página 18
As massas de carvão e de minério (óxido de ferro III) utilizadas em uma indústria siderúrgica que produz diariamente 1,35 × 104 t de ferro-gusa estão calculadas a seguir e tem seus valores apresentados na tabela:
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2 Fe2O3(s) + 6 C(s) + 3 O2(g) . 4 Fe(s) + 6 CO2(g) Óxido de ferro III carvão oxigênio Ferro dióxido de carbono Proporção em mol 2 mol 6 mol 4 mol Proporção em massa 2 mol . 160 g/mol = 320 g 6 mol . 12 g/mol = 72g 4 mol. 56 g/mol = 224 g 1,93 × 104 t 4,34 × 103 t 1,35 × 104 t
massa Fe2O3 . 320 g . X . X . 1,93 .104 t(valorteórico)
massa Fe 224 g 1,35 .104 t massa C . 72 g . X . X . 72 g .1,35 .104 t . 4,34 .103 t(valorteórico)
massa Fe 224 g 1,35 .104 t 224 g
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3
ENERGIA LIBERADA OU ABSORVIDA NAS TRANSFORMAÇÕES
Questões para análise do experimento
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1. Essa transformação pode ser classificada como exotérmica, pois a temperatura aumentou, devido a liberação de energia térmica. 2. O gás formado na transformação do alumínio com hidróxido de sódio é o gás hidrogênio (H2). 3. A densidade da solução expressa uma relação entre sua massa e volume: d . massa da solução . 1,2 g . x . x . 12 gvolume da solução 1mL 10 mL
A massa de 10 mL de solução é de 12 g, pois a densidade é de 1,2 g/mL.
4. a) Como 1 g de solução de NaOH necessita 1,0 cal para a temperatura subir 1ºC e como a temperatura aumentou 20 ºC, pode-se calcular, primeiro, a energia necessária para que a temperatura aumente em 20 ºC, considerando-se a massa de 1 g de solução: 1ºC ------1 cal 20ºC --------x
x = 20 cal/1 g de solução para um aumento de temperatura de 20 ºC. b) Como a energia absorvida por 1 g de solução é de 20 cal, a energia absorvida por 12 g da solução é de 240 cal.
1 g ------20 cal 12 g -------- y
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y = 240 cal
5. a) Como 1 g de vidro necessita 0,2 cal para a temperatura subir 1ºC e como a temperatura aumentou 20ºC, calcula-se inicialmente a energia necessária para que a temperatura aumente em 20ºC, considerando-se a massa de 1 g de vidro: 1ºC ------0,2 cal 20ºC -------- x
x = 4 cal/1 g de vidro para um aumento de temperatura de 20 ºC. b) Como o tubo de ensaio tem massa igual a 20 g, a parte da energia liberada nareação que foi absorvida de vidro é de 80 cal.
1 g ------4 cal 20 g -------- y
y = 80 cal
6. A energia liberada pela reação de 0,09 g de alumínio com 10,0 mL de solução de hidróxido de sódio é de 320 cal (240 + 80), desprezando as perdas para o ambiente. 7. Quando 0,09 g de alumínio reage com solução de hidróxido de sódio há liberação de 320 cal, pode-se calcular a energia liberada por 1 mol de alumínio: 0,09 g--------------------320 cal 27 g (1mol)---------------x cal x = 96,0 kcal/mol de Al LIÇÃO DE CASA Página 22
1. A energia liberada por 4 mol de alumínio na reação do experimento é de 384 kcal (4 × 96). 2. Como é possível perceber, a energia é três vezes menor do que o valor de energia liberada ma reação de 1 mol de Al. Assim, a massa de Al que deve ser utilizada para GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
32 kcal é de 9g, um número três vezes menor que a massa de um mol de Al. Desta maneira pode-se evidenciar a proporcionalidade entre massa e energia numa transformação química.
3. A soda cáustica (hidróxido de sódio) não deve ser guardada em recipiente de alumínio, pois o recipiente sofrerá corrosão, consumindo parte da soda cáustica, danificando o recipiente, além de liberar grande quantidade de gás hidrogênio, que é um material explosivo e inflamável. Aprendendo a Aprender
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Os alunos terão a oportunidade de conhecer o valor energético do leite e interpretar rótulos de alimentos. Os valores energéticos para uma porção de 200 mL de leite podem variar de acordo com sua composição. Por exemplo, numa embalagem que apresente o valor de 118 kcal para uma porção de 200 mL de leite, o valor energético em joules é de 493 kJ.
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SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4
IMPACTOS SOCIAIS E AMBIENTAIS DECORRENTES DA EXTRAÇÃO DE MATÉRIAS–PRIMAS E DA PRODUÇÃO DE FERRO, COBRE E OUTROS METAIS
Questão para análise de texto
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1. Resposta pessoal do aluno. Os quadros podem ser completados como os exemplos a seguir: a) GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
b)
LIÇÃO DE CASA Página 28
1. Resposta pessoal do aluno. Espera-se que o aluno consiga relacionar a degradação do Pico do Cauê com a exploração de minério de ferro na região, elaborando um texto coerente e criativo. 2. Resposta pessoal do aluno. Espera-se que o aluno elabore um texto coerente sobre o que foi aprendido até o momento, que reconheça que Itabira faz parte da região do quadrilátero Ferrífero (MG), na qual há grande exploração de minério de ferro, podendo apresentar dados de produção da região. GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
VOCÊ APRENDEU? Página 28
1. Alternativa c. Como a massa molar de CO é de 28 g/mol, a quantidade de matéria, em mol, de 3,4 . 10-2 g de monóxido de carbono será de 1,2 . 10-3 mol. massa quantida de matéria . g mol 28 1 . x 23,4 10.. g . x 31,2 10... mol 2.
a) A resolução pode ser realizada como mostra a tabela a seguir:
2 Al2O3(s) + 3 C(s) . 3 CO2(g) + 4 Al(s) 2 mol 3 mol 2 . 102 g/mol = 204 g 3 mol 408 g 6 mol
ou da seguinte maneira: 102 g de Al2O3 408 g de Al2O3
.. X . 4 mol
1 mol de Al2O3 X
e
2 mol de Al2O34 mol de Al2O3
.. X . 6 mol
3 mol de CO2 X b) Como a massa molar do Al2O3 é 102 g/mol, em 816 g há 8 mol de Al2O3. Portanto, a partir de 8 mol de Al2O3 são obtidos 16 mols de Al, ou seja, 432 g.
2 Al2O3(s) + 3 C(s) . 3 CO2(g) + 4 Al (s) 2 mol 4 mol 8 mol 16 mol 816 g 432 g
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3. Alternativa e. Resposta: em 552 g de etanol existem 12 mol de etanol (massa molar de 46 g/mol) e como a energia liberada pela combustão do etanol é de 326 kcal /mol, a energia liberada na queima de 12 mol será 3912 kcal ou 3,9 . 103 kcal. 4. Alternativa c. Lembrando que 1 t = 106 g, pode-se calcular as quantidades de matéria de cada substância: Ácido Sulfúrico: 98 g .5,0 x 106 x 106 g. x . 5,0 x 106 x 106g x 1mol . 5,0 x 1010mol
1mol x 98g
Amônia:
17 g .1,2 x 106 x 106 g. y . 1,2 x 106 x 106g x 1mol . 7,0 x 1010mol
1mol y 17g
Soda cáustica:
40g . 1,0 x 106 x 106 g. z . 1,0 x 106 x 106 g x 1mol. 2,5 x 1010 mol1 mol z 40g
Portanto, a ordem decrescente em quantidade de matéria é NH3 > H2SO4 > NaOH.
5. Resposta d. Como a proporção é de 40 g de MgO para 64 g de SO2, a proporção em toneladas é a mesma, assim: MgO SO2 40 t----------------64 t x ---------------- 9,6 . 103 t x = 6,0 . 103 t 6. Alternativa e. Al2(SO4)3 Ca(OH)2 342 t ------------- 3 . 74 t 17 t----------------- x x = 11 t 7. Massas Molares: CO = 28 g/mol; Fe = 56 g/mol; C = 12 g/mol • Cálculo da massa de CO necessária: CO (g) Fe (s) 3 . 28 g ------- 2 . 56 g x -------- 1,0 . 106 g x = 7,5 . 105 g de CO
• Cálculo da massa de C necessária: GABARITO Caderno do Aluno Química – 1a série – Volume 4
C (s) CO (g) 2 x 12 g -------------- 2 x 28 g y ----------------------7,5 . 105 gy . 3,2 . 105 g = 3,2 x 102 kg de carvão (C) Portanto, a massa de carvão necessária para produzir 1,0 t de ferro é de 3,2 x 102 kg.
8. a) C3H8 (g) + 5 O2 (g). 4H2O (g) + 3CO2 (g) b) Como a proporção entre a quantidade de matéria de água produzida e a de propano utilizada é 4 vezes maior, a partir de 4 mol de propano, serão formados 16 mol de água. Como a massa molar da água é de 18 g/mol, teremos 288 g de água formados. 18 g deH 2O . X . X . 288 g
1 mol de H 2O 16 mol de H 2O
c) 6,0.1023 partículas de C3 H8 . 12,0.1023 partículas de C3 H8 . X . 264 g3 . 44 g de CO2 X
9. 2 Fe2O3(s) + 6 C(s) + 3 O2(g) . 4 Fe(l) + 6 CO2(g) 2 × 160 g 4 × 56 g 100 kg X
320 g Fe2O3 . 100 kg Fe2O3 . x . 70,0 kg224gFe x
Assim, a partir de 100 kg de óxido de ferro III é possível obter 70 kg de ferro.
10. Como esta questão trata da energia liberada em um experimento, os valores obtidos podem apresentar variações. Partindo dos resultados experimentais apresentados anteriormente a título de exemplo (Situação de Aprendizagem 3), pode-se considerar a seguinte resolução: Como a energia liberada na reação de 1 mol de Al é de 96,0 kcal (conforme questão 7, Situação de Aprendizagem 3), a energia envolvida na reação de 2 mol de Al mostrada na equação química a seguir, é de 192 kcal. 2 NaOH(aq) + 2 Al(s) + 6 H2O(l) . 2 NaAl(OH)4 (aq) + 3 H2(g) + 192 kcal.