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Física e Química Exercícios

Questões Globalizantes

Física

QUESTÕES GLOBALIZANTES

1.

DO GPS À DESCRIÇÃO DO MOVIMENTO O Sistema Global de Posicionamento (global position system) compreende 24 satélites, cada um de apenas 5 m de comprimento, em órbita a uma altitude de cerca de 20 000 km. Pode ser usado para determinar a posição de um objeto com uma incerteza de cerca de 10 metros. Os satélites do sistema possuem relógios atómicos e os recetores relógios de quartzo, devendo ambos os relógios estar sincronizados. Cada satélite transporta um relógio atómico de alta precisão, cujo tempo é transmitido continuamente por meio de ondas de rádio. Num dado local, um recetor de GPS deteta o sinal enviado e determina a distância que os separa, isto é, satélite e recetor, a partir do conhecimento do tempo de viagem do sinal. Por triangulação do sinal de três satélites, determina a posição do recetor.

Triangulação do sinal de três satélites.

1.1.

O sistema de GPS tem múltiplas aplicações na vida quotidiana.

1.1.1. Refira duas aplicações do sistema de GPS. 1.1.2. Determine o tempo que o sinal emitido por um satélite, que está na vertical do recetor, demora a ser detetado por este. 1.2.

Os gráficos posição-tempo são uma forma eficaz de descrever o movimento de um corpo num dado intervalo de tempo. x/m O gráfico mostra como variou a posição de uma partícula no intervalo de tempo [0 ; 10] s.

50

Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras ou falsas. Justifique.

25

(A) No intervalo de tempo [0 ; 10] s, o deslocamento foi nulo. 0

2

4

6

(B) O módulo da velocidade em t = 2 s é menor que no Gráfico posição-tempo. instante t = 4 s.

8

10

t/s

(C) Podemos concluir que a trajetória da partícula é curvilínea. (D) A partícula iniciou o movimento no ponto escolhido para origem da trajetória. (E) A partícula moveu-se sempre no sentido positivo da trajetória. (F) O espaço percorrido pela partícula no intervalo de tempo [0 ; 10] s foi zero metros. (G) O instante t = 4 s representa o momento em que a partícula inverteu o sentido do movimento. (H) No intervalo de tempo ]6 ;10[ s, o valor da velocidade pode ser considerado constante.

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1.3.

Seguidamente, apresentam-se os gráficos velocidade-tempo de cinco partículas, A, B, C, D e E. v/m s-1 (A) (B) (C) v/m s-1 (D) (E) v/m s-1 v/m s-1 v/m s-1 v0

t1

v0

v0

t/s t1

v0

t1

t/s

t2 t/s

v0 t1

t/s

t1

t/s

v2

Gráficos velocidade-tempo.

1.3.1. Utilizando as letras A, B, C, D e E, identifique uma partícula para a qual até ao instante t1… 1.3.1.1. … o movimento é acelerado. 1.3.1.2. … o movimento é retardado no sentido negativo da trajetória. 1.3.1.3. … a resultante das forças não se manteve constante. 1.3.1.4. … a resultante das forças tem sentido contrário à velocidade. 1.3.2. A partícula E encontrava-se na posição 20 m no instante inicial. Admita que para essa partícula vo = 10 m s-1, v2 = -20 m s-1, t1 = 5 s e t2 = 15 s. 1.3.2.1. Determine a posição da partícula E no instante t = 15 s. 1.3.2.2. Escreva a equação x = x(t) para o intervalo de tempo [0;10[ s e recorrendo a máquina gráfica faça um esboço do gráfico traduzido pela equação. Transcreva-o e identifique as coordenadas dos pontos que considere mais significativos. 1.4.

A força gravítica é fundamental na descrição do movimento de corpos que viajam pelo espaço. Considere um corpo de massa 100,0 kg que se encontra à superfície da Terra.

1.4.1. Caracterize a força gravítica a que o corpo está submetido. 1.4.2. Admita que corpo de massa 100,0 kg faz duas viagens interplanetárias. 1.a viagem " é transportado para um planeta X com as seguintes características: mX = 2 mTerra e rX = 2 rTerra 2.a viagem " vai a um planeta Y com as seguintes características: 1 mY = mTerra e rY = rTerra 2 Considere as seguintes afirmações: I. A força gravítica a que o corpo fica submetido no planeta Y é mais intensa do que aquela a que fica submetido no X. II. A força gravítica a que o corpo fica submetido à superfície da Terra é menos intensa do que aquela a que fica submetido no Y. III. Em X e Y, a força gravítica a que o corpo fica submetido tem a mesma intensidade. IV. A força gravítica a que o corpo fica submetido à superfície da Terra é mais intensa do que aquela a que fica submetido no X. Das opções seguintes, selecione a única verdadeira. Justifique a sua escolha. (A) Só a afirmação I é verdadeira. (B) As afirmações I e IV são verdadeiras. (C) As afirmações I e IV são falsas. (D) Só a afirmação IV é falsa. 88

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1.5.

Para determinar o valor da aceleração gravítica (g) num local à superfície da Terra, um grupo de alunos utilizou uma montagem similar à que se representa na figura.

Esfera de raio bem definido Célula A

Célula B

Montagem experimental para determinar a aceleração gravítica local (representação esquemática adaptada do Exame Nacional de 2010 – 2.a Fase).

Digitímetro

Largando a esfera, de raio 1,50 cm, sempre da mesma altura relativamente à célula A, os alunos repetiram a experiência três vezes e leram no digitímetro os tempos de passagem da esfera nas células A e B. Tempo de passagem Tempo de passagem na célula A/ms na célula B/ms 98,72

13,00

98,58

13,41

98,45

13,18

1.5.1. Determine o maior desvio na medição do tempo de passagem da esfera na célula A, expresso em unidades SI. 1.5.2. O intervalo de tempo médio que a esfera demorou entre as células A e B foi 0,2151 segundos. Determine o valor da aceleração gravítica no local em que foi realizada a experiência. Apresente todas as etapas de resolução. 1.5.3. Explique por que motivo nesta determinação experimental não é adequado utilizar o cronómetro para a medição dos tempos.

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2.

MOVIMENTO DE PLANETAS E EM TORNO DELES Johannes Kepler (1571-1630) enunciou três leis para o movimento dos planetas em torno do Sol. Na tabela seguinte encontram-se informações de três planetas do nosso Sistema Solar. Planeta

Mercúrio

Terra

Júpiter

Massa/kg

3,29 * 1023

5,97 * 1024

1,90 * 1027

Raio médio do planeta/km

2440

6378

71 492

Distância média do planeta ao Sol/m

5,7 * 1010

1,5 * 1011

7,8 * 1011

Período de rotação

58,65 dias

23,9 horas

9,9 horas

Período de translação

87,97 dias

365,2 dias

11,86 anos terrestres

Algumas características físicas de três planetas.

Dados relativos ao Sol: Massa = 2 * 1030 kg; Raio = 6,96 * 105 km 2.1.

Mercúrio é o planeta mais próximo do Sol. A distância entre eles pode ser representada por dSM.

2.1.1. A massa do Sol (M) é cerca de 6,0 * 106 vezes maior do que a massa de Mercúrio (m). Selecione a opção que traduz a expressão do módulo da força gravítica a que Mercúrio está sujeito devido ao Sol. (A) Fg = 6 * 106 * G (C) Fg = G

M2 d2SM

M2 r2S

(B) Fg = 6 * 106 * G

m2 d2SM

(D) Fg = 6 * 106 * G

M2 r2M

2.1.2. Caracterize a resultante das forças que atua em Mercúrio. 2.2.

Os satélites estacionários da Terra chamam-se geoestacionários. Admita que satélites estacionários de Júpiter se virão a designar “Júpiter-estacionários”.

2.2.1. Refira as características do movimento de um satélite para que possa ser considerado estacionário em relação a Júpiter. 2.2.2. Determine o valor da velocidade orbital de Júpiter. Apresente todas as etapas de resolução. 2.2.3. Identifique a aproximação feita (simplificação) ao resolver a alínea anterior. 2.3.

A figura seguinte representa o movimento da Terra em torno do Sol, não estando à escala.

A

Movimento da Terra em torno do Sol.

Tome atenção aos vetores da figura seguinte. d

a c

Vetores.

g e

f

h

b

Das opções seguintes, selecione a que contém, respetivamente, os vetores que podem representar a velocidade, a aceleração e a força centrípeta, relativamente à Terra na posição A. (A) a», c», d» (B) e», a», b» (C) e», a», a» (D) f», b», a» 90

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2.4.

Júpiter, representado na figura, tal como todos os outros planetas, tem movimento de rotação em torno do seu eixo imaginário. As partículas A, B e C localizam-se à superfície de Júpiter e a linha a tracejado representa o seu eixo imaginário. Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

A B

(A) A frequência do movimento de A é igual à de B.

C

(B) O valor da velocidade angular de A, B e C é igual. (C) O valor da velocidade angular de A é menor do que o de B.

Júpiter.

(D) O valor da velocidade linear de B é maior do que a de A. (E) O valor da aceleração centrípeta de B é menor do que o de C. (F) O período do movimento da partícula C é maior do que o da A e B. (G) A frequência do movimento de A é menor do que a de C. 2.5.

Na tabela que se segue encontram-se dados relativos a dois planetas do nosso sistema solar. Planeta

Massa/kg

Distância média ao Sol (milhões de quilómetros)

Raio/km

Marte

6,42 * 1023

3400

228

Saturno

5,70 * 1026

60000

1427

2.5.1. Admita que uma caixa de massa 40,0 kg era colocada à superfície desses dois planetas. Em qual dos planetas, Marte ou Saturno, a caixa ficaria submetida a uma forma gravítica mais intensa? Fundamente a sua resposta. 2.5.2. Se a caixa de 40,0 kg, quando nas proximidades de Marte, for levada da posição X para a posição Y, a intensidade da força gravitacional… X rM

Y 2rM

Marte.

Selecione a opção que completa a frase anterior. (A) … diminui quatro vezes. (B) … aumenta para o dobro. (C) … reduz-se para metade. (D) … aumenta quatro vezes.

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2.6.

O Hubble é um satélite astronómico artificial não tripulado que transporta um grande telescópio para luz visível e infravermelha. Foi lançado pela NASA, em abril de 1990, a bordo de um vaivém. Tem massa 11 110 kg e orbita em torno da Terra a uma altitude constante de 589 km.

Telescópio espacial Hubble.

2.6.1. Caracterize a aceleração gravítica à altitude a que orbita o Telescópio Espacial Hubble. Apresente todas as etapas de resolução. 2.6.2. Determine o período orbital do telescópio, expresso em horas. 2.6.3. Tendo em conta a situação descrita, selecione o conjunto de gráficos que melhor traduz o valor da força gravítica e da velocidade em função do tempo, durante a sua órbita em torno da Terra. (A)

(B)

Fg

(C)

Fg

Fg

Fg

t

t

v

t

t

t

v

v

(D)

v

t

t

t

Gráfico força gravítica-tempo e velocidade-tempo.

2.7.

Admita que a Lua descreve uma órbita circular de raio rL em torno da Terra. Selecione, das opções seguintes, aquela onde está corretamente representada a força resultante F»r sobre o satélite e a sua velocidade v». Fr

(A)

(B)

(C) Fr

Fr

v v

Força resultante sobre o satélite e velocidade orbital.

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(D) v

v Fr = 0

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3.

COMBATE A INCÊNDIOS Segundo um jornal diário, muito embora a “época de fogos florestais” já tenha terminado no dia 15 de outubro, ocorreram hoje dois incêndios na área de intervenção dos Bombeiros de Canas de Senhorim… O segundo, em Carvalhal Redondo, consumiu 1 hectare de pinhal em resultado de mais uma queimada abandonada. Fomos alertados por volta das 19h00 e de imediato saíram para o local dois veículos (A e B) e 16 homens… Devido ao trânsito que havia a essa hora, os veículos dos bombeiros tiveram de ligar o “pirilampo luminoso” e acionar várias vezes a sirene.

3.1.

O gráfico seguinte traduz a variação da posição do veículo A dos bombeiros. A equação x = x (t) representa para o veículo B a variação da posição, nos primeiros seis segundos de movimento na estrada retilínea em que se localiza o quartel. Veículo B

Veículo A Veículo A

x/m

xB = 2,5 t2 (SI)

120

Gráfico posição-tempo.

0

3

6

t/s

3.1.1. Classifique o movimento dos veículos, A e B, no intervalo de tempo [0 ; 6[ s. 3.1.2. Dos gráficos, A, B, C e D, selecione a opção que melhor poderá traduzir o valor da velocidade de A e B, de [0 ; 6[ s. (A)

(B)

v/m s-1

(C)

v/m s-1 B

30

v/m s-1

30

20 10 0

A

20 B

10 6 t/s

30

30 A

20 A

(D) v/m s-1

0

10 6 t/s

10

B 0

A

20

6 t/s

B 0

6 t/s

Gráficos velocidade-tempo.

3.2.

No incêndio, um dos bombeiros segura a agulheta horizontalmente a uma altura de 150 cm do solo. Contudo, a pressão da água é reduzida e por isso não atinge a zona do fogo. Admita que cada gota de água se comporta como um projétil lançado na horizontal, com velocidade de valor de cerca de 40 m s–1. Despreze a resistência do ar.

Incêndio em pinhal.

Carro dos bombeiros.

3.2.1. Determine o alcance médio de cada uma das gotas de água que atinge o solo, considerando-o horizontal. © Edições ASA

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3.2.2. Determine, partindo de considerações energéticas, o valor da velocidade das gotas de água quando atingem o solo. 3.2.3. Admita que: – não era possível aumentar a pressão de saída do jato de água; – o bombeiro que segurava a agulheta estava junto à viatura e não podia aproximar-se mais do fogo. Que sugestão poderia ser dada ao bombeiro, para que o jato de água atingisse maior alcance. Fundamente a sua sugestão. 3.3.

“Devido ao trânsito que havia a essa hora, os carros dos bombeiros tiveram de ligar o “pirilampo luminoso” e acionar várias vezes a sirene.”

3.3.1. Classifique as ondas obtidas através da perturbação gerada pelo “pirilampo luminoso” e pela sirene, no ar, em mecânicas/eletromagnéticas e longitudinais/transversais. Justifique a classificação feita. 3.3.2. A velocidade do som no ar, a 20 °C, é 343 m s-1 e a equação que traduz a vibração de uma partícula de ar devido ao som emitido pela sirene é: x = 2,0 * 10-3 cos (2,0p * 103)t

(SI)

Selecione a alternativa correta. (A) A amplitude de vibração é 2,0 * 10-3 cm. (B) A frequência da vibração é 1000 Hz. (C) O período da vibração é 2,0 * 103 s. (D) O comprimento de onda da onda sonora é 2,0 * 10-3 m. 3.3.3. Se se pretendesse que a sirene emitisse um som mais grave e de maior intensidade deverse-ia utilizar uma fonte com… Selecione a alternativa que completa corretamente a afirmação anterior. (A) … maior amplitude e maior frequência. (B) … menor frequência e menor amplitude. (C) … menor frequência e maior amplitude. (D) … menor amplitude e maior frequência. 3.4.

Uma gota de água que cai verticalmente, ao fim de algum tempo de queda, atinge a velocidade terminal, ou seja, passa a mover-se verticalmente com velocidade constante. Também, o movimento de uma esfera que é solta no interior de um líquido viscoso (por exemplo, glicerina ou detergente da louça) é semelhante à da queda da gota de água, isto é, ao fim de algum tempo, atinge uma velocidade constante. No movimento da esfera no líquido, o valor da força de resistência do líquido (força de viscosidade: F»v ) é, em cada instante, diretamente proporcional ao valor da velocidade da esfera.

Líquido viscoso

Esfera

Movimento de uma esfera num líquido.

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O gráfico representa como variou o módulo do valor da velocidade de uma esfera de massa 50,0 g que foi solta no interior de um líquido viscoso. v/m s–1 0,15

Gráfico velocidade-tempo.

0

2,0

4,0

6,0

t/s

3.4.1. Faça uma estimativa da altura da coluna de líquido atravessada pela esfera. Justifique o valor apresentado. 3.4.2. Relativamente ao movimento da esfera no interior do líquido, fizeram-se várias afirmações. Classifique-as em verdadeiras (V) ou falsas (F), justificando. (A) Durante o movimento, só atua uma força na esfera. (B) No instante t = 4,0 s, o valor da força de viscosidade exercida pelo líquido na esfera é 0,500 N. (C) Durante o movimento da esfera no líquido é válida a Lei da inércia ou 1.a Lei de Newton. (D) No instante t = 1,0 s, o valor do peso da esfera é superior ao valor da força de viscosidade. (E) A força que constitui par ação-reação com a força de viscosidade está aplicada na base do recipiente. (F) Nos primeiros 3,0 s, o movimento é uniformemente acelerado. (G) A 2.a Lei de Newton não é válida nos primeiros 3,0 s de movimento. 3.4.3. No movimento do paraquedista, este num dado instante abre o paraquedas e ao tocar o solo flete as pernas. Estes dois factos contribuem, respetivamente, para… Selecione a alternativa que completa corretamente a afirmação anterior. (A) … diminuir o valor da velocidade de queda e para aumentar a força de impacto com o solo. (B) … aumentar a resistência do ar e para diminuir o intervalo de tempo de impacto com o solo. (C) … aumentar a resistência do ar e para aumentar o intervalo de tempo de impacto com o solo. (D) … aumentar o valor da velocidade de queda e para diminuir a força de impacto com o solo.

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4.

O FAROL DE LEÇA Há cem anos era desolador o panorama que a costa portuguesa apresentava nas proximidades do local onde se ergue hoje o Farol de Leça de acordo com as atas da Comissão dos Faróis e Balizas. O farol de Leça tem uma torre de 46 m e entrou em funcionamento a 15 de dezembro de 1926. Na parte superior, tem um varandim que se encontra a cerca de 40 m do solo e que permite uma observação privilegiada sobre o mar. Entre o varandim e o topo do farol há um aparelho ótico, sendo a fonte luminosa uma lâmpada de incandescência elétrica. Nessa época, a energia necessária à lâmpada era produzida através de geradores de indu- Farol de Leça. ção eletromagnética. Dada a evolução da tecnologia, em 1938 foi instalado um radiofarol, ou seja, uma estação transmissora especializada. Colocada numa posição geográfica fixa e precisamente conhecida, emite sinais de radiofrequência com um formato predeterminado, o que permite a estações de rádio móveis (terrestres, aéreas ou marítimas) fazer a sua identificação e determinar a sua posição relativa face ao ponto geográfico de emissão. Por volta de 1955, o farol foi equipado com um ascensor (elevador) para acesso ao varandim da torre e em 1964 foi ligado à rede elétrica de distribuição pública. Adaptado de www.marinha.pt/.../ra_mar2005/pag_35.html

4.1.

“A energia necessária à lâmpada era produzida através de geradores de indução eletromagnética.” Nos geradores de indução eletromagnética há campos elétricos e campos magnéticos.

4.1.1. Selecione a alternativa que completa corretamente a afirmação seguinte. Quando se coloca uma carga elétrica pontual, qo, num campo elétrico, a força elétrica (F»el) a que esta carga fica sujeita devido ao campo… »). (A) … tem sempre direção perpendicular ao vetor campo elétrico (E »), se a carga q for ne(B) … tem a mesma direção e sentido que o vetor campo elétrico (E o gativa. »), se a carga q for (C) … tem a mesma direção e sentido oposto ao vetor campo elétrico (E o

negativa. (D) … não depende da carga da carga de prova.

4.1.2. Dois ímanes iguais foram colocados sobre uma mesa, tal como mostra a figura. O ponto X localiza-se no ponto médio entre os ímanes. Ímanes.

N

S

X •

N

.

S

Dos vetores seguintes, selecione a opção que melhor representa o vetor campo magnético ») no ponto X, devido aos dois ímanes. (B (A) (B) (C) (D) Vetores de campo magnético.

| B| = 0

4.1.3. Escreva um texto no qual explique os contributos experimentais de Oërsted e Faraday para o desenvolvimento dos geradores de indução eletromagnética. 96

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4.2.

“Em 1938 foi instalado um radiofarol, ou seja, uma estação transmissora especializada, instalada numa posição geográfica fixa e precisamente conhecida, que emite sinais de radiofrequência.” Classifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as afirmações seguintes. (A) O espectro de radiofrequências é formado por radiações de elevada frequência. (B) As ondas de rádio não são radiação eletromagnética. (C) O primeiro cientista a produzir ondas de rádio a nível de laboratório foi Marconi. (D) As ondas de rádio têm comprimento de onda superior ao das micro-ondas. (E) As ondas de rádio não sofrem reflexão nem refração. (F) As ondas de rádio difratam-se mais que as micro-ondas ao encontrar obstáculos. (G) As micro-ondas são usadas nas transmissões por um satélite de comunicações, porque atravessam facilmente a atmosfera terrestre. (H) No vazio, as micro-ondas propagam-se a uma velocidade de 3,0 * 105 km/s e as ondas de rádio propagam-se a uma velocidade menor.

4.3.

O gráfico seguinte mostra o valor da velocidade de um ascensor (representado esquemeticamente abaixo) desde que arranca até que chega ao nível do varandim da torre, admitindo o referencial orientado do solo para o topo da torre. Cabo que suspende o elevador

v/m s–1 0,5

y

0

20

40

60

80

100

t/s


x

Ascensor.

4.3.1. Identifique um intervalo de tempo em que se verifica a 1.a Lei de Newton ou Lei da inércia. 4.3.2. Considerando que a origem do referencial coincide com o ponto de partida do elevador, para os intervalos de tempo, [0 ; 20[ s e ]20; 80[ s, a lei do movimento do elevador é, respetivamente: Selecione a opção correta. (A) x = 0,025 t2 e x = 5 + 0,5 (t2 - 20). (B) x = 0,0125 t2 e x = 5 + 0,5 (t - 20). (C) x = 0,025 t e x = 5 + 0,5 (t - 20). (D) x = 0,5 t + 0,0125 t2 e x = 5 + 0,025 (t - 20). 4.3.3. O elevador arranca no rés do chão e para junto ao varandim. Das alternativas seguintes, selecione a que completa corretamente a afirmação que se segue. De acordo com o gráfico, pode concluir-se que… (A) … o módulo da resultante das forças no arranque é igual ao módulo da resultante das forças na travagem. (B) … o módulo da resultante das forças no arranque é maior do que na travagem. (C) … o módulo da resultante das forças no arranque é metade do módulo da resultante das forças na travagem. (D) … o módulo da resultante das forças no arranque e na travagem é nulo.

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4.3.4. Admita que a cabina do elevador tem a massa de 680,0 kg e no seu interior estão duas pessoas, cada uma com massa 60,0 kg. Partindo da lei fundamental da dinâmica, determine a tensão no cabo que suspende o ascensor (elevador) nos instantes: t = 10 s e t = 50 s. Apresente todas as etapas de resolução. 4.4.

Dois alunos estavam no varandim do farol e travavam o seguinte diálogo: Aluno A: Desprezando a resistência do ar, se eu lançar horizontalmente um berlinde (I) e tu deixares cair simultaneamente, da mesma altura, outro berlinde (II), eles chegam ao solo (horizontal) no mesmo instante. Aluno B: Não, não pode ser! Então, não vez que, o berlinde que tu lanças tem uma dada velocidade inicial e o que eu deixo cair parte do repouso?

4.4.1. Partindo das leis do movimento, fundamente qual dos dois alunos (A ou B) está correto no raciocínio. 4.4.2. Para o berlinde lançado horizontalmente, desprezando a resistência do ar, o par de gráficos que pode traduzir o valor da componente horizontal e vertical da velocidade, vx e vy, respetivamente, é: Selecione a alternativa correta. (A)

(B)

(C)

Vx

Vx

t

t Vy

Vy

(D) Vx

Vx

Vy

Vy t

t

t

t

t

t

Gráficos vx = f(t) e vy = f(t).

4.5.

A luz emitida pela lâmpada atravessa o vidro da cúpula do farol para dar sinal aos barcos que se encontram no mar. Num dado instante, um feixe de luz incide no vidro, de espessura 1,0 cm, tal como mostra a figura. Raio incidente ar 1,0 cm

Trajeto de feixe luminoso.

nvidro = 1,50

ar

40°

θ1

θ2 θ 3

θ4

4.5.1. Das opções seguintes, selecione a que define de forma correta uma relação para as amplitudes dos ângulos q1, q2, q3 e q4. (A) q1 > 40°; q2 = q3 e menores que 50°; q1 = q4

(B) q1 = 50°; q2 < q3; q3 = q4

(C) q1 = 40°; q2 = q3 e menores que 50°; q4 = 40°

(D) q1 = 50°; q2 = q3 = q4 = 40°

4.5.2. Determine o valor mínimo da amplitude do ângulo q3 para que ocorresse reflexão total. 98

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4.6.

Com um osciloscópio, pretendeu-se medir a tensão nos terminais de uma lâmpada alimentada por uma fonte de tensão alternada. A primeira figura representa a escala horizontal e a segunda a escala vertical. Por fim, mostra-se o ecrã do osciloscópio ao fazer-se a medição.

A TIME / DIV ms 1

•5

2 5 10

1 •2 •

50

20

-5 -2

50

s

2

2

10 5 2 1

20 1

VOLTS / DIV

0,10 ms/div μs

-1

1

50

1

10

2 2 V/div

mV 20

5

5 5

2

Ecrã do osciloscópio.

4.6.1. Escreva o valor do período do sinal, tendo em atenção a incerteza de leitura associado ao valor medido. 4.6.2. Determine a tensão nos extremos da lâmpada, quando medida num voltímetro. Apresente todas as etapas de resolução. 4.6.3. Admita que ao realizar esta experiência, um grupo de alunos colocava a base de tempo na escala 0,50 ms/div. Nesta situação, podemos concluir que: Selecione a opção que completa corretamente a frase. (A) … o período do sinal medido diminuía. (B) … o período do sinal medido aumentava. (C) … o período do sinal medido não sofria variação. (D) … não podemos prever como variava o período do sinal.

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5.

NADA VEM DO NADA! O salto entre Aristóteles e Galileu foi considerável. Aristóteles pensava que a queda dos graves dependia da massa e que se operava a uma velocidade uniforme, Galileu mostrou, ao contrário, que a queda dos corpos não depende da massa (pelo menos no vazio!) e que a velocidade aumenta constantemente com o tempo de queda. O salto entre Galileu e Newton foi igualmente apreciável. Assim resumida, a história é cativante. Teriam sido precisos dois mil anos para descobrir a verdade e corrigir o erro inicial de Aristóteles! Infelizmente, isso é pura lenda. Galileu não abordou o problema como um pioneiro e o seu génio não sobreveio num oceano de ignorância milenar. Estas ideias andavam já no ar, sim, Galileu teve predecessores. Nada é criado espontaneamente, tanto nas ciências como nas outras áreas. Um pouco de Ciência para todos (adaptado), Claude Allégre, Gradiva

5.1.

Atendendo ao texto:

5.1.1. Explique o significado da frase: “O salto entre Aristóteles e Galileu foi considerável.” 5.1.2. Faça um esboço do gráfico velocidade-tempo para a queda dos graves, de acordo com Aristóteles e Galileu. 5.1.3. Transcreva uma frase que evidencie que a Ciência é um processo em construção. 5.2.

Um livro de divulgação científica refere que uma força é “qualquer influência que altera o estado de repouso ou de movimento com velocidade constante de um corpo numa linha reta”.

5.2.1. Será possível um corpo ter velocidade constante numa trajetória curvilínea? Fundamente a sua resposta. 5.2.2. Quando se aplica uma força a um corpo, as condições iniciais em que se encontra esse corpo (ter ou não velocidade) são fundamentais para prever a forma da sua trajetória, assim como o tipo movimento que passará a ter. Observe os esquemas, A, B e C, da figura seguinte. A

B

v0 ≠ 0

v0 ≠ 0 F

C F

v0 = 0 F

Atendendo aos esquemas, escreva um texto onde realce: – a forma da trajetória dos corpos em cada um dos esquemas A, B e C; – o(s) sentido(s) em que os corpos se moverão; – o modo como variará o valor da velocidade dos corpos em cada um dos esquemas. 5.3.

No esquema da figura seguinte, os corpos A e B, de igual massa, encontram-se em repouso e estão ligados por um fio inextensível de massa desprezável, sendo o módulo das forças F»1 e F»2 também são iguais, ou seja, |F»1| = |F»2|. O atrito é desprezável. A

B Fio

F1

Blocos ligados.

100

© Edições ASA

F2 20°

20° x

Física


5.3.1. Na situação descrita e tendo em atenção o esquema da figura anterior pode afirmar-se que: Selecione a opção correta. (A) O módulo da reação normal em A é igual ao módulo da reação normal em B. (B) O módulo da reação normal em A é maior do que o módulo da reação normal em B. (C) O módulo da reação normal em A é menor do que o módulo da reação normal em B. (D) O módulo da reação normal em A e B não são comparáveis. 5.3.2. Admita que se queima o fio que liga os corpos A e B. 5.3.2.1. Nestas condições, verifica-se que: Selecione a opção correta. (A) Os corpos A e B passam a mover-se no mesmo sentido. (B) Os corpos A e B permanecem em repouso. (C) Os corpos A e B passam a mover-se no mesmo sentido com acelerações de igual módulo, ou seja, |» aA| = |» aB|. (D) Os corpos A e B passam a mover-se com acelerações de igual módulo, ou seja, |» aA| = |» aB|. 5.3.2.2. Determine o valor da aceleração e da reação normal do bloco B, após o fio ter sido queimado, sabendo que a massa de A e de B é 4,0 kg e que |F»2| = 50 N. 5.4.

É devido à interação gravitacional ou gravitação que nos mantemos sentados numa cadeira ou que uma caixa se mantém em repouso sobre uma mesa.

5.4.1. Acerca das quatro interações fundamentais, podemos afirmar que: Selecione a afirmação correta. (A) A interação nuclear forte é menos intensa do que a interação eletromagnética. (B) A interação eletromagnética tem uma ordem de grandeza aproximadamente igual à interação gravitacional. (C) A interação eletrofraca resulta da unificação das interações eletromagnética e nuclear fraca. (D) Interação nuclear forte resulta do facto de as partículas terem massa. 5.4.2. “É a interação gravitacional que mantém uma caixa sobre uma mesa.”

F1

A caixa da figura tem massa 40,0 kg e está em repouso sobre a mesa. 5.4.2.1. Identifique o que representam as forças F»1 e F» .

CM

F2

2

5.4.2.2. Caracteriza a força que constitui par ação-reação com a força F»1. 5.5.

Um carrinho de brinquedo de massa 400,0 g, que se move a pilhas, desloca-se em linha reta com movimento uniformemente acelerado sobre uma superfície horizontal. t= 0 s

0

t=1 s

20

Caixa sobre a mesa.

t=2 s

t =3 s

80

180

x/cm

Uma fotografia estroboscópica regista a posição do carrinho segundo a segundo, tal como mostra a figura anterior. Em t = 0 s, o valor da velocidade do carrinho é nula. © Edições ASA

101

Física


5.5.1. Explique em que consiste uma fotografia estroboscópica. 5.5.2. Compare, justificando, a direção e sentido da velocidade e da resultante das forças que atuam no carrinho no instante t = 2 s. 5.5.3. Determine o módulo da resultante das forças que atuam no carrinho durante o movimento. Apresente todas a etapas de resolução. 5.5.4. Admita que a partir do instante t = 3 s, a resultante das forças que atuam no carrinho passou a ser nula até ao instante t = 6 s. Trace o gráfico velocidade-tempo para o movimento do carrinho no intervalo [0 ; 6[ s. Apresente todas as etapas de resolução. 5.6.

Um pequeno bloco de massa m desce um plano inclinado com velocidade constante.

5.6.1. Das afirmações seguintes, selecione a única alternativa correta.

θ

(A) Não há atrito entre o bloco e o plano e a reação nor- Movimento de um corpo no plano inclinado. mal tem a mesma intensidade que o peso do corpo. (B) Há atrito entre o bloco e o plano e a reação normal tem uma maior intensidade que o peso do corpo. (C) Há atrito entre o bloco e o plano e a reação normal tem intensidade inferior ao peso do corpo. (D) Não há atrito entre o bloco e o plano e a reação normal tem intensidade igual ao peso do corpo. 5.6.2. Admita que num dado instante a inclinação do plano inclinado foi alterada e o bloco passa a mover-se com movimento uniformemente variado. O gráfico seguinte traduz como variou o valor da velocidade em função do tempo, a partir desse instante até que atinge o plano horizontal. v/m s -1

0,8


0,2 0

3

t/s

5.6.2.1. Determine o espaço percorrido pelo bloco desde que passou a ter movimento uniformemente variado até que atinge o plano horizontal. 5.6.2.2. Selecione, das opções seguintes, a que permitirá caracterizar a resultante das forças que atua no bloco na descida do plano inclinado. (A) Fr =

102

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0,2 - 0,8 (N) e tem o sentido da velocidade. 3-0

(B) Fr = m *

0 - 0,8 (N)e tem sentido contrário à velocidade. 3-0

(C) Fr = m *

0,2 - 0,8 (N)e tem sentido contrário à velocidade. 3-0

(D) Fr = m *

0,2 - 0,8 (N)e tem o sentido da velocidade. 3-0

Física


6.

EM TORNO DA VELOCIDADE DO SOM Em certos dias de tempestade ouvimos trovões e observamos relâmpagos. Apesar de serem gerados no mesmo local e no mesmo instante, só ouvimos o trovão uns instantes depois de termos observado o relâmpago. Este acontecimento deve-se ao facto de a velocidade da luz no ar ser muito elevada, 3 * 105 km s-1, em comparação com a velocidade do som no mesmo meio, que é aproximadamente 340 m s-1. Atendendo ao valor da velocidade da luz, podemos considerar que a chegada da luz é praticamente instantânea.

Noite de trovoada.

No século XVII foram vários os cientistas que tentaram determinar o valor da velocidade do som. Entre eles, destaca-se Isaac Newton. Conta-se que colocou um ajudante a detonar um canhão e um outro a cerca de 20 km que media o tempo que decorria desde que teve a perceção do clarão e o instante em que ouviu o som. Com os valores obtidos, Newton calculou a velocidade do som, não tendo o valor encontrado grande significado uma vez que não foram considerados a densidade e a temperatura do ar. Cerca de século e meio mais tarde, o físico e matemático Pierre Simon Laplace descobriu o erro de Newton. Hoje, com medidas mais precisas, sabe-se que a velocidade do som no ar a 20 °C, é 343 m s-1. 6.1.

Determine a ordem de grandeza da razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade do som, a 20 °C.

6.2.

Atendendo ao texto, refira dois fatores de que depende a velocidade do som no ar.

6.3.

O som do trovão propaga-se desde o local em que é gerado até ao recetor. Explique como se processa a propagação do som no ar, desde a fonte até ao recetor.

6.4.

Os diapasões são dispositivos que ao serem percutidos geram sinais simples ou puros.

6.4.1. Explique o que entende por som simples ou puro. 6.4.2. Um diapasão quando percutido emite um som de frequência 440 Hz. Selecione dos gráficos seguintes o que traduz aproximadamente o período de oscilação de uma partícula do ar que se encontra junto ao diapasão a vibrar. (B)

4,54

t /ms

0

(unidades arbitrárias)


(A) y

y

0

(D)

y

2,27 0

t /ms


(C) (unidades arbitrárias)

t /ms

4,54

y

2,27

t /ms

0

Período de oscilação de uma partícula.

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103

Física


6.5.

Os sons podem ser descritos por duas características específicas: a intensidade e a altura. Observe as duas ondas sonoras sinusoidais representadas na figura seguinte, que se propagam no mesmo meio. A

t/s

B Ondas sonoras sinusoidais.

t/s

6.5.1. Justifique a afirmação: O comprimento de onda de A é maior que o comprimento de onda de B. 6.5.2. Compare, justificando, a intensidade do som A com a do som B. 6.6.

A velocidade do som no ar varia com a temperatura de acordo com a seguinte equação: vsom (ar) = (331 + 0,606 * q) sendo q a temperatura do ar, expressa em °C. Determine o comprimento de onda de uma onda sonora de frequência 1100 Hz, quando a temperatura do ar é 35 °C. Apresente todas as etapas de resolução.

6.7.

No gráfico seguinte encontra-se representada a velocidade do som em diferentes meios. vsom/m s–1 7000 6000 5000 4000 3000 2000

Velocidade do som em diferentes meios.

1000 0 Ar (15 °C)

Água do mar

Cobre

Ferro

Aço

Granito

Um som demora um intervalo de tempo Dt para percorrer um metro num bloco de granito. Determine a distância que percorrerá esse som, no mesmo intervalo de tempo, a propagar-se num tubo de cobre. Apresente todas a etapas de resolução. 6.8.

No laboratório há diferentes processos de determinar o valor da velocidade no ar. Um desses processos consiste em utilizar: – 2 microfones; – 1 placa de som de um computador.

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Física


Com o material referido, um grupo de alunos, numa das aulas laboratoriais, efetuou a seguinte montagem experimental, tendo ligado cada microfone a um canal.

d

B

A

Montagem experimental.

Mantendo a distância entre os microfones, A e B, fixa e igual a 2,00 metros, os alunos repetiram quatro vezes a experiência e mediram o intervalo de tempo que o som demorou a percorrer aquela distância.

Canal B

A figura ao lado mostra o resultado de uma medida obtida nos canais A e B, por este processo.

Canal A

Num dado instante, um dos alunos dá uma palmada na outra mão, em linha com os microfones A e B. O som é gravado nos dois canais por um programa de gravação, e os instantes de chegada do som a cada microfone são obtidos analisando-se o arquivo de áudio gerado. Deste modo, obtém-se o intervalo de tempo que o sinal demorou de um microfone ao outro.

Os resultados obtidos encontram-se registados na tabela. Ensaio

Intervalo de tempo/ms

1

5,71

2

5,97

3

5,45

4

5,60

0

4

8

12

16

20

Te mpo (ms)

Registo do som gravado nos dois canais da placa de som.

Intervalos de tempo medidos entre A e B.

6.8.1. Determine o valor da velocidade do som nas condições atmosféricas em que a experiência foi realizada. Apresente todas as etapas de resolução. 6.8.2. Refira uma razão para que as mãos ao darem a palmada devam estar alinhadas com os microfones. 6.8.3. Admita que o microfone B estava mais afastado do microfone A. Refira duas alterações que prevê ocorrerem na imagem obtida no ecrã do computador.

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Física


7.

DESCOBRINDO A RÁDIO Quando Heinrich Hertz iniciou o seu trabalho experimental na Universidade de Bona já conhecia o pensamento pioneiro do cientista britânico James Clerk Maxwell.

As ondas eletromagnéticas criam corrente elétrica no recetor e dão origem a faíscas entre as esferas.

As faíscas produzem ondas eletromagnéticas.

A bobina de

indução cria Em 1887 tudo mudou. Hertz construiu um oscialta voltagem. lador feito a partir de esferas metálicas polidas, cada uma ligada a uma bobina de indução. Estas esferas eram separadas ligeiramente e quando Hertz aplicava uma corrente elétrica às bobinas, as faíscas saltavam no intervalo entre as esferas. Era uma demonstração interessante, mas Adaptada de http://www.sparkmuseum.com. nada de particularmente novo para a altura.

No entanto, Hertz pensou que se as previsões de Maxwell estavam corretas, então cada faísca emitia ondas eletromagnéticas que deviam irradiar pelo laboratório. Para testar o seu pensamento, Hertz construiu um pequeno recetor que consistia num fio metálico no fim do qual se encontravam mais duas pequenas esferas, de novo ligeiramente separadas. Este recetor foi colocado a vários metros do oscilador. Com esta montagem, ocorreu a primeira transmissão e receção de ondas eletromagnéticas em laboratório. Foram precisos alguns anos até que esta ideia fosse aplicada na construção de um dispositivo capaz de transmitir uma mensagem. E = m c2 – As grandes ideias que moldaram o nosso mundo (adaptado), Pete Morre, FUBU Editores (2005)

7.1.

Explique qual foi o pensamento pioneiro de James Maxwell a que se refere o texto.

7.2.

Refira por que razão a experiência de Hertz pode ser considerada uma “das grandes ideias que moldaram o nosso mundo”.

7.3.

Selecione a opção que completa a afirmação seguinte. Com esta montagem experimental, Hertz gera em laboratório… (A) … ondas de rádio.

7.4.

(B) … micro-ondas. (C) … radiação infravermelha.

(D) … raios-X.

A comunicação de sinais a longas distâncias faz-se à custa de ondas eletromagnéticas.

7.4.1. A codificação de informação para transmitir ou armazenar pode ser feita de forma analógica ou digital. Classifique, justificando, o sinal representado na figura seguinte como digital ou anaSinal. lógico. 7.4.2. Refira uma vantagem dos sinais digitais relativamente aos sinais analógicos. 7.5.

A modulação de um sinal analógico consiste na alteração de pelo menos uma das características, ou seja, da frequência ou da amplitude, de uma onda designada portadora, pelo sinal que se pretende transmitir. Nas figuras seguintes encontram-se dois processos de modulação.

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Física


7.5.1. Faça a legenda da figura da direita indicando o que representam os números 1, 2 e 3.

B

A

(1)

(2)

(3)

Modulação.

7.5.2. Classifique, justificando, a modulação representada na figura da esquerda. 7.5.3. Refira uma vantagem da modulação FM relativamente à modulação AM. 7.6.

O microfone e o altifalante, usados em comunicações a curtas distâncias, são dois dispositivos elétricos que funcionam com base na indução eletromagnética.

7.6.1. Os esquemas (A e B) da figura mostram duas cargas elétricas pontuais dispostas de dois modos diferentes. As cargas têm igual módulo. A distância d é a mesma nos dois esquemas. Esquema A +q

Esquema B -q

X d

d

+q

-q

Y d

d

Representação de duas cargas elétricas.

7.6.1.1. Refira a direção e o sentido do campo elétrico no ponto X do esquema A. 7.6.1.2. Compare a intensidade do campo elétrico no ponto X e no ponto Y. Fundamente a sua resposta. 7.6.1.3. As linhas de campo são um modelo de representar o campo. Nas figuras seguintes estão representadas imagens do campo criado por duas cargas simétricas e por duas cargas do mesmo sinal e igual módulo.

Linhas de campo.

Identifique, justificando, qual das figuras, a da esquerda ou da direita, poderá corresponder ao campo criado pelas duas cargas simétricas. © Edições ASA

107

Física


7.6.2. O campo magnético pode ser gerado por ímanes e por cargas elétricas em movimento. 7.6.2.1. Observe os esquemas, A, B e C, da figura. (A)

(B)

(C)

I

S N

N

S

B

Selecione o único esquema, A, B ou C, em que as linhas de campo estão corretamente orientadas. 7.6.2.2. Selecione a única opção que contém os termos que completam sequencialmente a frase que se segue. Num dado ponto do campo magnético, o vetor campo magnético tem direção _____________ às linhas de campo e ________________ linhas de campo. A intensidade do campo exprime-se em ___________________. (A) … perpendicular… sentido contrário às… tesla (B) … perpendicular… sentido contrário às… volt metro menos um (C) … tangente… o mesmo sentido das… volt metro menos um (D) … tangente… o mesmo sentido das… tesla 7.6.3. Faraday deu um contributo fundamental para o desenvolvimento tecnológico do microfone e do altifalante. 7.6.3.1. Identifique o principal contributo de Faraday para o desenvolvimento tecnológico desses dispositivos. 7.6.3.2. Preveja o que acontecerá ao ponteiro do microamperímetro da figura quando o íman se move nos sentidos indicados. Fundamente a sua resposta.

Experiência de Faraday.

A

7.6.3.3. O gráfico mostra como variou o valor do campo magnético no tempo, junto a uma bobina circular de raio 5,0 cm, com 100 espiras. Determine o módulo da força eletromotriz induzida na bobina nos intervalos de tempo [0 ; 2[ s e ]2 ; 6[ s. 7.6.3.4. Explique, num pequeno texto, o princípio de funcionamento do microfone de indução.

B/mT 2

0

2

4

Gráfico campo magnético-tempo.

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6

t/s

Física


8.

COMUNICAR COM RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Uma fibra ótica consiste num núcleo rodeado de um revestimento (ambos são vidro com diferentes índices de refração). Os vidros usados normalmente para o fabrico das fibras são baseados na sílica (SiO2) e os dopantes usados para alterar o índice de refração são o GeO2, P2O5 e o B2O3. Os dois primeiros aumentam o índice de refração, enquanto o último reduz esse índice. Contudo, o índice de refração de um material depende do comprimento de onda da radiação. A tabela que se segue refere o índice de refração (n) de diferentes meios para radiação eletromagnética de diferente comprimento de onda. Comprimento de onda / nm

Ar

Água

500

1,0002941

600

Vidro A

B

1,336

1,522

1,627

1,0002920

1,332

1,517

1,616

700

1,0002907

1,330

1,513

1,610

800

1,0002900

1,328

1,511

1,600

1000

1,0002890

1,325

1,507

1,605

Índice de refração de diferentes meios para diferentes comprimentos de onda.

8.1.

O conhecimento do índice de refração de um meio para uma dada radiação permite obter a velocidade com que essa radiação se propaga nesse meio.

8.1.1. Selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta. De acordo com a tabela, para um dado meio, quanto __________________ da radiação, _________________ é o índice de refração desse meio. (A) maior é o comprimento de onda… maior (B) menor é o comprimento de onda… menor (C) maior é a frequência… maior

(D) menor é a frequência… maior

8.1.2. Refira, justificando, em qual dos materiais, água, vidro A ou vidro B, a velocidade da luz é menor, para uma dada radiação. 8.1.3. O índice de refração de um vidro utilizado no núcleo de uma fibra ótica é 1,560. Qual dos vidros, A ou B, poderá ser utilizado para constituir o revestimento desse núcleo? Fundamente a sua resposta. 8.1.4. Um raio luminoso, de comprimento de onda 800 nm, passa do vidro A para a água, sendo o ângulo de refração 53°. Determine o ângulo de incidência. Apresente todas as fases de resolução. 8.1.5. Um feixe de luz monocromática de comprimento de onda 500 nm, propagando-se no ar, incide na superfície da água de um tanque, originando dois novos feixes: um refletido e outro refratado. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta. Na situação descrita, verifica-se que… (A) … a frequência da luz refletida é maior que a da luz refratada. (B) … o ângulo de reflexão é maior que o de refração. (C) … o módulo da velocidade de propagação da luz refletida é menor que o da luz refratada. (D) … o comprimento de onda da luz refletida é igual ao da luz refratada.

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109

Física


8.2.

Duas lâminas de faces paralelas são feitas de dois tipos de vidro. Um raio luminoso propaga-se no ar e entra em cada uma das lâminas A e B com o mesmo ângulo de incidência, tal como mostra a figura.

Lâmina A

Lâmina B

Refira, justificando, qual das lâminas, A ou B, possui maior índice de refração. 8.3.

Num certo intervalo de tempo, Dt, a luz percorre a distância dA no vácuo. No mesmo intervalo de tempo, a luz percorre a distância dB num dado líquido homogéneo e transparente. Selecione das opções seguintes a que traduz a expressão do índice de refração da luz nesse líquido.

8.4.

(A) n(líquido) =

dA Dt

(B) n(líquido) =

dA dB

(C) n(líquido) =

dB dA

(D) n(líquido) = dA * dB

Um raio de luz monocromática incide na superfície que separa o meio A do meio B, e refrata-se como mostra a figura. Variando o ângulo de incidência, i, obtiveram-se os respetivos valores do ângulo de refração, r. O gráfico seguinte traduz a relação sin i = f (sen r).

N A B

i

r

Refira o que traduz o declive da reta traçada no gráfico. 8.5.

A figura seguinte, mostra a difração de ondas através de duas fendas.

Difração de ondas.

8.5.1. Compare o comprimento de onda das ondas que sofrem difração em A e B. 8.5.2. Explique por que razão as ondas difratadas em A e B apresentam comportamento diferente ao atravessarem as fendas.

110

© Edições ASA

Física

QUESTÕES GLOBALIZANTES – RESOLUÇÃO POR ETAPAS

1.

Do GPS à descrição do movimento

(E) Afirmação falsa. O declive da reta tangente ao gráfico posição-tempo é numericamente

1.1.1. O sistema de GPS pode ser utilizado na nave-

igual ao valor da velocidade. Assim, através do

gação e na localização de um objeto.

sinal do declive da reta tangente ao gráfico podemos concluir qual o sinal da velocidade

1.1.2. Identificar a velocidade com que o sinal se

nesse instante. Quando o valor da velocidade

propaga.

é positivo, a partícula move-se no sentido po-

Os sinais emitidos pelo satélite são ondas ele-

sitivo e quando é negativo move-se no sentido

tromagnéticas, pelo que a velocidade com que

negativo da trajetória. No intervalo de tempo

se propaga no ar é aproximadamente igual à

[0 ; 4[ s o valor da velocidade é positivo e de

velocidade de propagação da luz no vazio, ou

]4 ; 10] s, é negativo. Deste modo, no primeiro

seja, 3 * 108 m s-1.

intervalo de tempo referido a partícula move-

Identificar a expressão da velocidade.

se no sentido positivo da trajetória e no se-

O valor da velocidade pode ser determinado d por: v = Dt Determinar do intervalo de tempo de via-

gundo intervalo de tempo move-se no sentido

gem do sinal. d = c * Dt § Dt = Dt =

d c

§ Dt =

percorrido até que inverte o sentido do movi-

c

3 * 108 m s-1

(F) Afirmação falsa. O espaço percorrido pela partícula pode ser determinado pela expressão s = |Dx1| + |Dx2| sendo |Dx1| o espaço

d

20 000 000 m

negativo.

mento (isto é, instante t = 4 s) e |Dx2| o es§

§ Dt = 0,067 s = 67 ms Um sinal enviado por um satélite chega ao recetor que está na sua vertical em cerca de 67 ms. 1.2. (A) Afirmação verdadeira. O módulo do deslocamento pode ser dado por |Dx| = |xf - xi| Para o intervalo de tempo [0 ; 10[ s, teremos: |Dx| = |x10 - x0| § |Dx| = |0 - 0| = 0 m Assim, o módulo do deslocamento é nulo. (B) Afirmação falsa. O declive da reta tangente ao gráfico posição-tempo num dado instante é numericamente igual ao valor da velocidade nesse instante. No instante t = 2 s, o declive da reta tangente ao gráfico posiçãotempo é positivo e no instante t = 4 s o declive é nulo. Assim, no instante t = 2 s o valor da velocidade é superior ao valor da velocidade no

paço percorrido desde que inverte o sentido do movimento até t = 10 s. Assim, s = |Dx1| + |Dx2| § § s = |x4 - x0| + |x10 - x4| § § s = |50 - 0| + |0 – 50| = 100 m O espaço percorrido pela partícula é 100 m. (G) Afirmação verdadeira. No instante t = 4 s, o valor da velocidade é nulo. Em instantes anteriores a t = 4 s o valor da velocidade é positivo e nos instantes seguintes a t = 4 s o valor da velocidade é negativo. Assim, para passar de uma velocidade positiva para uma velocidade negativa teve de ocorrer inversão do sentido do movimento. Esta ocorreu no instante t = 4 s. (H) Afirmação falsa. Traçando tangentes ao gráfico dado em diferentes instantes do intervalo de tempo ]6 ; 10] s, verifica-se que o de-

instante t = 4 s.

clive dessas tangentes não é constante. Assim,

(C) Afirmação falsa. Os gráficos posição-

o valor da velocidade nesse intervalo de tempo

tempo não dão qualquer informação sobre a forma da trajetória. Assim, apenas com base

não é constante. 1.3.1.1.

no gráfico posição-tempo não podemos con-

Partícula A, B ou D. Se o movimento é acele-

cluir qual é a forma da trajetória.

rado até ao instante t1, o módulo da velocidade

(D) Afirmação verdadeira. No instante t = 0 s,

tem de estar a aumentar desde t = 0 s até t1.

x = 0 m. Assim, no instante inicial do movi-

Nos gráficos relativos às partículas referidas,

mento, a partícula está no ponto escolhido

o módulo da velocidade está a aumentar

para origem da trajetória.

nesse intervalo de tempo. © Edições ASA

1

Física


1.3.1.2. Partícula C. Se o movimento é retardado, o módulo da velocidade tem de estar a diminuir e se se move no sentido negativo, o valor da velocidade tem de ser negativo. Assim, a análise dos gráficos permite concluir que de t = 0 s até t1, apenas a partícula C possui movimento retardado no sentido negativo da trajetória. 1.3.1.3. Partícula D. Entre os instantes t = 0 s até t1 a variação da velocidade não é constante. Se a variação da velocidade não é constante é porque a resultante das forças que atuaram na partícula nesse intervalo de tempo não foi constante. 1.3.1.4. Partícula C ou E. Se a resultante das forças tem sentido contrário à velocidade, o movimento tem de ser retardado nesse intervalo de tempo. Para as partículas C e E, o módulo do valor da velocidade está a diminuir nesse intervalo de tempo. Assim, o movimento é retardado entre t = 0 s e t1. 1.3.2. x0 = 20 m; v0 = 10 m s-1, v2 = - 20 m s-1, t1 = 5 s e t2 = 15 s 1.3.2.1. Determinar o valor do deslocamento. Partindo da área definida no gráfico velocidade-tempo podemos obter o valor do deslocamento da partícula no intervalo de tempo considerado. Assim: Dx = A1 + (- A2), sendo A1 a área definida no gráfico no intervalo de tempo [0 ; t1] s e A2 a área correspondente ao intervalo de tempo [t1 ; t2] s. A1 = A2 =

b*h 2 b*h 2

§ A1 = § A2 =

5 * 10 2

§ A1 = 25

10 * 20 2

§ A2 = 100

Dx = 25 + (-100) = -75 m Determinar a posição final. Dx = xf - xi § xf = Dx + xi § § xf = -75 + 20 § xf = -55 m No instante t = 15 s a partícula E estava na posição -55 m. 2

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1.3.2.2. Identificar a equação deste tipo de movimento. Nos primeiros 10 segundos, a partícula tem movimento uniformemente variado (inicialmente retardado e depois acelerado). A equação geral deste tipo de movimento é 1 x = x0 + v0t + at2 2 Determinar o valor da aceleração. Dv -20 - 10 a= §a= § a = -2,0 m s-2 Dt 15 - 0 Obter a equação do movimento para este movimento. Substituindo valores, obtém-se: 1 x = 20 + 10t + (-2,0)t2 § 2 § x = 20 + 10t - t2 (SI) Esboçar o gráfico correspondente à equação. Esboçando o gráfico verifica-se que a partícula inverte o sentido do movimento no instante t = 5 s e passa na origem da trajetória no instante t = 11,7 s. 1.4.1. Determinar o valor da força gravítica. M*m Fg = G r2 6 * 1024 * 100,0 Fg = 6,67 * 10-11 § (6,4 * 106)2 § Fg = 997,1 N Caracterizar a força gravítica. A força gravítica a que o corpo está submetido tem a direção da reta que passa pelo corpo e pelo centro de massa da Terra, sentido do corpo para o centro da Terra, aplicada no corpo e intensidade 997,1 N. 1.4.2. (B) Determinar a expressão da força gravítica em X. M*m mX * m § Fg(X) = G § Fg = G 2 r rX2 2mT * m § Fg(X) = G § (2rT)2 1 mT * m § § Fg(X) = G 2 rT2 § Fg(X) =

1 2

Fg(Terra)

Física


Determinar a expressão da força gravítica em Y. Fg = G

M*m r

2

§ Fg(Y) = G

§ Fg(Y) = G mT * m

h1 k r j 2 Tm

§ Fg(Y) = 4 G

2

mY * m rY2

3

§ tmédio =

§ tmédio =

rT2

tA

2,27 - 0,304 0,2151

§ a = 9,14 m s-2

O valor da aceleração gravítica determinada pelos alunos foi 9,14 m s-2. 1.5.3. O uso de um cronómetro manual não é adequado já que os tempos que se medem são tão curtos que o tempo de reação do experimentador não permite que este acione e desligue o cronómetro no intervalo de tempo que se pretende medir. 2.

§

§

13,00 + 13,41 + 13,18 3

§

2 * 1,50 * 10

98,58 * 10-3

§ v(A) = 0,304 m s-1

2.1.1. (B) Determinar a expressão da força gravítica para a situação descrita. M = 6 * 106 m (M – massa do Sol; m – massa de Mercúrio) Fg = G

M*m r2

§ FG = G

§

6 * 106 m * m d 2SM

§ FG = 6 * 106 * G

§

m2 d 2SM

2.1.2. Determinar o valor da força gravítica a que Mercúrio está submetido devido ao Sol. m2 FG = 6 * 106 * G 2 § d SM (3,29 * 1023)2 § FG = 6 * 106 * 6,67 * 10-11 § (5,7 * 1010)2 Caracterizar a força gravítica.

-2

§ v(A) =

Movimento de planetas e em torno deles

§ FG = 1,33 * 1032 N

Determinar a velocidade com que a esfera de raio 1,50 cm passa nas células. Na célula A: 2r

§a=

§

§ tmédio = 13,20 ms = 13,20 * 10-3 s

v(A) =

§

aceleração gravítica.

§ Fg(Y) = 4Fg(Terra)

3

3

13,20 * 10-3

v = v0 + a t § 2,27 = 0,304 + a * 0,2151 §

98,72 + 98,58 + 98,45

t1 + t2 + t3

tB

2 * 1,50 * 10-2

§ v(B) =

Determinar o valor da aceleração, que é a

§ tmédio = 98,58 ms Determinar os desvios. Desvio 1 = 98,58 - 98,72 = -0,14 ms Desvio 2 = 0 ms Desvio 3 = 0,13 ms Identificar o maior desvio. O maior desvio é -0,14 ms. 1.5.2. Na queda, o movimento da esfera é uniformemente variado. Identificar a equação das velocidades para este tipo de movimento. v = vo + a t Determinar o tempo de passagem da esfera na célula B. tmédio =

2r

§ v(B) = 2,27 m s-1

§

mT * m

t1 + t2 + t3

v(B) =

§

Por análise das deduções anteriores, verificase que as afirmações I, II e IV são verdadeiras. Atendendo às opções dadas, a correta é a (B). 1.5.1. O desvio de uma medida é dado pela diferença entre a média dos valores das medições e o valor dessa medida. Determinar o valor médio das medições. tmédio =

Na célula B:

§

A força gravítica a que Mercúrio está submetido devido ao Sol tem a direção da reta que passa pelos centros de massa do Sol e de Mercúrio, sentido de Mercúrio para o Sol e aplicada no planeta. A intensidade da força é 1,33 * 1032 N. © Edições ASA

3

Física


2.2.1. Para um satélite ser estacionário deverá orbitar no plano do equador de Júpiter, ter um período orbital igual ao período de rotação do planeta e mover-se no sentido da rotação de Júpiter. Como o período de rotação de Júpiter é 9,9 horas, um satélite “Júpiter-estacionário” deverá ter um período orbital de 9,9 horas. Só deste modo se manterá “estacionário” em relação a um dado ponto da superfície de Júpiter. 2.2.2. Deduzir a expressão do valor da velocidade orbital. Júpiter orbita em torno do Sol. A resultante das forças que atuam em Júpiter pode considerar-se que é igual à força gravítica que o Sol exerce no planeta. Como o planeta tem aproximadamente movimento circular e uniforme, a força resultante é uma força centrípeta. Assim, » =F » , pelo que F = F F r g r g m

v2 r

=G

§v=

V

M*m r G*M 2

§ v2 =

G*M r

§

r

Substituir os dados na equação deduzida. G*M 6,67 * 10-11 * 2 * 1030 v= §v= r 7,8 * 1011

V

V

v = 1,31 * 10 m s = 13,1 km s-1 O valor da velocidade orbital de Júpiter em torno do Sol é 1,31 * 104 m s-1, ou seja, 13,1 km s-1. 2.2.3. Na alínea anterior consideramos que a trajetória de Júpiter em torno do Sol é circular, quando na realidade tem a forma de uma elipse. 2.3. (C) A velocidade é tangente à trajetória, a aceleração e a força centrípeta têm a direção radial e ambas são dirigidas do centro de massa da Terra para o centro de massa do Sol. 2.4. (A) Afirmação verdadeira. O período de rotação dos pontos A, B e C coincide com o período de rotação de Júpiter. Assim, todos esses pontos têm o mesmo período de rotação. Como a frequência é o inverso do período, então, se todos esses pontos têm o mesmo período também vão ter a mesma frequência. (B) Afirmação verdadeira. O valor da velocidade angular é diretamente proporcional à frequência, w = 2p f . Se a frequência é igual 4

4

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-1

para as três partículas, então, também o valor da velocidade angular será igual para as três partículas. (C) Afirmação falsa. Justificação similar à da afirmação (B). (D) Afirmação falsa. O valor da velocidade linear é diretamente proporcional ao raio da órbita da partícula em estudo, v = w r. Como r(B) < r(A) e w(A) = w(B), então, v(B) < v(A). (E) Afirmação falsa. O valor da aceleração v2 centrípeta é dado por ac = . Como v = w * r, r pode substituir-se na expressão da aceleração (w * r)2 centrípeta e obtém-se: ac = § r ac = w2 * r. Desta equação, verifica-se que a aceleração centrípeta é diretamente proporcional ao raio da trajetória. Como r(B) > r(C), então, ac(B) > ac(C), já que w(B) = w(C). (F) Afirmação falsa. Ver justificação dada na afirmação (A). (G) Afirmação falsa. Como os períodos são iguais, também as frequências são iguais. 2.5.1. Determinar o valor de Fg que atua na caixa quando está na superfície de Marte. M*m Fg = G § r2 § Fg = 6,67 * 10-11

6,42 * 1023 * 40,0 (3,4 * 106)2

Fg = 148,2 N Determinar o valor de Fg que atua na caixa quando está na superfície de Saturno. M*m Fg = G § r2 § Fg = 6,67 * 10-11

5,70 * 1026 * 40,0 (6 * 107)2

Fg = 422,4 N Concluir com base nos cálculos. A caixa fica sujeita a uma força gravítica mais intensa quando se encontra à superfície de Saturno. 2.5.2. (A) Na expressão do valor da força gravítica, a variável distância aparece no denominador e ao quadrado. Assim, quando a distância entre o centro de massa dos corpos que interagem passa para o dobro, mantendo-se as outras variáveis, a força gravítica diminui para um quarto do valor inicial.

Física


2.6.1. À altitude a que se encontra o telescópio o valor da aceleração centrípeta é igual ao valor da aceleração gravítica. Por outro lado, o raio da órbita é: r = rT + h (sendo h a altura a que se encontra o telescópio.) r = 6,40 * 106 + 5,89 * 105 = 6,99 * 106 m, m*g=G

M*m r

§g=G

2

M (rT + h)2

§

3.

6 * 10

24

§ g = 6,67 * 10-11

(6,40 * 10 + 5,89 * 10 ) 6

5 2

§

§ g = 8,19 m s . A aceleração gravítica nesse local tem a direção radial, sentido dirigido para o centro de massa da Terra e valor 8,19 m s-2. 2.6.2. Deduzir a expressão do período orbital. Para o telescópio, verifica-se que a força resultante é uma força centrípeta e que esta coincide com a força gravítica. Assim, -2

Fc = Fg § m

v2

=G

m*M

§ v2 =

G*M

r r r como v = w * r, a equação anterior pode tomar a forma: (w * r)2 = outro lado, w =

2p

2

T

2

G*M r

§ w2 =

G*M r3

. Por

, obtém-se:

4p2 G * M h 2p k G * M = § 2 = § 3 jTm r T r3 §T=

V

4p2r 3 G*M

§ T = 2p

V

r3 G*M

Calcular o período orbital expresso em unidades SI. Substituindo na equação anterior, obtém-se (6,99 * 106)3 T = 2p § 6,67 * 10-11 * 6 * 1024

V

§ T = 5801,5 s Exprimir o tempo determinado em horas. 1h 3600 s

=

T (h) 5802 s

2.7. (B) O movimento da Lua em torno da Terra tem uma trajetória aproximadamente circular e o valor da velocidade é constante. Por outro lado, a resultante das forças é a força gravítica (que é radial e centrípeta) e a velocidade é tangente à trajetória no ponto em que Lua se encontra. Deste modo, os dois vetores referidos têm de ser perpendiculares.

§ T (h) = 1,61 h

O período do movimento expresso em horas é 1,61 h. 2.6.3. (D) Tanto a força gravítica como a velocidade manterão o seu valor constante, apesar de variarem em direção. Dado que o módulo dessas grandezas é constante porque as massas são constantes e o raio da órbita também, a única opção correta é a (D).

Combate a incêndios

3.1.1. No intervalo de tempo [0 ; 6[ s, o veículo A tem movimento retilíneo e uniforme já que o gráfico traduz uma proporcionalidade direta entre a posição e o instante, pelo que esse veículo percorre espaços iguais em intervalos de tempo iguais. O veículo B tem movimento uniformemente acelerado porque a sua equação do movimento é a de um movimento uniformemente acelerado com aceleração de módulo 5 m s-2. 3.1.2. (B) Para o veículo A, a velocidade terá valor Dx 120 - 0 constante e igual a v = §v= § Dt 6-0 -1 § v = 20 m s . O veículo B tem movimento uniformemente acelerado, partindo de uma velocidade inicial nula. Ao fim dos 6 s terá uma velocidade de valor: v = v0 + a t § v(t = 6 s) = 0 + 5 * 6 § § v = 30 m s-1. Analisando os gráficos velocidade-tempo, verifica-se que o único que contempla os valores de velocidade é o (B). 3.2. h = 150 cm = 1,50 m e v0 = 40 m s-1. 3.2.1. Cada gota comporta-se como um projétil lançado horizontalmente. Identificar as equações do movimento. Equações do movimento: x = x0 + v * t (na horizontal) y = y0 + v0t +

1 2

at 2 (na vertical)

Determinar o tempo de voo de cada gota de água. Dado que a superfície é horizontal, o alcance será a posição x no instante em que a gota de água chega ao solo. Verticalmente, a gota de água “desceu” 1,50 m, já que era a altura da saída de água da agulheta e quando chegar ao © Edições ASA

5

Física


solo, y = 0 m. Admitindo o referencial orientado verticalmente para cima, a aceleração gravítica terá sentido contrário ao positivo do referencial, pelo que o seu escalar nesse referencial será negativo. Assim, 1,5 0 = 1,50 + (-10)t2 § t = § t = 0,39 s 10

V

Determinar o alcance de cada gota de água. x = 0 + 40 t § x(t = 0,39 s) = 40 * 0,39 § § x(t = 0,39 s) = 15,6 m O alcance médio de cada gota de água é cerca de 15,6 m (desprezando a resistência do ar). 3.2.2. Identificar o sistema como um sistema conservativo. Desprezando a resistência do ar, durante o movimento das gotas de água, a única força que atua é o peso da gota e esta força é conservativa. Tal significa que essa força mesmo realizando trabalho não faz variar a energia mecânica do sistema. Determinar o valor da velocidade pela conservação de energia mecânica. Em(inicial) = Em(final) § § Ec(i) + Ep(i) = Ec(f) + Ep(f) § §

1 2

mv2i + mghi =

1 2

mv2f + mghf § oo

0 §

1 2

m * 40,02 + m * 10 * 1,50 =

1 2

mv2f §

§ vf = 40,4 m s-1 O valor da velocidade das gotas de água ao atingirem o solo é aproximadamente 40,4 m s-1. 3.2.3. Dado que o alcance de um projétil lançado horizontalmente é tanto maior quanto maior for o tempo de voo e este também aumenta com a altura de que é lançado o projétil, uma sugestão que poderia ser dada ao bombeiro é que subisse para cima do depósito da água do carro. Assim, a água estaria a ser lançada de uma altura superior pelo que o tempo de voo aumentaria e, consequentemente, a água atingiria um maior alcance, podendo já chegar ao foco de incêndio. 3.3. As ondas obtidas a partir do “pirilampo luminoso” são eletromagnéticas e transversais. São ondas eletromagnéticas porque não necessitam de um meio material para se propagarem e transversais porque a oscilação ocorre na direção perpendicular à propagação da onda. Já o 6

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som emitido pela sirene é uma onda mecânica e longitudinal. Onda mecânica porque necessita de um meio material para se propagar e longitudinal porque as partículas do meio oscilam na mesma direção em que a onda se propaga. 3.3.2. (B) A equação geral de um movimento harmónico sinusoidal é x = A sin (w.t) (m) Identificar a amplitude. Por comparação com a equação dada, concluímos que a amplitude é 2 * 10-3 m. Determinar a frequência, o período e o comprimento de onda. Por outro lado, w = 2p f § 2p f = 2,0p * 103 § § f = 103 Hz. Como T =

1 f

§T=

Dado que v =

l T

1 1000

§ T = 0,0010 s

§ l = 343 * 0,0010 §

§ l = 0,343 m. Com base nos cálculos realizados e na análise feita, conclui-se que a única opção correta é a (B). 3.3.3. (C) A intensidade do som é tanto maior quanto maior for a amplitude de vibração e o som é tanto mais grave quanto menor for a frequência de vibração. Assim, a amplitude terá de aumentar e a frequência de diminuir. 3.4.1. Obtém-se uma estimativa da altura da coluna de líquido que a esfera atravessa, calculando a área definida no gráfico velocidade-tempo. Calcular a área de cada quadrícula. Nesse gráfico, cada quadrícula tem uma área de 0,05 * 1,0 = 0,05 Calcular a área total. Contando o número de quadrículas subjacentes ao gráfico, determina-se a área total aproximada n.° de quadrículas ] 13 Área total ] 13 * 0,05 = 0,65 Estimar a altura da coluna de líquido. A altura da coluna de líquido é aproximadamente 0,65 m ou seja, 65 cm. 3.4.2. (A) Afirmação falsa. Durante o movimento da esfera no líquido além do peso da atua também a força de resistência do líquido (força de viscosidade).

Física


(B) Afirmação verdadeira. No instante t = 4,0 s

4.

o movimento já é uniforme, pelo que a resul-

4.1.1. » = q * E. » (C) A força elétrica é dada por F el 0 Assim, quando qo é positiva, os dois vetores têm a mesma direção e sentido e quando qo é » eE » têm a mesma direção mas negativa, F el sentidos opostos. 4.1.2. (A) No ponto X, o campo magnético gerado pelo íman da esquerda tem sentido de X para a esquerda e para o criado pelo íman da direita também tem sentido de X para a esquerda. Assim, a soma desses dois campos magnéticos dará origem a um campo magnético resultante com direção horizontal e sentido da direita para a esquerda. 4.1.3. Oersted verificou que uma corrente gera um campo magnético já que uma agulha magnética se desvia quando passa corrente num fio condutor que está nas suas proximidades. Aumentando a intensidade da corrente que passa no fio, aumenta o desvio da agulha, e se se inverter o sentido da corrente, o desvio da agulha é feito em sentido contrário. Faraday verificou que uma variação de campo magnético nas proximidades de um fio condutor, induz-lhe uma corrente elétrica. Assim, movimentando um íman no interior de um bobina, gera-se nesta uma corrente elétrica. Do mesmo modo, se uma bobina percorrida por uma corrente for movimentada no interior de uma outra bobina maior, nesta cria-se, também, uma corrente elétrica. 4.2. (A) Afirmação falsa. São de baixa frequência, ou seja, elevado comprimento de onda. (B) Afirmação falsa. As ondas de rádio fazem, também, parte da radiação eletromagnética. (C) Afirmação falsa. O primeiro cientista a produzir ondas de rádio foi Hertz. (D) Afirmação verdadeira. Como as ondas de rádio têm frequência inferior à das microondas, então, as ondas de rádio têm maior comprimento de onda. (E) Afirmação falsa. As ondas de rádio também sofrem reflexão e refração. (F) Afirmação verdadeira. As ondas de rádio como têm grande comprimento de onda sofrem mais facilmente difração ao encontrar obstáculos.

tante das forças é nula, ou seja, » =P »+R » »±R F =0 =P r

líquido

líquido

Rlíquido = m * g § Rlíquido = 5,00 * 10-2 * 10 § § Rlíquido = 0,50 N (C) Afirmação falsa. Nos primeiros 3,0 s, a lei da inércia não é válida porque a resultante das forças não é nula e como consequência a esfera não está em repouso nem tem movimento retilíneo e uniforme. A partir do instante t = 3,0 s, o movimento obedece à lei da inércia. (D) Afirmação verdadeira. Até ao instante t = 3,0 s, o módulo do peso é superior ao módulo da força de viscosidade, dado que o movimento é acelerado no sentido do peso da esfera. (E) Afirmação falsa. A força que constitui par ação-reação com a força de viscosidade que o líquido exerce na esfera está aplicada no líquido viscoso. (F) Afirmação falsa. O movimento não é uniformemente acelerado por que a variação do valor da velocidade não é diretamente proporcional ao intervalo de tempo em que tal ocorreu. É um movimento acelerado, mas não uniformemente acelerado (a aceleração não tem valor constante). (G) Afirmação falsa. A 2.a lei de Newton é válida em qualquer instante do intervalo de tempo [0 ; 3,0[ s. Contudo, como o valor da aceleração não é constante, também o valor da força resultante não é constante nesse intervalo de tempo. 3.4.3. (C) Ao abrir o paraquedas aumenta a resistência do ar e diminui bruscamente a velocidade de queda, ou seja, a 2.a velocidade terminal será muitíssimo inferior à primeira velocidade terminal. Por outro lado, ao fletir as pernas aumenta o intervalo tempo de colisão dos pés com o solo. Fr = m a e a =

Dv

. Dt Dv Assim, Fr = m . Dt Deste modo, diminui a intensidade da força de

impacto pés-solo, tornando o contacto com o chão menos “agressivo”.

O farol de Leça

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7

Física


(G) Afirmação verdadeira. Por exemplo, os sa-

A tensão no cabo do elevador no instante

télites de GPS emitem sinais que são de

t = 10 s é 8010 N e no instante t = 50 s é 8000 N.

micro-ondas. Usam-nas por estas atravessa-

O aluno que tem razão é o A.

(H) Afirmação falsa. No vazio, toda a radiação

Deduzir a expressão do tempo de voo.

eletromagnética se propaga à mesma velocidade. Assim, micro-ondas e ondas de rádio propagam-se à mesma velocidade, quando no vazio.

y = y0 + v0t +

1 2

at2

Na vertical não há velocidade inicial para nenhum dos berlindes (tanto o lançado horizon-

4.3.1. Verifica-se a lei da inércia ou 1.ª lei de Newton

talmente como o que é deixado cair).

quando a velocidade é nula ou quando a velo-

Verifica-se que, quando os berlindes atingirem

cidade é constante.

o solo, y = 0 m. Como a única força que atua

Como a trajetória do elevador é retilínea e no

nos berlindes é o peso, a aceleração dos ber-

intervalo de tempo ]20 ; 80[ s, o valor da velo-

lindes é a aceleração gravítica. Considerando

cidade é constante, pode afirmar-se que nesse

o referencial vertical orientado positivamente

intervalo de tempo se verifica a lei da inércia.

para cima, verifica-se que a = g < 0.

4.3.2. (B) No intervalo de tempo [0 ; 20[ s o movimento é uniformemente acelerado e no intervalo ]20 ; 80[ s é uniforme. Por outro lado, o valor da aceleração no primeiro intervalo de tempo é 0,0125 m s-2 e no segundo intervalo de tempo o valor da velocidade é 0,5 m s-1. 4.3.3. (A) O módulo do valor da aceleração no arran-

0=h+

1 2

(-g)t2 § -2h = -gt2 § t =

V

2h g

Concluir com base na expressão deduzida. A expressão do tempo de voo dos berlindes apenas depende da altura de que é deixado cair e do valor da aceleração gravítica. Como os berlindes verticalmente são “deixados cair” da mesma altura e no mesmo local, atingirão

que [0 ; 20[ s é igual ao módulo do valor da

o solo no mesmo instante. Assim, o aluno A é

aceleração no intervalo de tempo de travagem

o aluno que tem razão.

]80 ; 100[ s. Se o módulo da aceleração é

4.4.2.

igual, também o módulo da força resultante é

(D) A componente vx da velocidade vai perma-

igual, já que Fr = m * a.

necer constante e igual ao valor da velocidade

4.3.4.

de lançamento. Já na vertical, a velocidade vai

Determinar a massa total do sistema.

variar linearmente com o tempo, dado que se

m(total) = 680,0 + 2 * 60,0 §

despreza a resistência do ar. Considerando o

§ m(total) = 800,0 kg

eixo de referência (na vertical) orientado posi-

Determinar o módulo da resultante das for-

tivamente para cima, o valor da velocidade se-

ças na cabine para t = 10 s e t = 50 s. Para t = 10 s: Fr = m * a § § Fr = 800 * 0,0125 § Fr = 10,0 N Para t = 50 s: uma vez que a velocidade é constante, a resultante das forças é nula. Determinar o módulo da tensão que atua na cabine para t = 10 s e t = 50 s. » =T »+P »±F =T-P§ Para t = 10 s: F r

r

§ T = P + Fr § T = 800 * 10 + 10,0 § § T = 8010 N » =T »+P »±F =T-P§ Para t = 50 s: F r r

8

4.4.1.

rem facilmente a atmosfera terrestre.

gundo OY será negativo. 4.5.1. (A) O ângulo de incidência é 50° e é igual a q1. Por outro lado, q2 e q3 são ângulos complementares, pelo que têm a mesma amplitude e terá de ser menor que 50° já que q2 é o ângulo de refração de um ângulo incidente de 50°, quando a luz passa do ar para o vidro. Por último, q1 = q4 porque q1 é igual ao ângulo de incidência e o raio que emerge do vidro para o ar

§ 0 = T - P § T = P § T = 800 * 10 §

é paralelo ao raio que incide no vidro e que dá

§ T = 8000 N

origem à refração.

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Física


4.5.2. Aplicar a lei de Snell-Descartes. nvidro sin q3 = nar sin 90 ° §

§ 1,5 sin q3 = 1,1 § § sin q3 =

1 1,5

± q3 = 41,8°

5.1.2. De acordo com Aristóteles, a velocidade de um corpo em queda livre era constante. Assim, o gráfico seria: v

Concluir com base nos cálculos O ângulo q3 deverá ter no mínimo a amplitude de 41,8°. 4.6.1. Determinar o período. 0,10 ms 1 div

=

T 4 div

§ T = 0,40 ms

Determinar o erro experimental associado ao aparelho de medida. Cada divisão corresponde 0,10 ms. Como cada uma destas está dividida em 5 partes, a menor divisão da escala é 0,02 ms. Como se trata de um aparelho de medida analógico, o erro é metade da menor divisão, ou seja, 0,01 ms. Exprimir o período atendendo ao erro experimental. T = (0,40 ¿ 0,01) ms 4.6.2. Determinar a tensão pico a pico. A tensão pico a pico será 5 div * 2 V/ div = 10 V Determinar a tensão eficaz. Uef =

Upp V√2

§ Uef =

10 V√2

= 7,1 V

A tensão nos extremos da lâmpada é cerca de 7,1 V. 4.6.3. (C) A alteração da escala não afeta o sinal. Assim, continuará a ter o mesmo período. 5.

Nada vem do nada

5.1.1. No âmbito do texto, o termo “salto” significa evolução. Assim, a frase referida traduz que a Ciência entre Aristóteles e Galileu sofreu uma evolução muito considerável. Por exemplo, o conceito de movimento foi clarificado com os contributos de Galileu. Aristóteles considerava que um corpo em queda livre tinha movimento uniforme e Galileu admitia que nessa situação o valor da velocidade do corpo aumenta constantemente com o tempo (movimento uniformemente variado).

t

De acordo com Galileu, o movimento é uniformemente variado. Assim, o gráfico velocidade-tempo será: v

t

5.1.3. Uma frase do texto que pode evidenciar que a Ciência é um processo em construção é: “Estas ideias andavam já no ar, sim, Galileu teve predecessores”. 5.2.1. A velocidade é uma grandeza vetorial. Para ficar totalmente caracterizada será necessário ter em conta o seu módulo, a sua direção e o seu sentido. Como a velocidade é um vetor com direção tangente à trajetória, não é possível um corpo mover-se numa trajetória curvilínea e ter velocidade constante, já que se não varia em módulo, varia, pelo menos, em direção. 5.2.2. Situação A: o corpo está inicialmente em movimento e a força resultante tem a mesma direção e sentido contrário à velocidade. Como têm a mesma direção, a trajetória do corpo vai ser retilínea. Dado que a força tem sentido contrário à velocidade inicial, o movimento começa por ser uniformemente retardado no sentido da velocidade e depois inverte o sentido do movimento e passa a ter movimento uniformemente acelerado no sentido da força exercida. Situação B: O corpo está inicialmente em movimento e força aplicada não tem a direção da velocidade inicial. Assim, a força exercida fará com que a trajetória seja curvilínea e por outro lado fará o valor da velocidade diminuir, já que a componente da força na direção da velocidade tem sentido contrário a esta. Situação C: O movimento será retilíneo e uniformemente acelerado no sentido da força aplicada, já que o corpo parte do repouso. © Edições ASA

9

Física


5.3. (B) Determinar a reação normal para os corpos A e B. Corpo A: » =T »+N » +P »+F » F r 1 » A força F pode ser decomposta na direção ho1

rizontal e na direção vertical, pelo que: » =F » +F » y, sendo que: sin 20° = F 1 1x 1 § F1y = F1 sin 20° e cos 20° =

F1x F1

F1y

§

F

§

§ F1x = F1 cos 20° Assim, a equação da resultante das forças pode tomar a forma: »= T »+N » +P »+F » +F » F 1x

1y

Na direção vertical, a resultante das forças é nula pelo que a soma das forças e componentes de forças nesta direção terá de ser nula, isto é, » +P »+F » =0 »§N-P–F =0§ N 1y 1y § N = P + F1y § N(A)= P + F1 sin 20° Corpo B: » =T »+N » +P »+F » F r 2 » A força F pode ser decomposta na direção ho2

rizontal e na direção vertical, pelo que: » =F » +F » , sendo que: sin 20° = F 2 2x 2y § F2y = F2 sin 20° e cos 20° =

F2x F2

F2y F

§

§

§ F2x = F2 cos 20° Assim, a equação da resultante das forças pode tomar a forma: » =T »+N » +P »+F » +F » F r

2x

2y

Na direção vertical a resultante das forças é nula pelo que a soma das forças e componentes de forças nesta direção terá de ser nula, isto é, » +P »+F » =0 »§N+F -P=0 »§ N 2y 1y § N = P - F1y § N(B) = P - F2 sin 20° Concluir com base nas deduções feitas. » eF » têm a mesma intensiComo as forças F 1 2 dade e o peso dos blocos é igual, pode concluir-se que a normal que atua em A é mais intensa do que a que atua em B. 5.3.2.1. (D) Se o fio que liga os corpos for cortado deixa de existir a tensão do fio Determinar o módulo da aceleração de cada corpo. Corpo A: » =N » +P »+F » F r

10

© Edições ASA

1

Na direção horizontal, a resultante das forças » , ou será igual à componente horizontal de F 1 seja, » =F » ± ma = F cos 20° § a = F r 1x 1

F1 cos 20° m

Corpo B: » =N » +P »+F » F r 2 Na direção horizontal, a resultante das forças » , ou será igual à componente horizontal de F 2 seja, » =F » ± ma = F cos 20° § a = F r 2x 2

F2 cos 20° m

Concluir com base nas deduções realizadas. Os dois corpos vão passar a mover-se com acelerações de igual módulo, mas com sentido contrários. 5.3.2.2. Determinar o valor da aceleração do bloco B. a(B) =

F2 cos 20° m

§ a(B) =

50 * cos 20° 4,0

§

§ a(B) = 11,7 m s-2 O valor da aceleração do bloco B é 11,7 m s-2. Determinar o valor da reação normal. N(B) = P - F2 sin 20° § § N(B) = 40,0 - 50 sin 20° § N(B) = 23 N O valor da reação normal que atua é 23 N. 5.4.1. (C) 5.4.2.1. » representa a reação normal da suA força F 1 » reperfície da mesa sobre o bloco e a força F 2 presenta o peso do bloco. 5.4.2.2. » A força que constitui para ação-reação com F 1

está aplicada no tampo da mesa, tem direção vertical e sentido da mesa para o solo. » | = |F » |, sendo F » De acordo com a figura, |F 1 2 2 o peso do corpo. Assim, a força que é par ação» terá valor igual ao peso do reação com F 1 corpo. 5.5.1. Uma fotografia estroboscópica consiste no registo da posição de um corpo de instante em instante constante. No caso do exemplo dado, é feito o registo segundo a segundo. 5.5.2. Uma vez que o movimento é uniformemente acelerado, no instante t = 2 s a velocidade e a resultante das forças têm a mesma direção e

Física


sentido. Numa trajetória retilínea, um movimento só é acelerado se a resultante das forças tiver o mesmo sentido da velocidade. 5.5.3. m = 400,0 g § m = 0,4000 kg Determinar o valor da aceleração do movimento com base na imagem estroboscópica. x = x0 + v0t +

1

t2

2

Para o intervalo de tempo [0 ; 3[ s: 1,80 = 0 + 0 +

1 2

a32 § a = 0,40 m s-2

Determinar a resultante das forças que atuam no carrinho » = m» F a ± Fr = ma § Fr = 0,4000 * 0,40 § r

menor que o valor da componente tangencial do peso, o bloco desceria o plano com movimento uniformemente acelerado. Por outro lado, o valor da reação normal será igual à componente normal do peso (componente na direção perpendicular à superfície do plano inclinado). Assim, terá uma intensidade menor que o peso. 5.6.2. Dado que é dado o gráfico velocidade-tempo pode-se determinar o espaço percorrido através da área definida nesse gráfico. Assim, a distância percorrida sobre o plano inclinado nas condições referidas corresponde à área no intervalo de tempo [0 ; 3[ s.

§ Fr = 1,6 N

A=

O valor da força resultante é 1,6 N. 5.5.4. Determinar o valor da velocidade no instante t = 3,0 s. v = v0 + at § v = 0 + 0,40 * 3,0 §

De acordo com a Lei da Inércia, quando a re-

Fr = m

sultante das forças é nula, o corpo possui morepouso. Nesta situação, como estava em movimento,

seja, no instante t = 3 s. Traçar o gráfico velocidade-tempo v/m s–1 1,2

Dt

6.

6,0 t/s

5.6.1. (C) Para o bloco estar a mover-se com movimento uniforme terá de existir atrito, já que será essa força que compensará a componente tangencial do peso (paralela à superfície do plano inclinado). Caso não existisse atrito ou se a intensidade da força de atrito fosse

§ Fr = m

0,2 - 0,8 3-0

Em torno da velocidade do som

6.1. Identificar a velocidade do som a 20 °C e a velocidade da luz. A velocidade do som no ar a 20 °C é 343 m s-1 e a velocidade da luz no ar é aproximadamente 3,0 * 108 m s-1. Determinar a razão entre a velocidade da luz e a velocidade do som. vsom (20 °C)

3,0

§ A = 0,9

vf - vi

vf - vi

vluz no ar 0

2

Atendendo a que o módulo da velocidade está a diminuir, a força resultante deverá ter sentido contrário à velocidade.

vimento retilíneo uniforme ou está em

instante em que a força deixou de atuar, ou

3 * (0,8 - 0,2)

, a equação da resultante das Dt forças pode ser escrita na forma:

t = 3 s.

mover-se com velocidade igual à que tinha no

2

Como a =

Identificar o tipo de movimento a partir de

forças passa a ser nula, o corpo continuará a

§A=

Assim, o espaço percorrido, s, será 0,9 m. 5.6.3. (C) » = ma » ± Fr = ma F r

§ v = 1,2 m s-1

a partir do instante em que a resultante das

B*h

=

3,0 * 108 343

= 8,7 * 105

Identificar a ordem de grandeza do número obtido. Dado que o primeiro algarismo do número que identifica a razão entre as velocidades é 8, ou seja, superior a 5, então, a ordem de grandeza é a potencial de base 10 com o expoente aumentado de uma unidade. O valor determinado está mais próximo de 106 do que de 105. Assim, a ordem de grandeza é 106. © Edições ASA

11

Física


6.2. De acordo com o texto, a velocidade do som

6.5.2.

no ar depende da densidade e da temperatura

Comparar a amplitude das duas ondas.

do ar.

As ondas A e B têm a mesma amplitude.

6.3. O som no ar propaga-se através de ondas me-

Comparar a frequência das duas ondas.

cânicas longitudinais, gerando-se zonas de

A frequência da onda A é inferior à frequência

elevada densidade de partículas e zona de

da onda B.

baixa densidade. As zonas de elevada densi-

Comparar a intensidade do som A e B.

dade de partículas são zonas de elevada pres-

Para sons com a mesma amplitude, quanto

são e designam-se zonas de compressão. As

maior for a frequência do som maior é a inten-

zonas de reduzida densidade são zonas de

sidade. Como A e B têm a mesma amplitude,

baixa pressão e designam-se zonas de rarefa-

o de maior frequência é o de maior intensi-

ção. É nesta sequência de compressões e ra-

dade. Assim, o som B é mais intenso que o

refações que consiste a propagação de um som no ar.

som A. 6.6. Determinar a velocidade do som no ar à

6.4.1.

temperatura de 35 °C. vsom(ar) = (331 + 0,606 * q)

Um sinal puro ou simples é representado em termos temporais ou espaciais por uma fun-

vsom(35 °C) = 331 + 0,606 * 35 §

ção sinusoidal. É possível determinar com cla-

§ vsom(35 °C) =352 m s-1

reza o comprimento de onda ou o seu período.

Determinar o comprimento de onda da onda

6.4.2.

sonora a 35 °C.

(A)

f = 1100 Hz

f = 440 Hz 1

T=

f

§T=

1 440

v = lf § l = § T = 2,27 * 10 s §

§l=

f

-3

352 1100

§

§ l =0,320 m § l = 320 mm

§ T = 2,27 ms

A 35 °C, o comprimento de onda da onda so-

No gráfico A, 2T = 4,54 ms § T = 2,27 ms.

nora é 320 mm.

Este é o gráfico que traduz corretamente o período de som. 6.5.1.

6.7. Relacionar o intervalo de tempo de propagação com a velocidade.

Analisar a representação gráfica da figura. A representação gráfica traduz a variação temporal de duas ondas, A e B. Destes gráficos podemos obter o período do movimente e

v=

d Dt

§ Dt =

Dtgranito =

consequentemente a frequência. Comparar o período e a frequência das ondas A e B TA > TB ± fA < fB

Dtcobre =

d Dt

dgranito vgranito

dcobre vcobre

Comparar as distâncias percorridas.

Comparar os comprimentos de onda de A e

A leitura no gráfico de barras permite concluir

B.

que a velocidade do som no cobre é 6000 m s-1

As duas ondas propagam-se no mesmo meio,

e no granito 3600 m s-1.

assim, têm a mesma velocidade de propaga-

Dtgranito = Dtcobre §

ção. v=

l T

§ l = vT

Dado que a velocidade de propagação é a mesma, quanto maior for o período maior é o

§ dcobre = dcobre =

tem maior período, terá maior comprimento de onda. © Edições ASA

dgranito vgranito

dgranito vgranito

comprimento de onda. Assim, como a onda A

12

v

§ dcobre =

dgranito vgranito

=

dcobre vcobre

§

* vcobre

* vcobre §

1,00 3600

* 6000 § dcobre =1,67 m

Física


No intervalo de tempo em que o som percorre 1,00 m no granito, percorre 1,67 m no cobre. 6.8.1. Determinar o valor médio do intervalo de tempo medido. D √ t=

5,71 + 5,97 + 5,45 + 5,60 4

§D √ t =5,68 ms

Exprimir o intervalo de tempo médio em unidades SI, ou seja, segundo. √Dt =5,68 ms § √Dt = 5,68 * 10-3 s Determinar o valor da velocidade do som no ar. v=

d

§ vsom =

2,00

§ 5,68 * 10-3 √Dt § vsom = 352 m s-1 A velocidade do som determinado nestas condições experimentais é 352 m s-1. 6.8.2. Se as mãos estiverem alinhadas com os microfones, o intervalo de tempo que é registado corresponde ao tempo que o som resultante da palmada demora a ir de um microfone ao outro, ou seja, de A a B. Se a palmada não for dadas em linha com os microfones, o intervalo de tempo obtido pode não corresponder ao tempo que pretendemos. 6.8.3. Uma das alterações que se observaria é que o intervalo de tempo que o som demora de A a B ia aumentar. Por outro lado, como o microfone B está mais afastado haverá maior perda de intensidade do som ao chegar a este microfone e como consequência os picos observados deverão ter menor amplitude. 7.

Descobrindo a rádio

7.1. O pensamento pioneiro de Maxwell foi escrever quatro equações que unificam o campo elétrico com o campo magnético. 7.2. A experiência de Hertz foi a primeiro processo experimental para gerar em laboratório ondas de rádio. Assim, deu-se início ao desenvolvimento da tecnologia que veio a permitir as comunicações a grandes distâncias. 7.3. (A) 7.4.1. O sinal representado é digital já que a variação da grandeza representada no eixo vertical, habitualmente a diferença de potencial (U), não varia

de forma contínua, mas antes parece ser uma representação com base num código binário. 7.4.2. Ao contrário dos sinais analógicos, nos sinais digitais é mais fácil eliminar ruídos e é possível copiá-los um elevado número de vezes sem que percam qualidade relativamente ao sinal inicial. 7.5.1. 1 – Sinal ou mensagem que se pretende transmitir 2 – Onda portadora 3 – Sinal modulado 7.5.2. A modulação representada na figura da direita corresponde a uma modulação em frequência (FM), já que a onda modulada relativamente à onda portadora sofre alteração a nível da frequência, mantendo-se a amplitude. 7.5.3. A modulação FM como não é sensível a alterações de amplitude é, por isso, pouco afetada pelo ruído. 7.6.1.1. O campo elétrico criado por uma carga pontual positiva num ponto à distância d da carga criadora tem direção radial e sentido do ponto para o exterior. Se a carga for negativa, o campo criado por esta carga nesse ponto é também radial mas dirigida do ponto para a carga. Assim, no esquema A, o campo criado no ponto X vai ser a soma do campo criado pela carga positiva e do campo criado pela carga negativa. Como os vetores que representam estes campos têm a mesma direção se sentido, o campo em X terá a direção da reta que une as cargas e sentido do ponto X para a carga negativa. 7.6.1.2. No esquema A, os vetores que representam o campo criado pelas cargas têm a mesma direção e sentido. Assim, nesse esquema, o valor do campo em X é a soma do valor do campo criado pela carga positiva e negativa. No esquema B, os vetores que representam o campo têm a mesma intensidade, mas sentidos opostos. Assim, o campo no ponto Y será » = 0. » nulo, isto é, E(Y) Como consequência, a intensidade do campo elétrico em X é superior à intensidade do campo em Y, já que neste ponto é nulo. © Edições ASA

13

Física


7.6.1.3. O campo criado por duas cargas simétricas é o representado na figura da direita. As linhas de campo do campo criado por duas cargas elétricas simétricas são orientadas de uma carga para a outra (da carga positiva para a carga negativa), sendo linhas “fechadas” de uma carga até à outra. 7.6.2.1. Esquema C. A orientação das linhas de campo do campo magnético gerado por uma corrente num fio condutor longo, é dada pela regra da mão direita. Quando o polegar aponta no sentido da corrente, os restantes 4 dedos ao “agarrarem” o fio movimentam-se no sentido das linhas de campo. Como no esquema A, a corrente tem sentido descendente, as linhas de campo serão orientadas em sentido contrário ao representado na figura. As linhas de campo do campo magnético orientam-se do pólo norte para o pólo sul. Assim, no esquema B o sentido das linhas de campo está errado. 7.6.2.2. (D) As linhas de campo num ponto têm por tangente o vetor campo magnético. Este tem o sentido das linhas de campo. A unidade SI da intensidade do campo magnético é o tesla (T). 7.6.3.1. Faraday descobriu que o movimento de um íman nas proximidades de um fio condutor gera uma corrente elétrica nesse fio condutor. 7.6.3.2. Movimentando o íman no interior de uma bobina nos sentidos indicados fará com que haja variação do fluxo magnético através das espiras e, como consequência, gerar-se-á uma força eletromotriz induzida que origina uma corrente elétrica. Assim, o ponteiro do microamperímetro movimentar-se-á num sentido quando o íman se aproxima da bobina e em sentido contrário quando o íman se afasta do enrolamento de fio metálico. 7.6.3.3. Identificar o processo de determinar a força eletromotriz induzida. O módulo da força eletromotriz (e) é dado por: Df . O fluxo magnético (f) para N espi|e| =∆ Dt ras é determinado através da expressão

| |

14

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f = N B A cos q (sendo q o ângulo entre o campo magnético e a normal ao plano da espira. Determinar a área de cada espira. Espira circular: A = pr2 § A = p(5 * 10-2)2 § A = 8,5 * 10-3 m2 Determinar a força eletromotriz induzida no intervalo de tempo [0 ; 2[ s. Como neste intervalo de tempo o módulo do campo magnético é constante, não há variação de fluxo magnético nas espiras, pelo que a força eletromotriz é nula. Determinar a força eletromotriz induzida no intervalo de tempo [2 ; 6[ s. f(t = 2 s) = 100 * 0,002 * 8,5 * 10-3 § § f(t = 2 s) = 1,7 * 10-3 Wb f(t = 6 s) = 100 * 0 * 8,5 * 10-3 § § f(t = 2 s) = 0 Df 0 - 1,7 * 10-3 |e| =∆ §e= § Dt 6-2

| |

|

|

§ e = 4,3 * 10 V O módulo da força eletromotriz induzida no intervalo de tempo [2 ; 6[ s foi de 4,3 * 10-3 V. 7.6.3.4. Um microfone de indução é fundamentalmente constituído por uma bobina móvel, a que está acoplada uma membrana e um íman que permanece fixo dentro do micofone. Quando ondas sonoras atingem a membrana, esta oscila e a bobina que lhe está associada move-se no campo magnético gerado pelo íman. Como há variação do fluxo magnético nas espiras da bobina, é gerada uma força eletromotriz induzida. Como a diferença de potencial criada é muito pequena, o sinal é amplificado e depois enviado para os altifalantes. -3

8.

Comunicar com radiação eletromagnética

8.1.1. (C) Pela leitura direta da tabela verifica-se que quanto maior é o comprimento de onda, menor é o índice de refração de um dado meio para cada radiação. Na opção C, refere-se que quanto maior for a frequência maior é o índice de refração. A velocidade de propagação, o comprimento de onda e a frequência relacionam-se através da expressão: v = lf. Como num dado meio, quanto maior for a frequência menor é o comprimento de onda, opção C é a correta.

Física


8.1.2. O índice de refração de uma radiação num c dado meio é dado por n = , em que v é a vev locidade da luz nesse meio e c a velocidade da luz no vazio. c c n= §v= v n Como c é uma constante (velocidade da luz no vazio), quanto maior for o índice de refração, menor é a velocidade da luz nesse meio. Assim, para o mesmo comprimento de onda, o meio que tem maior índice de refração é o vidro B, pelo que é neste meio que a luz se propaga com menor velocidade. 8.1.3. O índice de refração do revestimento do núcleo de uma fibra ótica deverá ser menor do que o valor do índice de refração do núcleo. Só deste modo poderá ocorrer reflexão total quando luz que se propaga no núcleo incide na superfície de separação núcleo-revestimento. O princípio de funcionamento das fibras óticas baseia-se no fenómeno de reflexão total. Assim, o revestimento do núcleo da fibra deverá ser feito com vidro A. 8.1.4. Identificar o índice de refração do vidro A e da água para radiação de comprimento de onda 800 nm. n(l = 800 nm para o vidro A) =1,511 n(l = 800 nm para a água) = 1,328 Aplicar a lei de Snell-Descartes. n1sinq1 = n2sinq2 § 1,511 sinq1 = 1,328 sin 53° 1,328 sin 53° sinq1 = § sinq1 = 0,702 ± 1,511 ± q1 = 45° O ângulo de incidência é de 45°. 8.1.5. (B) O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Como a luz está a passar de um meio menos denso para um meio mais denso, o raio refratado vai ter menor velocidade que o raio incidente, pelo que se aproxima da normal. Assim, o ângulo de refração será menor que o ângulo de incidência e, como tal, menor que o ângulo de reflexão. 8.2. O índice de refração de uma radiação num c dado meio é dado por: n = . v Na lâmina A, o ângulo de refração é maior que na lâmina B. Assim, a velocidade de propagação se luz na lâmina A é maior que na lâmina B.

Pela definição de índice de refração, quanto maior for a velocidade de propagação num meio menor é o índice de refração desse meio. Assim, o vidro da lâmina A tem menor índice de refração que o da lâmina B. 8.3. (B) Expressar o índice de refração em função da velocidade da luz no vazio e no líquido transparente. c n(líquido) = vlíquido Exprimir a velocidade da luz num dado meio em função da distância e o intervalo de tempo. dA No vazio: c = Dt dB No líquido transparente: vlíquido = Dt Deduzir a expressão do índice de refração: dA c Dt n(líquido) = § n(líquido) = § dB vlíquido § n(líquido)=

Dt

dA dB

8.4. O declive da reta traçada no gráfico traduz o índice de refração do meio B em relação ao meio A. nA sin i = nB sin r § sin i =

nB nA

sin r

Comparando esta equação com y = k x, assim, nB sin i será y, a constante de proporcionalinA dade e x será sin r. 8.5.1. As ondas em A e B antes de sofrerem difração têm igual comprimento de onda, podendo ser geradas pela mesma fonte, no mesmo meio. 8.5.2. Ocorre difração quando a ordem de grandeza do comprimento de onda das ondas que encontram obstáculos ou fendas é aproximadamente igual ou maior que as dimensões desses obstáculos ou fendas. Na figura A, a dimensão da fenda é muito maior que o comprimento de onda das ondas que a atravessam. Assim, a difração é pouco significativa. Já no esquema B é bem visível a ocorrência de difração. Neste esquema, a dimensão da fenda através da qual as ondas passam é da ordem de grandeza do comprimento de onda das ondas. Deste modo, ocorre difração apreciável. © Edições ASA

15

Química


1.

O AMONÍACO NA SOCIEDADE O amoníaco (NH3) é uma das substâncias produzidas na indústria química que tem mais impacto na nossa sociedade. É utilizado na produção de fertilizantes, de explosivos, de corantes e de ácido nítrico. A nível agrícola, o uso intensivo dos solos torna-os mais pobres, pelo que é necessário adicionar-lhes quantidades significativas de compostos que contenham azoto, fósforo e potássio. A adição é feita a partir de adubos, sendo os mais importantes os azotados, que são fabricados a partir de Adubo azotado. amoníaco e ácido nítrico. O amoníaco forma-se pela reação de síntese, a elevada pressão, recorrendo ao azoto atmosférico e ao hidrogénio. Um dos objectivos fundamentais da indústria de produção do amoníaco é obtê-lo ao preço mais baixo possível, mas respeitando as regras de segurança e de proteção ambiental.

1.1.

Explique em que consiste uma reação de síntese.

1.2.

Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte: O azoto utilizado na síntese do amoníaco é obtido a partir do ar por…

1.3.

(A) … decantação em funil.

(B) … destilação fracionada.

(C) … destilação simples.

(D) … centrifugação.

O gráfico mostra como varia a constante de equilíbrio, Kc, da síntese do amoníaco em função da temperatura.

Kc

1.3.1. Escreva a equação química que traduz a síntese do amoníaco. 1.3.2. Escreva a expressão da constante de equilíbrio e explique como esta varia com a temperatura. 1.3.3. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correcta. (A) A diminuição da temperatura aumenta o rendimento da reação.

Temperatura

Variação da constante de equilíbrio da síntese do amoníaco com a temperatura.

(B) A elevação da temperatura diminui a velocidade da reação. (C) A reação de síntese do amoníaco é endotérmica. (D) A elevação de temperatura favorece o consumo de H2 e de N2. 1.3.4. Indique o significado de cada um dos seguintes símbolos encontrados no rótulo de uma solução aquosa de amoníaco a 25% (m/m).

(A)

(B)

(C)

(D)

1.3.5. Refira por que motivos são impostas condições de segurança na manipulação do amoníaco.

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243

Química


1.4.

O gráfico da figura representa, aproximadamente, as percentagens de amoníaco em equilíbrio com os gases azoto (N2) e hidrogénio (H2) na mistura da reação, a diferentes pressões e temperaturas. 70

% de NH3 na amostra

60 50

300 °C

40 30

350 °C

20

400 °C X

10 0

500 °C 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Ptotal/atm

Composição do sistema reacional.

1.4.1. Atendendo apenas à informação contida no gráfico da figura anterior, selecione a única alternativa correcta. (A) A formação de amoníaco é favorecida em condições de alta temperatura e alta pressão. (B) A reação de formação de amoníaco é um processo endotérmico. (C) Em recipiente fechado, a pressão constante, o aumento de temperatura favorece a decomposição do amoníaco em hidrogénio e azoto. (D) Em recipiente fechado, a pressão constante, um aumento de temperatura faz aumentar o valor da constante de equilíbrio. 1.4.2. Admita que a reação de síntese de amoníaco realizada à temperatura de 400 °C e à pressão de 130 atm tenha produzido 75 toneladas de amoníaco até se atingir o equilíbrio. Se essa síntese tivesse sido feita à temperatura de 300 °C e à pressão de 100 atm, quantas toneladas a mais de amoníaco seriam obtidas? Apresente todas as etapas de resolução. 1.4.3. Refira, justificando, se a linha do gráfico da figura, assinalada com x, pode corresponder aos dados de equilíbrio para uma reação realizada à temperatura de 500 °C na presença de um catalisador. 1.4.4. Com base no conceito de equilíbrio químico e nos dados fornecidos, indique quais seriam, teoricamente, as condições de pressão e temperatura que favoreceriam a formação de NH3. Fundamente sua resposta. 1.4.5. Na prática, a reação é efectuada nas seguintes condições: pressão entre 200 e 300 atmosferas, temperatura de 450 °C utilizando-se ferro metálico como catalisador. Justifique por que motivo essas condições são utilizadas industrialmente para a síntese de NH3. 1.5.

Considere a variação de entalpia (!H) para a reação de síntese do amoníaco -93 kJ.

Tipo de ligação H-H

436

Complete a tabela que se segue, determinando o valor x.

N≠N

94

H-N

x

Apresente todas as etapas de resolução.

244

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Energias de ligação.

Energia de ligação / kJ mol-1

Química


1.6.

A cisplatina ou cis-diaminodicloroplatina (II), cuja fórmula química é Pt(NH3)2Cl2, é um agente antineoplásico. Desempenha um papel importante no tratamento de diversos tipos de cancro, sendo utilizado na maioria dos protocolos de tratamento de diversas neoplasias (testículo, ovário, garganta, bexiga, esófago, etc). Este princípio activo é preparado através da reação de amoníaco com o tetracloroplatinato de potássio – K2PtCl4 – segundo a reação traduzida pela seguinte equação: K2PtCl4 + 2 NH3 " Pt(NH3)2Cl2 + 2 KCl

1.6.1. Considere uma situação em que se utilizaram 10,0 g de amoníaco e 100,0 g de tetracloroplatinato de potássio – K2PtCl4. 1.6.1.1. Determine a quantidade de cisplatina que se formou nas condições referidas, admitindo um rendimento de 80,0%. 1.6.1.2. Determine a quantidade de reagente que ficou por reagir. 1.6.2. Considere os dados da tabela seguinte. Dados físico-químicos Solubilidade em água Ponto de fusão Massa molar Densidade a 20 °C

Pt(NH3)2Cl2

K2PtCl4

2,5 g/L (20 °C)

10 g/L (20 °C)

270 °C (decomposição)

250 °C

300,05 g/mol

415,09 g/mol

3,7 g/cm3

3,4 g/cm3

5-7

4-5

Valor de pH da solução saturada a 20 °C Dados físico-químicos de reagente e produto da reação.

1.6.2.1. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correta. (A) Uma solução saturada de Pt(NH3)2Cl2 é mais ácida que uma solução saturada de K2PtCl4. (B) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 apresentam a mesma concentração de iões H3O+. (C) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 podem apresentar a mesma concentração em iões H3O+. (D) Soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 não possuem iões OH- em solução aquosa. 1.6.2.2. Com base na informação apresentada, selecione a alternativa correta. (A) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4 é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2. (B) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4 é 1,1 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2. (C) Para iguais massas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4 é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2. (D) Para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2 é 1,5 vezes maior que o volume ocupado pelo K2PtCl4. 1.7.

Estudos feitos sobre a composição química de cigarros mostram que estes possuem amoníaco na sua composição. A adição de amoníaco é feita para aumentar os níveis de absorção de nicotina pelo organismo.

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Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte. Em cigarros cuja massa de amoníaco é cerca de 14 mg, podemos afirmar que cada um contém… (A) … 7 * 1019 moles de NH3. (B) … 5 * 1020 átomos de H, provenientes de NH3. (C) … 5 * 1020 moléculas de NH3. (D) … 1,5 * 1021 átomos de N, provenientes de NH3. 1.8.

A figura representa três cilindros, de igual volume, cheios com diferentes misturas gasosas. O conteúdo dos três recipientes encontra-se à mesma pressão e temperatura e admite-se que todos os gases ou misturas gasosas tem comportamento de gases perfeitos.

NH3

NH3

+

+

H2

N2

Y

Z

NH3

X

1.8.1. Selecione a alternativa que completa corCilindros contendo materiais gasosos. rectamente a frase seguinte. A ordem crescente da massa dos cilindros é: (A) X < Y < Z

(B) X < Z < Y

(C) Y < X < Z

(D) Y < Z < X

1.8.2. O primeiro cilindro contém 4,48 dm3 de amoníaco, em condições normais de pressão e temperatura (PTN). Selecione a alternativa que permite calcular o número moléculas (N) de amoníaco que existem nesse cilindro. (A) N = 4,48 * 22,4 * 6,02 * 1023 moléculas. 22,4 (B) N = * 6,02 * 1023 moléculas. 4,48 4,48 (C) N = * 6,02 * 1023 moléculas. 22,4 4,48 (D) N = moléculas. 22,4 * 6,02 * 103 1.9.

A indústria de produção de ácido nítrico (HNO3) usa o amoníaco (NH3) como matéria-prima. Admita que o processo considerado pode ser traduzido pela equação: " 4 HNO (aq) + 10 H O (l) + 4 NO (g) 8 NH3 (g) + 13 O2 (g) @ 3 2

1.9.1. Misturaram-se 225 dm3 de NH3, com oxigénio suficiente, nas condições PTN. Determine a massa, em gramas, de HNO3 produzida, sabendo que o rendimento da reação é de 90,0%. 1.9.2. Explique o motivo pelo qual o amoníaco é considerado uma base segundo a teoria de Brönsted-Lowry, mas não o é segundo a teoria de Arrhenius. 1.9.3. O ácido nítrico (HNO3) é constituído por átomos de oxigénio, azoto e hidrogénio. Comente a afirmação: O raio atómico do azoto é inferior ao raio atómico do oxigénio. 1.10.

246

Para detetar se um produto comercial continha azoto amoniacal, um grupo de alunos efec-

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tuou alguns ensaios laboratoriais. Para evitar dificuldades na obtenção dos resultados, utilizaram também duas amostras padrão. Amostra padrão A – amostra de referência Amostra padrão B – amostra em branco 1.10.1. Justifique o facto de os alunos usarem diferentes testes laboratoriais para identificar a presença do azoto amoniacal no produto em análise. 1.10.2. Justifique a necessidade de usarem as amostras padrão A e B referidas. 1.11.

O diagrama seguinte apresenta uma possível organização da atividade laboratorial realizada pelos alunos. Complete-o, indicando:

1.11.1. a designação da operação I; 1.11.2. a espécie química representada pela letra C; 1.11.3. os resultados dos testes, representados pelas letras D e E, a uma amostra do produto comercial em estudo.

PRODUTO COMERCIAL

C

Operação I

NH3 Identificado através de

Reação com HCl

Papel vermelho de tornesol humedecido

Reação com CuSO4 (aq)

D

E

Precipitado azul claro Com excesso

Solução adquire cor azul escura

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2.

RENDIMENTO DE UMA SÍNTESE A síntese de um fármaco pode implicar várias fases desde as matérias iniciais até ao produto final; a complexidade dessas fases representa, talvez, o factor mais importante dos custos de produção. Nesse sentido, a indústria química actual tem como objectivo produzir grandes quantidades de produto ao mais baixo custo e respeitando as normas que impõem limites para a emissão de substâncias poluentes, numa lógica de aliar a ciência com a tecnologia e com a sociedade e o ambiente, de forma susSíntese em laboratório. tentada. As sínteses laboratoriais visam a obtenção de produtos não só em quantidades muito superiores àquelas que é possível extrair de fontes naturais, mas também produtos com propriedades idênticas, mais acentuadas ou mesmo inexistentes nos produtos naturais. No laboratório escolar mimetizam-se as sínteses que ocorre em grande escala. Uma das sínteses que é habitual realizar-se é a do sal complexo sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado.

2.1.

De acordo com o texto, identifique a razão que mais contribui para o elevado custo de produção de um dado fármaco.

2.2.

Selecione a opção que completa de forma correcta a frase que se segue. Numa reação de síntese, o produto obtido é sempre…

2.3.

(A) … uma substância simples.

(B) … uma substância iónica.

(C) … uma substância composta.

(D) … uma substância sólida, à temperatura ambiente.

Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações. (A) Quando se pretende realizar, industrialmente, a síntese de um produto é necessário fazer-se um estudo quantitativo das reações químicas envolvidas. (B) Numa reação química, as quantidades de produtos obtidos são, de um modo geral, iguais às previstas pela estequiometria. (C) Um rendimento de 35% significa que apenas reagiu 35% da massa total dos reagentes. (D) Os sais simples são constituídos por um único tipo de catião e um único tipo de anião. (E) Os sais hidratados são aqueles que contêm na sua estrutura, além de iões, moléculas de água. (F) Os sais que não estão hidratados dizem-se anidros. (G) O sulfato de tetraaminocobre (II) monohidratado é um sal complexo.

2.4.

Um grupo de alunos realizou, numa aula laboratorial, a síntese do sal sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado. A reação que traduz a síntese deste sal é: CuSO4.5 H2O (s) + 4 NH3 (aq) " [Cu(NH3)4]SO4.H2O (s) + 4 H2O (l)

2.4.1. Refira o nome do sal hidratado presente nos reagentes da reação. 2.4.2. Para realizar a síntese, o grupo de alunos usou: • 8,0 cm3 de uma solução concentrada de amoníaco (M = 17,00 g mol-1) a 25,0% m/m e r = 0,91 g cm-3; • 2,03 * 10-2 moles de CuSO4.5H2O. 248

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A massa de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado obtida nesta reação foi 3,53 g. 2.4.2.1. Determine qual dos reagentes é o limitante. Apresente todas as etapas de resolução. 2.4.2.2. Calcule o rendimento da reação realizada. 2.5.

Considere os seguintes instrumentos de vidro (as imagens não estão à escala).

5 mL

(A)

10 mL

(B)

(C)

(D)

Selecione a alternativa que melhor se adequa para medir 8,0 cm3 de amoníaco. 2.6.

Os cristais do sal CuSO4.5H2O foram reduzidos a pó num almofariz. Selecione, das alternativas que se seguem, a única que traduz uma ação correcta. (A) Os cristais de sal deveriam ser triturados depois de ter sido feita a pesagem da massa correspondente às 0,020 moles. (B) Os cristais de sal não deveriam ser reduzidos a pó antes da pesagem porque desse modo é mais fácil medir a massa pretendida. (C) Os cristais de sal deveriam ser reduzidos a pó porque assim a dissolução em água é mais fácil. (D) Os cristais de sal deveriam ser reduzidos a pó de modo a diminuir a sua hidratação.

2.7.

Na figura seguinte, as imagens A, B, C , D E e F representam etapas do procedimento laboratorial de preparação do sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado. (A)

(B)

(C)

(D)

(E)

(F)

Etapas de preparação do sal sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado.

2.7.1. Ordene sequencialmente, da fase inicial à final, as imagens de A a F. 2.7.2. Explique que etapa da experiência representa a imagem E.

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2.8.

Para remover a solução na qual os sais de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado se encontram, efectua-se uma filtração por sucção.

2.8.1. Apresente uma razão para ser realizada filtração por sucção e não filtração por gravidade. 2.8.2. Selecione a opção que indica o material necessário à realização da filtração por sucção. (A) Papel de filtro, bomba de sucção, funil de Büchner e kitasato. (B) Centrífuga, papel de filtro e funil de Büchner. (C) Bomba de sucção, funil de líquidos, gobelé e papel de filtro. (D) Papel de filtro, funil de líquidos, centrífuga e kitasato. 2.9.

Explique por que razão a secagem dos cristais de sulfato de tetraaminocobre(II) monohidratado não deve ser realizada numa estufa.

2.10. Além da síntese anterior, há muitas outras que são realizadas a nível da indústria química. Por exemplo, em certas condições de pressão e temperatura, o clorato de potássio pode ser sintetizado a partir do cloreto de potássio e oxigénio. A equação que traduz a formação do clorato de potássio é: 2 KCl (s) + 3 O2 (g) " 2 KClO3 (s) Numa dada reação, fez-se reagir 35,5 g de cloreto de potássio com 20% de impurezas com 42,4 g de oxigénio. 2.10.1. Selecione a alternativa que representa a expressão que permite determinar o número de átomos de oxigénio presentes na amostra de oxigénio usada na reação. (A)

42,4 * 6,02 * 1023 átomos 32,00

(B)

42,4 * 6,02 * 1023 átomos 16,00

(C) 2 *

16,00 * 6,02 * 1023 átomos 42,4

(D) 2 *

42,4 * 6,02 * 1023 átomos 32,00

2.10.2. Determine a massa de clorato de potássio produzida, admitindo que a reação é completa.

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3.

NUM LABORATÓRIO DE QUÍMICA O proprietário de um laboratório químico admite que está a ser enganado por um dos seus fornecedores. Adquiriu, a esse fornecedor, carbonato de sódio com garantia de pureza do produto na faixa de 96 a 98%, mas a utilização que tem feito do produto demonstra uma pureza inferior. Assim, solicitou a um dos seus técnicos de laboratório que verificasse a veracidade das informações, avaliando o grau de pureza da amostra. Num laboratório químico. O técnico começou por preparar uma solução do carbonato de sódio adquirido, dissolvendo 14,75 g de sal num balão volumétrico, obtendo-se 100,00 mL de solução. Dessa solução foi retirada uma amostra de 10,00 mL que posteriormente foi titulada com ácido clorídrico de concentração 0,50 mol dm-3.

3.1.

Da lista de material/equipamento da tabela seguinte, selecione sete elementos que o técnico de laboratório teve de utilizar para preparar a solução de carbonato de sódio. Lista de material/equipamento Vidro de relógio

Garrafa de esguicho com água desionizada

Proveta de 5 mL

Balão volumétrico de 100,00 mL

Medidor de pH

Pipeta volumétrica de 4,00 mL

Termómetro

Pipeta graduada de 4,0 mL

Cronómetro

Garra para buretas

Pompete

Refrigerante de Liebig

Espátula

Agitador magnético

Balança

Bureta de 50,00 mL

Gobelé

Pipeta pasteur

Funil

Suporte universal

Vareta

Matraz de 100 mL

3.2.

Descreva, resumidamente, o procedimento efectuado pelo técnico na preparação da solução.

3.3.

Selecione a única opção que apresenta corretamente a equação química que pode traduzir a titulação da solução de carbonato de sódio pelo ácido clorídrico. (A) HCl (aq) + Na2CO3(aq) " NaCl (aq) + H2CO3(aq) (B) 2 HCl (aq) + Na2CO3(aq) " NaCl (aq) + H2CO3(aq) (C) HCl (aq) + Na2CO3(aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3(aq)

HCl

(D) 2 HCl (aq) + Na2CO3(aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3(aq) 3.4.

A solução de ácido clorídrico usada na titulação foi preparada pelo técnico a partir de ácido concentrado de um frasco cujo rótulo, entre outras informações, continha as indicadas na figura. Frasco com solução de ácido clorídrico.

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3.4.1. Dos seguintes símbolos, indique a alternativa que deve estar presente no rótulo da solução de ácido clorídrico.

(A)

(B)

(C)

(D)

3.4.2. Explique a razão pela qual a preparação de soluções diluídas de ácido clorídrico, a partir da respectiva solução concentrada, deve ser realizada numa hotte. 3.4.3. Sabendo que o volume de solução de ácido preparado foi de 500,00 mL, determine o volume de ácido clorídrico concentrado utilizado para preparar a solução diluída. 3.4.4. Refira o nome e a capacidade do instrumento volumétrico adequado para preparar a solução diluída. 3.4.5. A figura ao lado apresenta a pipeta volumétrica utilizado pelo técnico para medir o volume de solução concentrada necessária para preparar a solução diluída de ácido clorídrico, observando-se a sua capacidade, a incerteza associada à sua calibração ¿ 0,04 mL. Tendo em conta as informações fornecidas, indique o intervalo de valores no qual está contido o volume de solução de ácido clorídrico concentrado medido.

20 + 0,04

mL

3.4.6. O técnico deverá ter alguns cuidados ao efetuar a leitura do nível de líquido na pipeta volumétrica, de modo a medir corretamente o volume de solução aquosa preparada. Considerando o ilustrado na figura seguinte, selecione a única alternativa que corresponde à condição correcta de medição. (A)

(B)

(C)

(D)

Condições de medição do nível de líquido com uma pipeta volumétrica.

3.4.7. Refira o nome do tipo de erro que se pretende evitar ao ter os cuidados referidos em 2.4.6. 3.4.8. Descreva resumidamente o procedimento efectuado pelo técnico para preparar a solução diluída de ácido clorídrico. 3.4.9. Comente a seguinte afirmação: Para fazer a primeira mistura de ácido concentrado com a água é indiferente verter a água sobre o ácido concentrado ou o ácido concentrado sobre a água. 3.5.

252

Para efetuar a titulação da solução de carbonato de sódio, o técnico começou por preparar a bureta para, de seguida, a encher com solução diluída de HCl.

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Realizou quatro ensaios, nas mesmas condições, a 25 °C, tendo obtido os resultados registados na tabela apresentada a seguir. 1.° ensaio Registo de resultados experimentais.

2.° ensaio

3.° ensaio

4.° ensaio

Vinicial/cm3

4,25

3,15

15,25

2,18

Vfinal/cm3

54,25

53,25

67,75

52,08

3.5.1. Explique o que se deve entender por “preparar a bureta”. 3.5.2. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem sequencialmente os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta. Para medir as quatro amostras de titulado utilizou-se ____________________ e para efectuar a titulação __________________________ (A) … um gobelé… uma proveta.

(B) … uma proveta… uma bureta.

(C) … uma pipeta… uma bureta.

(D) … uma bureta… uma proveta.

3.5.3. Justifique por que motivo, aquando da preparação do material para fazer a titulação, se: 3.5.3.1. deve passar a bureta pela solução de ácido clorídrico 0,50 mol dm-3; 3.5.3.2. deve passar a pipeta volumétrica pela solução de carbonato de sódio; 3.5.3.3. não deve passar o matraz por nenhuma destas soluções. 3.5.4. Relativamente aos volumes de titulante medidos, pode afirmar-se: Selecione a única alternativa correcta. (A) O 4.° ensaio deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3. (B) Nenhum dos ensaios deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3. (C) O 3.° ensaio deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,05 cm3. (D) Nenhum dos ensaios deve ser desprezado e a incerteza da leitura é 0,1 cm3. 3.5.5. Refira em que fase da adição de HCl (aq) se obtém uma maior variação de pH nos ensaios de titulação efectuados. 3.5.6. Determine o volume de titulante gasto na titulação, exprimindo esse resultado em função do valor mais provável. Apresente todas as etapas de resolução. 3.6.

Determine a concentração da solução de carbonato de sódio. Apresente todas as etapas de resolução.

3.7.

Das curvas de titulação a seguir apresentadas, selecione a única que pode traduzir a titulação do carbonato de sódio com o ácido clorídrico. Justifique a sua opção. pH

7

(A)

pH

p.e.

vtitulante

7

(B) p.e.

vtitulante

pH

7

(C)

pH

p.e.

vtitulante

7

(D)

p.e. vtitulante

Curvas de titulação.

3.8.

Explique, recorrendo a cálculos, o motivo pelo qual o laboratório deve devolver o lote de carbonato de sódio adquirido ao fornecedor. © Edições ASA

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4.

QUALIDADE DO LEITE Um dos factores que determinam a qualidade do leite é a sua acidez. O leite logo após a ordenha possui uma acidez natural devido à presença, na sua composição, de caseína, fosfatos, albumina, dióxido de carbono, citratos e outros componentes. Essa acidez pode ser aumentada pela formação de ácido láctico, que é produzido pela degradação da lactose por bactérias também presentes no leite. Neste caso, essa acidez indica que a atividade microbiana no produto é muito elevada e, por isso, o leite Leite do dia. pode tornar-se impróprio para consumo. A acidez natural do leite varia entre 13 e 17, expressa pela Norma Portuguesa NP–470 (de acordo com esta norma, entende-se por acidez de um leite, o volume de solução alcalina 1,0 mol dm-3, expresso em cm3, necessário para neutralizar 1,0 dm3 de leite). De acordo com a referida NP, se a acidez de uma dada amostra de leite for inferior a 17, esse leite é próprio para consumo. A acidez do leite também pode ser expressa em quantidade de H3O+ (número de moles) por litro de leite ou em gramas de ácido láctico por litro de leite. O leite proveniente de diversas fontes, após misturado, apresenta pH que varia entre 6,6 e 6,8 (6,7 a 20 °C ou 6,6 a 25 °C). A densidade do leite varia entre 1,023 g/mL e 1,040 g/mL, a 15 °C.

4.1.

Escreva a equação química que traduz a ionização do ácido láctico, CH3CHOHCOOH, em água.

4.2.

Determine o valor médio da densidade do leite a 288,15 K. Apresente todas as etapas de resolução e o valor determinado com o número de algarismos significativos correto.

4.3.

Na indústria de laticínios, tendo em vista a qualidade dos produtos, um dos parâmetros fundamentais a ser controlado é a acidez do leite. Determina-se esse parâmetro, fazendo-se reagir amostras de leite com uma solução aquosa de hidróxido de sódio até completa neutralização. Num dos ensaios, uma amostra de 10,00 cm3 de leite foi titulada com solução de hidróxido de sódio de concentração 0,100 mol dm-3.

4.3.1. Explique o significado da expressão “(…) fazendo-se reagir amostras de leite com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, até completa neutralização”. 4.3.2. Para efectuar a titulação preparou-se uma bureta com hidróxido de sódio. Na figura está representado o nível de titulante na bureta no início e no final da titulação.

Nível de líquido na bureta no início e no final da titulação.

12

14

13

15

Início da titulação

Final da titulação

Determine o volume de titulante gasto na titulação do 10,00 mL de leite. Apresente todas as etapas de resolução. 254

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4.3.3. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase seguinte: A pipeta que foi usada para a medição das tomas de leite tem de ser… (A) … muito bem lavada e passada por água desionizada. (B) … muito bem lavada, passada por água desionizada e obrigatoriamente seca. (C) … muito bem lavada, passada por água desionizada e pelo leite que de seguida vai medir. (D) … muito bem lavada, passada por água desionizada e colocada a secar na estufa. 4.3.4. Selecione a única alternativa que refere o material de vidro necessário para efectuar, com rigor, a titulação referida em 3.3. (A) Pipeta graduada de 10 mL, matraz de 50 mL, bureta de 25,00 mL. (B) Pipeta volumétrica de 10,00 mL, balão volumétrico de 12,00 mL, bureta de 25,00 mL. (C) Pipeta volumétrica de 10,00 mL , matraz de 50 mL, bureta de 25,00 mL. (D) Pipeta graduada de 10 mL, balão volumétrico de 20,00 mL, bureta de 25,00 mL. 4.3.5. Tendo em consideração o leite em estudo, selecione a única alternativa correcta. (A) A 20 °C, 500 mL desse leite contém, em média, 1 * 10-7 mol de iões H3O+. (B) Em qualquer amostra desse leite, à temperatura de 25 °C, a [OH-] é menor do que a [OH-] à temperatura de 20 °C. (C) A 25 °C, o pH desse leite é inferior ao seu pH a 20 °C, porque o aumento de temperatura diminui a ionização das substâncias ácidas. (D) A 20 °C, 500 mL desse leite podem conter 5 * 10-8 mol de iões OH-. 4.3.6. Selecione a única alternativa que completa corretamente a frase seguinte. Tendo em consideração a titulação em estudo, podemos prever que, a 25 °C, a solução resultante no ponto de equvalência… (A) … será ácida e torna carmim a fenolftaleína. (B) … terá pH = 7. (C) … terá pH superior a 7. (D) … terá pH menor do que 7. 4.3.7. Determine, apresentando todas as etapas de resolução, a acidez do leite em estudo expressa: 4.3.7.1. em quantidade de ácido láctico por litro de leite; 4.3.7.2. em massa de ácido láctico, expressa em gramas, por litro de leite. 4.3.8. Tendo como referência a Norma Portuguesa NP–470, verifique se o leite de onde foi retirada a amostra para análise é próprio para consumo. 4.4.

Em sistemas como o leite, a acidez, seja ela resultante de ácidos fortes ou de ácidos fracos, é determinada por titulação. Se o ácido HA do leite fosse um ácido forte, a concentração desse ácido no leite originaria um pH de 1,7. No entanto, sabe-se que o leite tem pH de cerca de 6. Considerando a diferença entre ácidos fortes e fracos, justifique o valor mais elevado do pH do leite.

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Química


5.

CONTROLO DA ACIDEZ DE UM AQUÁRIO A água dos aquários deve ser controlada, nomeadamente a nível do pH. Mudanças bruscas no valor do pH são perturbadoras para os peixes e, por outro lado, a concentração de iões H3O+ deve ser compatível com as características dos peixes. Assim, é necessário manter estável o pH. A correção do pH pode ser feita utilizando-se várias substâncias. Para acidificar a água do aquário podem ser utilizadas soluções de ácido clorídrico (HCl) ou ácido fosfórico (H3PO4). Porém, deve ser tomado muito cuidado na manipulação destas substâncias, pois trata-se de ácidos fortes que podem causar queimaduras em contacto com a pele, além do ião fosfato (PO43-) permitir a proliferação de algas. A título de exemplo, se se deseja corrigir o pH de 7 para 6,8, deve utilizar-se uma solução 30% (m/m) de HCl na proporção de 1 gota (0,2 cm3) para cada 3,0 L de água.

5.1.

Com base na informação do texto, selecione a única alternativa correcta. (A) Numa solução neutra, qualquer que seja a temperatura, [OH-] = [H3O+] = 10-7 mol dm-3. (B) Numa solução ácida, qualquer que seja a temperatura, [H3O+] > [OH-]. (C) Numa solução ácida, qualquer que seja a temperatura, [H3O+] < [OH-]. (D) Numa solução alcalina, qualquer que seja a temperatura, [OH-] > 10-7 mol dm-3.

5.2.

Uma solução de ácido clorídrico a 30% (m/m) tem densidade aproximadamente 1,2 g/cm3. A massa de HCl, expressa em gramas, existente numa gota (0,20 cm3) dessa solução é dada por: Selecione a opção correcta. (A) m(HCl) = 0,30 * 1,2 * 0,20 0,30 * 1,2 (B) m(HCl) = 0,20 (C) m(HCl) =

0,30 * 0,20 1,2

(D) m(HCl) =

0,30 1,2 * 0,20

5.2.1. Determine, a 25 °C, a concentração de iões OH- quando pH da solução é 6,8. 5.2.2. O ácido fosfórico pode sofrer três ionizações em água. As equações que traduzem essas ionizações são: " H PO - (aq) + H O+ (aq) I. H PO (aq) + H O (l) @ 3

4

2

2

4

3

" HPO (aq) + H O+ (aq) II. H2PO (aq) + H2O (l) @ 3 " PO 3- (aq) + H O+ (aq) III. HPO 2- (aq) + H O (l) @ 4

4

256

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24

2

4

3

Química


5.2.2.1. Das alternativas seguintes, selecione a única correta. (A) Nestas reações, a água comporta-se como partícula anfotérica. (B) As espécies H3PO4/HPO42- constituem um par ácido-base conjugado. (C) A espécie HPO42- (aq) é uma partícula anfotérica. (D) A espécie PO43- (aq) pode ser um ácido segundo Brönsted-Lowry. 5.2.2.2. Escreva a expressão que traduz a constante de acidez para a primeira ionização do ácido fosfórico. 5.3.

Adicionaram-se 0,05 mol de cloreto de sódio (NaCl) à água do aquário (pH = 7) e verificou-se que o valor de pH não sofreu alteração. Contudo, adicionando-se 0,05 mol de cloreto de amónio (NH4Cl) verificou-se que ocorreu variação no valor de pH. Escreva um pequeno texto em que: – realce o diferente comportamento destes dois sais em água; – preveja se a solução obtida com o cloreto de amónio é ácida ou básica; – justifique a previsão realizada.

5.4.

As piscinas também são sistemas que necessitam de permanentes controlos do pH e da temperatura. O gráfico traduz o produto iónico da água em função da temperatura.

KW 1,0 x 10–13 8,0 x 10–14 6,0 x 10–14 4,0 x 10–14 2,0 x 10–14

Produto iónico da água.

0 0

10

20

30

40

50

60 Temperatura/°C

5.4.1. Classifique a autoionização da água em termos energéticos. 5.4.2. Uma amostra de água de uma piscina foi aquecida à temperatura de 34 °C. O valor do pH da água a essa temperatura era 6,6. Determine o pOH da água dessa piscina a 34 °C, apresentando todas as etapas de resolução.

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257

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6.

ÁGUA, ÁGUA E… MAIS ÁGUA… “Quando o velho marinheiro de Coleride disse “Água, água, por todo o lado, mas nem só uma gota para beber”, dava com isso uma ideia razoável da situação global. A “água para beber” é um centésimo de 1% da água do mundo, cerca de uma gota em cada balde de água. A proporção de água doce do planeta é bastante superior – à volta de 3,5% – , mas a maior parte está congelada nas calotes de gelo e nos glaciares das montanhas. Como a água do mar é corrosiva e tóxica para os animais e plantas terrestres, quase toda a água que utilizamos Água em diferentes estados físicos. tem de vir dessa preciosa centésima parte de 1%. Porém, ao contrário de muitos outros recursos naturais, a água é renovável, ou seja, é reposta continuamente pelo ciclo hidrológico.” in H2O – Uma Biografia da Água, Philip Ball, p. 325 (1.a edição)

6.1.

Explique o significado da frase do texto: “Água, água, por todo o lado, mas nem só uma gota para beber.”

6.2.

Justifique com uma expressão do texto, o facto de a água do mar não ser adequada ao consumo pelos seres vivos terrestres.

6.3.

Substitua a expressão “água para beber” por outra equivalente.

6.4.

Analisaram-se os rótulos comerciais de três águas engarrafadas (X, Y e Z), tendo-se transcrito algumas informações para a tabela apresentada. Tenha em atenção a capacidade das garrafas analisadas. Água X

Água Y

Água Z

Garrafa de 0,5 L

Garrafa de 1 L

Garrafa de 1,5 L

pH

5,71

pH

6,2

pH

5,64

Ião hidrogenocarbonato (HCO3–)

5,2 mg/L


1958 mg/L


8,1 mg/L

Ião sódio (Na+)

6,0 mg/L

Ião sódio (Na+)

604 mg/L

Ião sódio (Na+)

6,0 mg/L

Ião cálcio (Ca2+)

0,90 mg/L

Ião cálcio (Ca2+)

80 mg/L

Ião cálcio (Ca2+)

0,65 mg/L

Sílica (SiO2)

16,8 mg/L

Sílica (SiO2)

56 mg/L

Sílica (SiO2)

13,0 mg/L

Informações contidas em rótulos comerciais de três águas engarrafadas.

6.4.1. Identifique qual das águas é mais ácida. Justifique a sua resposta. 6.4.2. Refira qual das águas se “oporá” menos à formação de espuma. Justifique a sua resposta. 6.4.3. A sílica é um constituinte de cada uma das águas analisadas. 6.4.3.1. Indique se a sílica será uma substância simples ou composta. Justifique a sua resposta. 6.4.3.2. Determine a massa de sílica existente na garrafa de água X.

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6.4.4. Nas águas analisadas há um grande número de sais dissolvidos. Esses sais são compostos iónicos. Escreva a fórmula química dos seguintes compostos iónicos:

6.5.

(A) Carbonato de lítio.

(B) Sulfato de potássio.

(C) Fosfato de amónia.

(D) Hidróxido de magnésio.

(F) Sulfureto de ferro (III).

(G) Brometo de alumínio.

Do ponto de vista químico, a água é uma substância e, como tal, tem propriedades bem definidas. No gráfico, estão representados valores do produto iónico da água, Kw, a diferentes temperaturas, q. KW 10,0 x 10–14

5,0 x 10–14

1,0 x 10–14

Produto iónico da água em função da temperatura.

0

0

10

20 25 30

40

50

60 Temperatura/°C

6.5.1. Escreva a equação química que traduz a autoionização da água, indicando os estados físicos das espécies químicas que nela presentes. 6.5.2. Justifique se a seguinte afirmação é verdadeira: O pH da água a 60 °C é inferior ao pH da água a 25 °C. 6.5.3. Das alternativas seguintes, selecione a única correta. (A) A autoionização da água é um processo exotérmico. (B) O pH da água é 6,0, à temperatura de 25 °C. (C) A autoionização da água a 50 °C é menos extensa do que a 25 °C. (D) A 60 °C o pOH da água é menor do que 7. 6.5.4. Considere uma solução aquosa de ácido clorídrico de concentração 0,030 mol dm-3, à temperatura de 50 °C, completamente ionizado. Determine o pOH da solução, apresentando todas as etapas de resolução. 6.6.

A água é um solvente por excelência de muitos sólidos, líquidos e gases e promove a ocorrência de reações químicas de importância crucial para a vida e para o ambiente. A 25 °C, o pH da água do mar situa-se entre 8,1 e 8,4, enquanto a água da chuva apresenta um valor de pH entre 5,6 e 5,7.

6.6.1. Indique o carácter químico de cada uma das águas referidas, a 25 °C. 6.6.2. Refira o nome do gás responsável pelo valor do pH da água da chuva.

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259

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6.7.

À temperatura de 20 °C, preparam-se três soluções aquosas, A, B e C. A: solução de ácido metanoico, Ka = 1,80 * 10-4 B: solução de ácido etanoico, Ka = 1,74 * 10-5; C: solução de ácido cianídrico, Ka = 6,2 * 10-10.

6.7.1. Escreva os ácidos por ordem crescente da sua força relativa. 6.7.2. Indique, justificando, de entre as bases conjugadas dos três ácidos considerados, qual é a mais forte, em solução aquosa. 6.7.3. A solução aquosa de ácido metanoico, HCOOH, tem pH = 3,0. 6.7.3.1. Escreva a equação química que traduz a ionização do ácido metanoico em água. 6.7.3.2. Determine a concentração inicial de ácido metanoico na solução aquosa preparada. Apresente todas as etapas de resolução. 6.7.4. Comente a afirmação: Apenas com o conhecimento dos valores de Ka dos ácidos presentes nas soluções A, B e C, não é possível dispô-las por ordem crescente do seu valor de pH. 6.8.

Considere duas soluções de igual concentração, 0,02 mol/dm3, uma de ácido acético (CH3COOH) e outra de ácido cianídrico (HCN). À mesma temperatura, Ka (CH3COOH) = 1,8 * 10-5 e Ka (HCN) = 5,0 * 10-10.

6.8.1. Determine a concentração de iões H3O+ na solução de ácido acético. 6.8.2. Das alternativas seguintes, selecione a única correta. (A) A solução de ácido acético terá maior pH do que a de ácido cianídrico. (B) A solução de ácido acético terá menor pH do que a de ácido cianídrico. (C) As duas soluções terão o mesmo pH. (D) Não há dados que permitam comparar o pH das duas soluções. 6.9.

Considere uma solução de cianeto de sódio (NaCN) 0,10 mol dm-3, a 25 °C. Selecione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte. Esta solução aquosa apresenta… (A) … pH = 7. (B) … pH < 7. (C) … pOH > 7. (D) … [H3O+] < [OH-].

6.10. Titularam-se, a 60 °C, 25,0 cm3 de solução de hidróxido de potássio com 12,5 cm3 de solução de ácido nítrico de concentração 0,20 mol dm-3. 6.10.1. Das afirmações seguintes, selecione a única correcta. (A) O pH da solução no ponto de equivalência será 6,5. (B) O pH da solução no ponto de equivalência será superior a 6,5. (C) Durante a titulação, o valor do pH vai aumentando. (D) Durante a titulação, o valor do pH permanece constante. 6.10.2. Determine a concentração da solução de hidróxido de sódio titulada. Kw = 1,0 * 10-13, a 60 °C. 260

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7.

DOS HIDROCARBONETOS AOS COMBUSTÍVEIS As refinarias de todo o mundo processam cerca de 3 biliões de toneladas de petróleo bruto por ano, que é transformado numa grande gama de produtos. Algumas das frações mais leves que se obtém são hidrocarbonetos, constituídos por três ou quatro átomos de carbono por molécula, que constituem o gás combustível liquefeito (GPL). Este é uma mistura de moléculas de butano e de propano que, depois de ser engarrafado, pode ser Refinaria de petróleo. vendido. Por outro lado, as grandes moléculas provenientes da destilação do petróleo podem ser decompostas em moléculas mais pequenas e valiosas. Por exemplo, a qualidade da gasolina produzida é melhorada por um processo conhecido por reformação. No processo de reformação, hidrocarbonetos lineares como, por exemplo, o heptano, são convertidos em moléculas de hidrocarbonetos alifáticos que ardem mais suavemente, causando menos “detonações” nos motores dos automóveis. Diz-se que uma gasolina com elevado teor dessas moléculas de hidrocarbonetos alifáticos tem muitas octanas. A gasolina com mais octanas queima de forma mais eficiente no motor, resultando numa maior potência. Assim, a gasolina de 95 octanas e a gasolina de 98 octanas diferem na eficiência de obtenção de energia.

7.1.

Selecione a alternativa que completa correctamente a frase: De acordo com o texto, a energia aproveitada na queima de gasolina de 95 octanas… (A) … é maior do que a aproveitada na queima da de 98 octanas. (B) … é menor do que a aproveitada na queima da de 98 octanas. (C) … é igual à que se aproveita na queima da de 98 octanas. (D) … não é comparável com a energia aproveitada na queima de gasolina de 98 octanas.

7.2.

O gás combustível liquefeito (GPL) é uma mistura de moléculas de butano e de propano.

7.2.1. Escreva a fórmula de estrutura do butano e do propano. 7.2.2. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase: Nas PTN, em 12,2 dm3 de butano, há… (A) 10 * 6,02 * 1023 átomos de H. (B) 0,05 * 6,02 * 1023 átomos de H. (C) 0,5 * 6,02 * 1023 átomos de H. (D) 5 * 6,02 * 1023 átomos de H. 7.2.3. Na tabela seguinte encontram-se as energias de dissociação das ligações C – C e C – H. Ligação Energias de dissociação.

Energia de dissociação/kJ mol-1

C–C

C–H

346

413

Demonstre que a energia posta em jogo na dissociação das ligações de uma mole de butano é maior do que na dissociação das ligações de igual quantidade de propano. © Edições ASA

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7.2.4. A reação do butano com o oxigénio é traduzida pela equação: 2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) " 8 CO2 (g) + 10 H2O (g) Colocaram-se num sistema reacional 150,0 g de butano e 12,5 mol de oxigénio, obtendo-se, nas PTN, 100,0 dm3 de CO2. Determine o rendimento da reação. Apresente todas as etapas de resolução. 7.3.

A mistura de gases expelida pelo tubo de escape dos automóveis contém dióxido de carbono e monóxido de carbono, que é um gás muito tóxico. Na presença de oxigénio, estabelece-se o seguinte equilíbrio: " CO (g) + O (g) CO (g) @ K (500 °C) = 4 * 10-6 2

2

c

Suponha que, na mistura expelida pelo tubo de escape de um automóvel, as concentrações de dióxido de carbono e de monóxido de carbono são, respectivamente, 10-4 mol dm-3 e 10-5 mol dm-3 e que temperatura da mistura é de 500 °C. A concentração média de oxigénio no ar é 10-2 mol dm-3. 7.3.1. Represente a molécula de dióxido de carbono em notação de Lewis. 7.3.2. Selecione a alternativa que completa correctamente a frase: Nas condições referidas… (A) … o sistema está em equilíbrio químico. (B) … o sistema está a evoluir no sentido directo. (C) … o sistema está a evoluir no sentido inverso. (D) … não podemos prever em que sentido está a evoluir o sistema. 7.3.3. O dióxido de carbono pode reagir com o hidrogénio de acordo com a equação: " CO (g) + H O (g) CO2 (g) + H2 (g) @ 2

a 298 K, DH = 41,4 kJ mol-1.

Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras (V) e falsas (F). (A) A reação é endoenergética. (B) A adição de dióxido de carbono à reação faz aumentar a constante de equilíbrio. (C) A adição de vapor de água ao sistema não faz deslocar o equilíbrio. (D) A diminuição da pressão faz o sistema reacional evoluir no sentido direto. (E) A diminuição do volume do reator faz o sistema evoluir no sentido direto. (F) A 500 K, a constante de equilíbrio terá um valor superior que a 298 K. (G) Removendo hidrogénio, o equilíbrio mantém-se inalterado. (H) Para aumentar o rendimento da reação, pode diminuir-se a temperatura e retirar vapor de água. 7.4.

O monóxido de azoto pode também ser expelido pelo tubo de escape. Num reator, de capacidade 2 L, colocaram-se 0,04 mol de monóxido de azoto e 0,06 mol de oxigénio, tendo reagido de acordo com a equação: " 2 NO (g). 2 NO (g) + O (g) @ 2

2

Atingido o equilíbrio, verificou-se existir 0,0044 mol de NO2. Determine a constante de equilíbrio à temperatura a que decorreu a reação. Apresente todas as etapas de resolução.

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8.

TRANSFERINDO ELETRÕES Certas reações químicas ocorrem porque um dos reagentes cede eletrões (oxidação) e, simultaneamente, outro (ou outros) recebe(m) esses eletrões (redução). Este tipo de transformação é designado por reação de oxidação-redução ou, mais simplesmente, por reação redox. Um dos reagentes é reduzido e o outro é oxidado. Um dos exemplos mais comuns de uma reação de oxidação-reação é a corrosão do ferro, a qual origina a formação da ferrugem. Geradores eletroquímicos. A reação de um ácido com um metal é também, em geral, uma reação redox, na qual o ácido é a espécie reduzida e o metal a oxidada. Uma das aplicações deste tipo de reações é a galvanoplastia, na qual se utiliza uma solução aquosa de um sal como, por exemplo, o nitrato de prata (AgNO3). O objeto que se pretende que seja “prateado”, isto é, revestido a prata, deverá atrair os iões prata (Ag+) para que estes, ao receberem eletrões, se convertam em prata metálica, revestindo o material. A oxidação-redução é também o processo-chave das reações eletroquímicas, isto é, das reações em que há a produção de energia elétrica através de reações químicas. A energia fornecida pelas pilhas é obtida por este processo.

8.1.

Distinga oxidação de redução.

8.2.

Apresente um argumento químico que justifique por que razão é necessário pintar portões e grades de ferro.

8.3.

Traduza por uma equação a seguinte frase do texto. “O objeto que se pretende que seja “prateado”, isto é, revestido a prata, deverá atrair os iões prata (Ag+) para que estes, ao receberem eletrões, se convertam em prata metálica, revestindo o material.”

8.4.

A reação de um ácido com um metal é, também, em geral, uma reação redox. Recorrendo ao conceito de número de oxidação, verifique se a reação seguinte é redox. H2SO4 (aq) + Zn (s) " ZnSO4 (aq) + H2 (g)

8.5.

Observe a figura que traduz algumas possíveis reações de oxidação-redução e a série eletroquímica. Cu(s)

Zn(s)

Ag(s)

Cu2+ (aq)

I Poder redutor de metais e série electroquímica.

Zn2+ (aq)

II Au(s)

Ag(s)

Cu(s)

Ag+ (aq)

Cu2+ (aq)

III Cu(s)

Ni(s)

Fe(s)

IV Zn(s)

Aumento do poder redutor dos metais

8.5.1. Refira, justificando, em que sistemas será de prever a ocorrência de reação.

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8.5.2. Descreva, nas situações em que ocorreu reação, quais foram os resultados observáveis indiciadores de ocorrência de reação. 8.5.3. Dos metais zinco (Zn), cobre (Cu) e prata (Ag), indique qual o que apresenta maior poder oxidante. 8.5.4. Refira os pares conjugados de oxidação-redução relativos às situações em que ocorre reação. 8.5.5. De acordo com os resultados obtidos experimentalmente, selecione a opção que traduz a sequência correta de ordem crescente de poderes oxidantes dos catiões metálicos.

8.6.

(A) Cu2+ < Zn2+ < Ag+

(B) Zn2+ < Ag+ < Cu2+

(C) Cu2+ < Ag+ < Zn2+

(D) Ag+ < Cu2+ < Zn2+

Laboratorialmente verifica-se que uma solução de ácido clorídrico (HCl) reage com o zinco (Zn) mas não reage com a prata (Ag). Explique esta observação laboratorial em termos de oxidação-redução.

8.7.

Tendo em conta a série electroquímica, referida em 4.5., indique o que será de prever quando:

8.7.1. se mergulha um prego de ferro numa solução de sulfato de cobre (II); 8.7.2. se mergulha um fio de cobre numa solução de sulfato de ferro (II). 8.8.

A química do vanádio é digna de referência devido aos diferentes estados de oxidação que este pode assumir. Os estados de oxidação comuns do vanádio são o +2 ( de cor lilás), o +3 (de cor verde), o +4 (de cor azul) e o +5 (amarelo). Os compostos de vanádio (II) são agentes redutores, e os de vanádio (V) agentes oxidantes. O vanadato de amónio, NH4VO3, pode ser reduzido através do metal zinco de maneira a obter as diferentes cores do vanádio nos seus diversos estados de oxidação.

8.8.1. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta. As pilhas de vanádio usam os referidos estados de oxidação, e a conversão dos mesmos é ilustrada pela redução de uma solução fortemente ácida de um composto de vanádio (V) com o pó de zinco. Inicialmente a cor _____________ que é característica do ião vanadato (VO43-) é substituída pela cor _____________ do [VO(H2O)5]2+, seguida da cor _____________ [VO(H2O)6]3+ e da cor _____________ do [VO(H2O)6]2+. (A) … amarelo … azul … violeta … verde

(B)… amarelo … verde … azul … violeta

(C) … amarelo … azul … verde … violeta

(D) … azul … amarelo … verde … violeta

8.8.2. O mais importante composto de vanádio em termos comerciais é o óxido de vanádio (V), o qual é usado como catalisador para a produção de ácido sulfúrico. O composto reage com dióxido de enxofre (SO2) de acordo com a equação química: V2O5 + 2 SO2 " V2O3 + 2 SO3. 8.8.2.1. Selecione a única alternativa que traduz como varia o número de oxidação do enxofre, na transformação da espécie SO2 na espécie SO3. (A) De +6 para +4

(B) De +2 para +3 (C) De +3 para +2 (D) De +4 para +6

8.8.2.2.Determine a variação do número de oxidação do vanádio quando a espécie V2O5 se transforma em V2O3. 8.8.2.3.O catalisador é regenerado por meio de reação com o oxigénio do ar de acordo com a equação química: V2O3 + O2 " V2O5. Comente a seguinte afirmação: O processo de regeneração do catalisador é uma dismutação.

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9.

REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO “As reações de precipitação são frequentes em processos industriais, em medicina e no nosso quotidiano. Por exemplo, o fabrico de muitos compostos químicos industriais, como o carbonato de sódio (Na2CO3), envolve reações de precipitação. A dissolução em meio ácido do esmalte dentário, essencialmente constituído por hidroxiapatite, [Ca5(PO4)3]OH, facilita a cárie. O sulfato de bário (BaSO4) é um sal insolúvel e opaco aos raios-X, sendo por isso usado como meio de diagnóstico de problemas no tubo digestivo. As estalactites e as estalagmites das grutas, constituídas por carbonato de cálcio (CaCO3), também são formadas por uma reação de precipitação, o mesmo acontecendo com muitos alimentos, como o recheio de certos bombons.” in Química, Raymond Chang, p. 758 (5.a Edição)

9.1.

Identifique os iões presentes na hidroxiapatite e a proporção em que se combinam.

9.2.

Refira uma aplicação do sulfato de bário.

9.3.

A solubilidade de um sal num dado solvente varia com diferentes factores. Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras (V) e falsas (F). (A) O produto de solubilidade de um sal pouco solúvel aumenta por adição de solvente. (B) O produto de solubilidade de um sal pouco solúvel diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro. (C) A solubilidade de um sal só depende da temperatura. (D) A solubilidade de um sal pouco solúvel diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro. (E) A solubilidade de um sal pouco solúvel aumenta por adição de solvente. (F) A ordem da solubilidade dos sais, em água, coincide com a ordem dos respectivos produtos de solubilidade, para uma mesma temperatura. (G) O hidróxido de cálcio é mais solúvel numa solução de NH4Cl do que em água pura, embora o respectivo produto de solubilidade só varie com a temperatura.

9.4.

Na tabela está representada a solubilidade em água, a várias temperaturas, de alguns compostos inorgânicos: q/°C

0

20

40

60

80

100

AlCl3.6H2O

30,5

31,4

32,1

32,5

32,7

32,9

CuSO4.5H2O

14,3

20,7

28,5

40,0

55,0

75,4

BaCl2.2H2O

31,6

35,7

40,7

46,4

52,4

58,8

Substância/Solubilidade

Solubilidade de diferentes sais a diferentes temperaturas.

9.4.1. Justifique a afirmação: Os sais presentes na primeira coluna da tabela anterior são hidratados. 9.4.2. Utilizando a máquina de calcular gráfica, represente as curvas de solubilidade destes compostos.

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9.4.3. Comente as seguintes informações. 9.4.3.1. À temperatura de 40,0 °C, a solução que contém 28,5 g de CuSO4.5H2O em 100,0 g de água está saturada. 9.4.3.2. À temperatura de 60,0 °C, a solução que contém 25,0 g de AlCl3.6H2O em 100,0 g de água está saturada. 9.4.3.3. À temperatura de 80,0 °C, a solução que contém 55,0 g de BaCl2.2H2O em 100,0 g de água está saturada. 9.4.4. Indique, justificando, qual destes sais é mais solúvel à temperatura de 100,0 °C. 9.4.5. Justifique, a afirmação seguinte: O valor máximo da massa de BaCl2.2H2O que se pode dissolver em 60,0 g de solvente, a 65 °C, é 28,2 g. Apresente todas as etapas de resolução. 9.5.

A uma solução aquosa 0,10 mol dm-3 em cloreto de bário (BaCl2) e 0,10 mol dm-3 em cloreto de estrôncio (SrCl2), adicionou-se solução aquosa de cromato de potássio (K2CrO4). Ks(BaCrO4) = 1,2 * 10-10 (a 25 °C)

e

Ks(SrCrO4) = 3,5 * 10-5 (a 25 °C)

9.5.1. Preveja o que se observa como resultado da adição. 9.5.2. Determine qual o ião que precipita primeiro. Apresente todas as etapas de resolução. 9.5.3. Determine a concentração do ião que precipita primeiro, quando o segundo começa a precipitar. Apresente todas as etapas de resolução. 9.6.

Comente a seguinte afirmação: O cromato de bário tem uma constante de produto de solubilidade cerca de 90 vezes maior que a do cromato de prata a 25 °C. No entanto, o cromato de prata é cerca de seis vezes mais solúvel em água que o cromato de bário, à mesma temperatura. Ks(Ag2CrO4) = 1,3 * 10-12 (a 25 °C)

9.7.

e

Ks(BaCrO4) = 1,2 * 10-10 (a 25 °C)

Considere a adição de 40,0 cm3 de uma solução aquosa de 0,020 mol dm-3 de nitrato de alumínio [Al(NO3)3] a 60,0 cm3 de uma solução 0,050 mol dm-3 de hidróxido de sódio, a 25 °C. Ks[Al(OH)3] = 3,0 * 10-34 (a 25 °C)

9.7.1. Preveja, apresentando todas as etapas de resolução, se ocorre formação de precipitado. 9.7.2. Faça uma previsão fundamentada sobre o caráter químico da solução final obtida. 9.8.

A 25 °C, misturaram-se 50,0 cm3 de solução aquosa de hidróxido de bário 1,00 mol dm-3 com 86,4 cm3 de solução aquosa de sulfato de sódio. Ks(BaSO4) = 1,1 * 10-10 (a 25 °C)

9.8.1. Indique a fórmula química dos solutos de cada uma das soluções. 9.8.2. Escreva a equação química da reação que tem lugar quando se misturam as duas soluções. 9.8.3. Determine, apresentando todas as etapas de resolução, as quantidades de catião bário (Ba2+) e anião sulfato (SO42–) na mistura obtida. 9.8.4. Determine a massa de precipitado formada. 9.8.5. Apresente uma justificação para o facto de, a resultante da junção das duas soluções, se ter chamado mistura e não solução.

266

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Química


1.

O amoníaco na sociedade

1.1. Uma reação de síntese é uma reação química em que dois ou mais reagentes dão origem a um só produto, obedecendo à Lei de Conservação da Massa (Lei de Lavoisier). 1.2. (B) Como os constituintes da mistura têm pontos de ebulição próximos, para os separar realiza-se uma destilação fracionada. 1.3.1. " 2 NH (g) N2 (g) + 3 H2 (g) @ 3

1.3.2. A expressão da constante de equilíbrio para a reação de síntese do amoníaco é dada por: Kc =

[NH3]e2 [N2]e * [H2]e2

Atendendo ao gráfico, verifica-se que o valor da constante de equilíbrio, Kc, diminui com o aumento de temperatura, isto é, com o aumento de temperatura, as concentrações dos reagentes aumentam e as concentrações dos produtos da reação diminuem, o que traduz evolução do sistema no sentido inverso. Atendendo ao princípio de Le Châtelier, quando se provoca uma perturbação ao sistema em equilíbrio, este evolui de modo a contrariar a perturbação a que foi sujeito. Assim, aumentando a temperatura, o sistema evolui no sentido inverso. Então, nesse sentido ocorre absorção de energia pelo que a reação é endotérmica.

1.3.5. São impostas condições de segurança na manipulação do amoníaco pois este é muito corrosivo, constituindo perigo para a saúde e para o ambiente. Os vapores de amoníaco são irritantes e corrosivos constituindo uma ameaça para os olhos e para as vias respiratórias. As soluções de amoníaco podem causar queimaduras graves. 1.4.1. (C) Atendendo apenas à informação contida no gráfico, verifica-se que a produção de amoníaco é favorecida por baixas temperaturas e por elevadas pressões. A percentagem de amoníaco na mistura aumenta com a diminuição de temperatura e com o aumento de pressão. O processo de formação do amoníaco é exotérmico. Quando se aumenta a temperatura, a pressão constante, a percentagem de amoníaco no sistema diminui, o que significa evolução do sistema no sentido inverso com diminuição da concentração dos produtos da reação e aumento da concentração dos reagentes, pelo que Kc diminui. 1.4.2. Determinar a massa total do sistema. Por leitura no gráfico, para as condições T = 400 °C e P = 130 atm, a % de NH3 na mistura reacional é 31% % (NH3) =

m(NH3) m(total do sistema)

§ m(total do sistema)=

1.3.3. (A) (B) A elevação da temperatura de um sistema aumenta a velocidade da reação. (C) A reação de síntese do amoníaco é exotérmica.(Ver 5.3.2) (D) A elevação de temperatura favorece a reação que ocorre com consumo de energia, ou seja, a reação endotérmica, o que no caso da síntese do amoníaco se verifica quando o sistema evolui no sentido inverso, produzindo H2 e N2. 1.3.4. (A) Corrosivo. (B) Perigoso para o ambiente. (C) Proteção obrigatória dos olhos. (D) Proteção obrigatória das mãos.

§ m(total do sistema) =

* 100 §

m(NH3) %(NH3) 75 31

* 100 §

* 100 §

§ m(total do sistema) = 242 t Determinar a massa de NH3 obtida quando, T = 300°C e P = 100 atm. Para estas condições, a % de NH3 na mistura reagente é 50%. %(NH3) =

m(NH3) m(total)

§ m(NH3) = § m(NH3) =

* 100 §

%(NH3) * m(total) 100 50 * 242 100

§

§ m(NH3) = 121 t

Determinar a variação de massa. Dm = m(NH3)(300 °C, 100 atm) - m(NH3)(400 °C, 130 atm) § § Dm = 121 – 75 = § Dm = 46 t © Edições ASA

1

Química


Fazer a síntese à temperatura de 300 °C e à pressão de 100 atm provocaria um aumento de produção de amoníaco de 46 toneladas. 1.4.3. A linha do gráfico assinalada com x não pode corresponder aos dados de equilíbrio para uma reação realizada à temperatura de 500 °C na presença de um catalisador, pois a presença deste não altera a composição do sistema. A presença do catalisador altera o tempo que se demorou a atingir o estado de equilíbrio, mas não alterando a composição do mesmo. 1.4.4. Teoricamente, as condições de pressão e temperatura que favoreceriam a formação de NH3 seriam altas pressões e baixas temperaturas, pois como já foi explicado em itens anteriores, a constante de equilíbrio aumenta com a diminuição de temperatura e com o aumento de pressão. 1.4.5. A reação de síntese do amoníaco é uma reação exotérmica. Assim, de acordo com o Princípio de Le Châtelier, a reação é favorecida por uma diminuição de temperatura. Diminuindo a temperatura o sistema tende a evoluir no sentido directo, libertando energia para assim contrariar a diminuição de temperatura provocada. Porém, na prática não pode ser muito baixa, pois para que se possa formar o amoníaco é necessário que se rompam as ligações H–H e N≠N, o que requer energia, a chamada energia de ativação. Ou seja, se a temperatura for muito baixa, a reação nem sequer se inicia, apesar da constante de equilíbrio ser elevada. Por este motivo, houve que escolher uma temperatura de compromisso (450 °C) entre o aumento do rendimento e a diminuição da velocidade da reação. A reação evolui de reagentes para produtos com diminuição da quantidade contida na fase gasosa. Assim, acordo com o Princípio de Le Châtelier, quando o sistema é sujeito a um aumento de pressão evolui no sentido directo (menor número quantidade contida na fase gasosa), para deste modo contrariar a perturbação a que foi sujeito, sendo por isso favorecida por altas pressões. Deste modo, teoricamente prevê-se que a produção de amoníaco seja favorecida por altas pressões e baixas tempera2

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turas. Na prática, utilizam-se pressões elevadas mas de modo a garantir a segurança, pressão entre 200 e 300 atmosferas, já que pressões elevadas exigem equipamentos dispendiosos, maiores condições de segurança e temperaturas da ordem de 450 °C, utilizando-se ferro metálico como catalisador. 1.5. Determinar a energia gasta na dissociação de ligações. Energia gasta na dissociação de três mol de H2 (g) é 436 * 3 " 1308 kJ Energia gasta na dissociação de um mol de N2 (g) é 94 kJ Energia total gasta na dissociação das ligações 1308 + 94 = 1402 kJ Determinar a energia libertada na formação de ligações. Seja x a energia de ligação N–H. Energia libertada na formação de duas mol de NH3 (g) é x * 6 " 6x (kJ) Energia total libertada na formação das ligações " 6x (kJ) Determinar x. DH = Energia gasta – Energia libertada - 93 = 1402 - 6x § - 6x = - 93 + (- 1402) § § 6x = 1495 § §x=

1495 6

§ x = 249,2 kJ mol-1

A energia de ligação azoto-hidrogénio é 249,2 kJ mol-1. 1.6.1.1. Determinar a quantidade de tetracloroplatinato (II) de potássio – K2PtCl4. Mr(K2PtCl4) = 2 Ar(K) + Ar(Pt) + 4 Ar(Cl) Mr(K2PtCl4) = 2 * 39,10 + 195,08 + 4 * 35,45 Mr(K2PtCl4) = 415,08 M(K2PtCl4) =415,08 g mol-1 n(K2PtCl4) =

m(K2PtCl4) M(K2PtCl4)

§ n(K2PtCl4) =

100 145,08

§ §

§ n(K2PtCl4) = 0,241 mol Determinar a quantidade de amoníaco. Mr(NH3) = Ar(N) + 3 Ar(H) Mr(NH3) = 14,01 + 3 * 1,01 Mr(NH3) =17,04 ± M(NH3) =17,04 g mol-1 n(NH3) =

m( NH3) M(NH3)

§ n(NH3) =

§ n(NH3) = 0,587 mol

10,0 17,04

§

Química


Determinar o reagente limitante. Tendo em conta a estequiometria da reação: n(NH3) = 2 n(K2PtCl4) § n(NH3) = 2 * 0,241 § § n(NH3) = 0,482 mol Para que 0,241 mol de K2PtCl4 reagissem completamente seriam necessários 0,482 mol de NH3. Como existe 0,587 mol de NH3, este está em excesso, existe em maior quantidade que a necessária, logo o K2PtCl4 é o reagente limitante.

solução saturada de Pt(NH3)2Cl2 é menos ácida que uma solução saturada de K2PtCl4, pois apresenta maior pH. (B) Afirmação incorreta. Para a mesma temperatura, soluções saturadas de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 apresentam diferente valor de pH e, por isso, vão apresentar diferente concentração de H3O+. pH = - log [H3O+] § [H3O+]= 10-pH (C) Afirmação correta. Soluções saturadas de

Determinar a quantidade de cisplatina – Pt(NH3)2Cl2, teoricamente prevista.

Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 podem apresentar a

n(Pt(NH3)2Cl2)t.p. = n(K2PtCl4) § § n(Pt(NH3)2Cl2)t.p. = 0,241 mol

temperatura não seja a mesma.

Determinar a quantidade de cisplatina – Pt(NH3)2Cl2, realmente obtida.

de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4 possuem iões OH-

h=

n(Pt(NH3)2Cl2)r.o. n(Pt(NH3)2Cl2)t.p.

(D) Afirmação incorreta. Soluções saturadas

* 100 §

§ n(Pt(NH3)2Cl2)r.o. =

100 0,241 * 80,0 100

em solução aquosa, já que: [OH-] =

n(Pt(NH3)2Cl2)t.p. * h

§ n(Pt(NH3)2Cl2)r.o. =

mesma concentração de H3O+ desde que a

§

§

§ n(Pt(NH3)2Cl2)r.o. = 0,193 mol A quantidade de cisplatina formada na reação foi 0,193 mol. 1.6.1.2. O reagente em excesso é NH3. Determinar a quantidade que se gastou de tetracloroplatinato (II) de potássio – K2PtCl4. n(K2PtCl4)gasto = n(Pt(NH3)2Cl2)r.o. § § n(K2PtCl4)gasto = 0,193 mol Determinar a quantidade de amoníaco que se gastou. n(NH3)gasto = 2 * n(K2PtCl4)gasto § § n(NH3)gasto = 2 * 0,193 § § n(NH3)gasto = 0,386 mol Determinar a quantidade que não se gastou de amoníaco – NH3. n(NH3)que não reage = n(NH3)existente - n(NH3)gasto § § n(NH3)que não reage = 0,587 - 0,386 § § n(NH3)que não reage = 0,201 mol A quantidade de NH3 que não reagiu foi 0,201 mol. 1.6.2.1. (C) (A) Afirmação incorreta. Para a mesma temperatura, quanto maior for o pH menor o caráter ácido. Para a mesma temperatura, uma

Kw

ou [OH-] = 10-pOH

[H3O+]

1.6.2.2. (A) Determinar a massa de cada uma das substâncias correspondente a uma mesma quantidade, n. Considerar a quantidade de cada uma das substâncias igual a n n(Pt(NH3)2Cl2) = n(K2PtCl4) = n mol Tendo em conta as respetivas massas molares m(Pt(NH3)2Cl2) = n(Pt(NH3)2Cl2) * M(Pt(NH3)2Cl2) m(Pt(NH3)2Cl2) = 300,05 * n (g) m(K2PtCl4) = n(K2PtCl4) * M(K2PtCl4) m(K2PtCl4) = 415,09 * n (g) Determinar o volume ocupado por essa massa para cada uma das substâncias. rsubstância =

m(substância) V(substância)

§ V(substância) = V(K2PtCl4) =

m(substância) rsubstância

m(K2PtCl4) rK PtCl 2

§ V(K2PtCl4) =

§

§

4

415,09 n 3,4

§

§ V(K2PtCl4) = 122,1 n (cm3) V(Pt(NH3)2Cl2) =

m(Pt(NH3)2Cl2) r(Pt(NH ) Cl ) 32

§ V(Pt(NH3)2Cl2) =

300,05 n 3,7

§

2

§

§ V(Pt(NH3)2Cl2) = 81,1 n (cm3) © Edições ASA

3

Química


Determinar a razão dos volumes. V(K2PtCl4) V(Pt(NH3)2Cl2) §

=

122,1 n 81,1 n

V(K2PtCl4)

§

n(NH3) =

= 1,5 §

V(Pt(NH3)2Cl2)

§ V(K2PtCl4) = 1,5 V(Pt(NH3)2Cl2) A expressão anterior permite concluir que para iguais quantidades de Pt(NH3)2Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4 é 1,5 vezes maior que o de Pt(NH3)2Cl2. Considerar a massa de cada uma das substâncias igual e com valor m. Considerar m a massa de cada uma das substâncias. m(Pt(NH3)2Cl2) = m(K2PtCl4) = m (g) Determinar o volume ocupado por essa massa para cada uma das substâncias. rsubstância =

m(substância) V(substância)

V(K2PtCl4) =

m rK PtCl 2

§ V(K2PtCl4) = V(Pt(NH3)2Cl2) =

§

m(substância)

§ V(substância) =

rsubstância §

4

m 3,4

(cm3) m

r(Pt(NH3)2Cl2)

§ V(Pt(NH3)2Cl2) =

m 3,7

§

(cm3)

Determinar a razão dos volumes. m V(K2PtCl4) 3,4 = § m V(Pt(NH3)2Cl2) 3,7 § §

V(K2PtCl4) V(Pt(NH3)2Cl2) V(K2PtCl4) V(Pt(NH3)2Cl2)

=

m 3,4

*

3,7 m

§

= 1,1 §

§ V(K2PtCl4) = 1,1 V(Pt(NH3)2Cl2) A expressão anterior permite concluir que para massas iguais de Pt(NH3)2 Cl2 e de K2PtCl4, o volume ocupado pelo K2PtCl4 é 1,1 vezes maior que o volume ocupado pelo Pt(NH3)2Cl2. 1.7. (C) Determinar a quantidade de amoníaco. m(NH3) =14 mg § m(NH3) = 1,4 * 10-2 g Mr(NH3) = Ar(N) + 3 Ar(H) 4

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Mr(NH3) = 14,01 + 3 * 1,01 Mr(NH3) = 17,04 ± M(NH3) =17,04 g mol-1 m(NH3) M(NH3)

§ n(NH3) =

1,4 * 10-2 17,04

§

§ n(NH3) = 8,22 * 10-4 mol Determinar o número de moléculas de amoníaco – NH3. N(NH3) = n(NH3) * NA § § N(NH3) = 8,22 * 10-4 * 6,02 * 1023 § § N(NH3) = 4,95 * 1020 moléculas Determinar o número de átomos de azoto (N) em 4,95 * 1020 moléculas de NH3. N(N) = N(NH3) § N(N) = 4,95 * 1020 átomos. Determinar o número de átomos de hidrogénio (H) em 4,95 * 1020 moléculas de NH3. N(H) = 3 N(NH3) § N(H) = 3 * 4,95 * 1020 § § N(H) = 1,49 * 1021 átomos. 1.8.1. (C) De acordo com a Lei de Avogadro, pode dizer-se que volumes iguais de gases diferentes, considerados perfeitos, nas mesmas condições de pressão e temperatura, possuem a mesma quantidade de cada um desses gases. Assim, a quantidade de gases em cada um dos cilindros é igual e considera-se n. Determinar a massa molar de cada substância. Mr(NH3) = Ar(N) + 3 Ar(H) Mr(NH3) = 14,01 + 3 * 1,01 Mr(NH3) = 17,04 ± M(NH3) = 17,04 g mol-1 Mr(H2) = 2 Ar(H) Mr(H2) = 2 * 1,01 § Mr(H2) = 2,02 M(H2) = 2,02 g mol-1 Mr(N2) = 2 Ar(N) § Mr(N2) = 2 * 14,01 § § Mr(N2) = 28,02 ± M(N2) = 28,02 g mol-1 Determinar a massa contida em cada cilindro. Cilindro X: n(NH3) = n mno cilindro X = n(NH3) * M(NH3) § § mno cilindro X = n * 17,04 § § mno cilindro X = 17,04 n (g) Cilindro Y: n(NH3) + n(H2) = n § n(NH3) = (n - n(H2)) mno cilindro Y = m(NH3) + m(H2) mno cilindro Y = n(NH3) * M(NH3) + n(H2) * M(H2) mno cilindro Y = (n - n(H2)) * M(NH3) + n(H2) * M(H2) §

§ mno cilindro Y = (n - n(H2)) * 17,04 + n(H2) * 2,02 mno cilindro Y = 17,04n - 17,04n(H2) + 2,02n(H2) mcilindro Y = (17,04n - 15,02 n(H2)) (g)

Química


Cilindro Z: n(NH3) + n(N2) = n § n(NH3) = (n - n(N2)) mno cilindro Z = m(NH3) + m(N2) § mno cilindro Z = n(NH3) * M(NH3) + n(N2) * M(N2) mno cilindro Z = (n - n(H2)) * M(NH3) + n(N2) * M(N2) § § mno cilindro Z = (n - n(N2)) * 17,04 + n(N2) * 28,02 § § mno cilindro Z = 17,04n - 17,04n(N2) + 28,02n(N2) §

§ mno cilindro Z = (17,04n + 10,98 n(N2)) (g) mno cilindro Y < mno cilindro X < mno cilindro Z 1.8.2. (C) Estabelecer a expressão que permite determinar a quantidade de NH3. V(NH3) = n(NH3) * Vm § n(NH3) =

n(NH3) Vm

Estabelecer a expressão que permite determinar o número de moléculas de NH3. N(NH3) = n(NH3) * NA § V(NH3)

§ N(NH3) =

Vm 4,48

§ N(NH3) =

22,4

* NA §

* 6,02 * 1023

1.9.1. Determinar a quantidade de amoníaco utilizada. V(NH3 = n(NH3) * Vm § § N(NH3) =

V(NH3) Vm

§ n(NH3) =

225 22,4

§

§ n(NH3) = 10,0 mol Determinar a quantidade de ácido nítrico que teoricamente se deveria obter. De acordo com a estequiometria da reação n(HNO3)t.p. =

1 2

n(NH3) §

§ n(HNO3)t.p. =

1 2

* 10,0 §

§ n(HNO3)t.p. = 5,00 mol Determinar a quantidade de ácido nítrico que realmemte se obtém. h=

n(HNO3)r.o. n(HNO3)t.p.

* 100 §

§ n(HNO3)r.o. = § n(HNO3)r.o. =

h * n(HNO3)t.p. 100 90,0 * 5,00 100

§ §

§ n(HNO3)r.o. = 4,50 mol Determinar a massa de ácido nítrico que realmente se obtém.

Mr(HNO3) = Ar(H) + Ar(N) + 3 Ar(O) Mr(HNO3) = 1,01 + 14,01 + 3 * 16,00 Mr(HNO3) = 63,02 M(HNO3) = 63,02 g mol-1 m(HNO3)r.o. = n(HNO3)r.o. * M(HNO3) m(HNO3)r.o. = 4,50 * 63,02 § § m(HNO3)r.o. = 284 g A massa, em gramas, de HNO3 produzida foi 248 g. 1.9.2. Segundo a teoria de Arrhenius, base é toda a substância que se dissocia em água originando iões OH- pelo que NH3 não é uma base de Arrhenius. Porém, segundo Brönsted-Lowry, define-se base como uma espécie com tendência para aceitar protões, o que se verifica na reação de amoníaco com água: " NH + (aq) + OH- (aq) NH3 (aq) + H2O (l) @ 4 O amoníaco (base) aceita o catião hidrogénio (H+) proveniente da água, que funciona como ácido, transformando-se no catião amónio (NH4+). 1.9.3. O azoto e o oxigénio são elementos que pertencem ao mesmo período da Tabela Periódica. Ao longo de um período da Tabela Periódica, o raio atómico diminui com o aumento do número atómico. Como o número atómico do azoto é inferior ao número atómico do oxigénio, pode concluir-se que o raio atómico do azoto é superior ao do oxigénio. 1.10.1. É necessário realizar diferentes testes laboratoriais para identificar a presença do azoto amoniacal no produto comercial em análise porque a realização de um só teste pode não ser conclusiva. Realizando diferentes testes, há maior a certeza nos resultados obtidos. 1.10.2. As amostras padrão A e B são utilizadas como referência e para comparar com os resultados obtidos, permitindo concluir sobre a presença ou ausência do azoto amoniacal. O resultado da amostra A será o típico de uma amostra que contém azoto amoniacal e o resultado da amostra B será o típico de uma amostra que não contém azoto amoniacal. 1.11.1. A designação da operação I será adição de uma base. © Edições ASA

5

Química


1.11.2.

Determinar a massa de NH3 presente em

A espécie química representada pela letra C será NH4+.

7,28 g de solução concentrada de NH3. %(m/m)(NH3) =

1.11.3. Os resultados dos testes, representados pelas letras D e E, a uma amostra do produto co-

§ m(NH3) =

m(NH3) m(solução)

m(solução) * %(m/m) (NH3)

mercial em estudo são, respetivamente, o apa-

2.

7,28 * 25,0

§ m(NH3) =

Rendimento de uma síntese

§ m(NH3) = 1,82 g

custo de produção de um dado fármaco será a complexidade das fases da produção, desde as matérias iniciais até ao produto fabricado. 2.2. (C) Uma reação de síntese ocorre entre dois

100

§

§

Determinar a quantidade de NH3. Mr(NH3) = Ar(N) + 3 Ar(H) Mr(NH3) = 14,01 + 3 * 1,01 § § Mr(NH3) = 17,04 M(NH3) = 17,04 g mol-1 m(NH3)

ou mais reagentes originando um produto de

n(NH3) =

reação que é uma substância composta

§ n(NH3) = 1,07 * 10-1 mol

2.3. (A) Afirmação verdadeira.

M(NH3)

§ n(NH3) =

1,82 17,04

§

Determinar o reagente limitante.

(B) Afirmação falsa. É muito pouco provável

Tendo em conta a estequiometria da reação:

que o rendimento de uma reação química seja

n(NH3) = 4 * n(CuSO4.5H2O) §

de 100%, pelo que as quantidades de produtos obtidos são, de um modo geral, inferiores às previstas pela estequiometria.

§ n(NH3) = 4 * 2,03 * 10-2 § § n(NH3) = 8,12 * 10-2 mol Para que 2,03 * 10-2 mol de CuSO4.5H2O

(C) Afirmação falsa. Um rendimento de 35%

reagissem completamente, seriam necessários

significa que a quantidade (ou massa ou vo-

8,12 * 10-2 mol de NH3. Como existem

lume) de produto obtido foi 35% da quantidade (ou massa ou volume) de produto prevista

1,07 * 10-1 mol de NH3 (quantidade superior à necessária), o NH3 está em excesso e o sulfato

(aquela que se esperava obter se o rendimento

de cobre(II) penta-hidratado (CuSO4.5H2O) é o

fosse de 100%.

reagente limitante. 2.4.2.2.

(D) Afirmação verdadeira. (E) Afirmação verdadeira.

O rendimento da reação seria 100% se todo o sul-

(F) Afirmação verdadeira.

fato de cobre(II) penta-hidratado (CuSO4.5H2O)

(G) Afirmação verdadeira. O sulfato de tetraami-

reagisse para formar o sal de sulfato de tetraami-

nocobre (II) monohidratado é um sal complexo,

nocobre(II) monohidratado (Cu(NH3)4SO4.5H2O)

pois tem na sua constituição um ião complexo:

Determinar a quantidade (Cu(NH3)4SO4.H2O)t.p.

o ião tetraaminocobre (II) – [Cu(NH3)4] .

teoricamente prevista.

2+

2.4.1.

De acordo com a estequiometria da reação:

O sal hidratado presente nos reagentes é o

n(CuSO4.5H2O) = n(Cu(NH3)4SO4.5H2O)t.p. §

CuSO4.5H2O. O seu nome é sulfato de cobre (II)

§ n(Cu(NH3)4SO4.H2O)t.p. = 2,03 * 10-2 mol Determinar a quantidade (Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o. realmente obtida. Mr(Cu(NH3)4SO4.H2O) = Ar(Cu) + 4 Ar(N) + 14 Ar(H) + Ar(S) + 5 Ar(O) § 63,55 + 4 * 14,01 + 14 * 1,01 + 32,07 + 5 * 16,00 § § Mr(Cu(NH3)4SO4.H2O) = 245,8 M(Cu(NH3)4SO4.H2O) = 245,8 g mol-1

penta-hidratado. 2.4.2.1. Determinar a massa de solução concentrada de NH3. r=

m(solução) V(solução)

§

§ m(solução) = rsolução * V(solução) § § m(solução) = 8,0 * 0,91 § § m(solução) =7,28 g 6

100

recimento de fumos brancos e cor azul.

2.1. O fator que mais contribui para o elevado

* 100 §

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n(Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o =

m(Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o M(Cu(NH3)4SO4.H2O)

§

Química


§ n(Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o =

3,53 245,8

§

§ n(Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o = 1,44 * 10-2 mol Determinar o rendimento. n(Cu(NH3)4SO4.H2O)r.o h= * 100 § n(Cu(NH3)4SO4.H2O)t.p §h=

1,44 * 10-2 2,03 * 10-2

* 100 § h = 71,0%

O rendimento da reação realizada é 71,0%. 2.5. (C) O amoníaco é adicionado em excesso, daí a medição do seu volume não necessitar de ser feita de forma muito rigorosa. (A) A pipeta volumétrica é um instrumento para leitura muito rigorosa de volumes, devendo ser particularmente utilizada em titulações ou preparação de soluções rigorosas por diluição. Porém, em qualquer caso, deve ser utilizada para medir volumes bem definidos, de uma só vez. (B) A proveta é um instrumente para medição volumes, quando essa medição não precisa de ser muito rigorosa. Neste caso, a proveta em causa tem uma capacidade demasiado grande para medir o volume de amoníaco, pelo que o erro introduzido é maior que o aceitável. (D) O gobelé ou copo de precipitação não é um instrumento de medida de volumes. 2.6. (C) (A) Este processo conduz a perdas de massa no almofariz, pelo que não é recomendável a trituração depois da pesagem da massa. A trituração deve ser feita previamente e só depois fazer a pesagem da massa correspondente às 0,020 mol, para evitar perdas. (B) A redução dos cristais a pó não tem influência na facilidade de medir a sua massa. (C) Os cristais de sal devem ser reduzidos a pó pois o maior grau de divisão favorece a sua dissolução no solvente (água). (D) A redução dos cristais a pó não não tem qualquer influência na diminuição da sua hidratação. 2.7.1. A sequência é: D, F, C, E, A, B 2.7.2. A preparação laboratorial do sulfato de tetraamino cobre (II) mono-hidratado, [Cu(NH3)4]SO4•H2O, inclui uma etapa em que se adiciona, lentamente, a solução de sulfato de cobre (II) à solução concentrada de amoníaco, aparecendo de seguida uma precipitado azul claro de hidróxido de cobre(II),

Cu(OH)2, etapa correspondente à imagem (C). Seguidamente adiciona-se um pouco de álcool etílico, CH3CH2OH, à solução de sulfato de cobre(II) pentahidratado, CuSO4•5H2O, em amoníaco, NH3, para diminuir a solubilidade do [Cu(NH3)4]SO4•H2O e facilitar a sua precipitação etapa correspondente à imagem (E). 2.8.1. Os cristais obtidos por este processo de síntese são muito finos e pequenos pelo que a filtração por sucção é uma forma de tornar o processo mais rápido e eficaz em virtude da dimensão dos sais formados. Além disso, a filtração por sucção permite uma secagem dos cristais muito mais eficaz e rápida do que a filtração por gravidade, factor muito importante neste caso, pois este sal não pode ser seco na estufa. 2.8.2. (A) 2.9. A secagem dos cristais de sulfato de tetraaminocobre(II) mono-hidratado (Cu(NH3)4SO4.H2O) não deve ser feita numa estufa porque os cristais obtidos decompõem-se facilmente a temperaturas elevados. 2.10.1. (D) Determinar a massa molar de O2. Mr(O2) = 2 Ar(O) § Mr(O2) = 2 * 16,00 § § Mr(O2) =32,00 ± M(O2) = 32,00 g mol-1 Determinar a quantidade de O2. m(O2) 42,4 § n(O2) = n(O2) = M(O2) 32,00 Determinar o número de átomos de O. N(átomos de O) = 2 * n(O2) * NA 42,4 N(átomos de O) = 2 * * 6,02 * 1023 átomos 32,00 2.10.2 Determinar a quantidade de O2 (ver item anterior). m(O2) 42,4 n(O2) = § n(O2) = § M(O2) 32,00 § n(O2) = 1,33 mol Determinar a percentagem de pureza. % de pureza = 100,0% - % de impurezas % de pureza = 100,0% - 20% § § % de pureza = 80,0% Determinar a massa de KCl pura. m(KCl)pura * 100 § % de pureza= m(KCl)impura

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7

Química


§ m(KCl)pura =

% de pureza * m(KCl)impura

§ m(KCl)pura =

100 80 * 35,5 100

§

§

§ m(KCl)pura = 28,4 g Determinar a quantidade de KCl. Mr(KCl) = Ar(K) + Ar(Cl) Mr(KCl) = 39,10 + 35,45 § § Mr(KCl) = 74,55 M(KCl) = 74,55 g mol-1 m(KCl) 28,4 n(KCl) = § n(KCl) = § M(KCl) 74,55 § n(KCl) = 3,81 * 10-1 mol Determinar o reagente limitante. Tendo em consideração a estequiometria da reação: 3 n(O2) = n(KCl) § 2 n(O2) =

3 2

* 3,81 * 10-1 § n(O2) = 0,571 mol

Para que 3,81 * 10-1 mol de KCl reagissem completamente, seriam necessários 0,571 mol de O2. Existem 1,33 mol de O2 (mais do que o necessário) pelo que o O2 está,portanto, em excesso, sendo que o KCl é o reagente limitante. Determinar a quantidade de KClO3 obtido. Tendo em consideração a estequiometria da reação: n(KClO3) = n(KCl) § § n(KClO3) = 9,52 * 10-2 mol Determinar a massa de KClO3 obtido. Mr(KClO3) = Ar(K) + Ar(Cl) + 3 Ar(O) § § Mr(KClO3) = 39,10 + 35,45 + 3 * 35,45 § § Mr(KClO3) = 122,55 M(KClO3) = 122,55 g mol-1 m(KClO3) = n(KClO3) * M(KClO3) § § m(KClO3) = 3,81 * 10-1 * 122,55 § § m(KClO3) = 46,7 g A massa de clorato de potássio produzida, admitindo-se que a reação é completa, foi 46,7 g. 3. Num laboratório de química 3.1. Espátula, balança, gobelé, garrafa de esguicho com água desionizada, funil, balão volumétrico de 100,00 mL e vareta. 3.2. Recorrendo a uma balança, medir a massa de soluto necessária diretamente para um gobelé, retirando a massa de soluto com a ajuda de uma espátula do frasco que a contém. Transferir água desionizada da garrafa de esguicho para o gobelé (menos de 50,0 cm3). Dissolver o soluto com água desionizada, agitando com o auxílio de uma vareta. 8

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Aquecer, se necessário, deixando de seguida arrefecer até à temperatura ambiente. Transferir a solução para um balão volumétrico de capacidade igual ao volume que se pretende preparar. Lavar o gobelé (três vezes) com pequenas porções de água desionizada, transferindo as águas de lavagem para o balão volumétrico. Fazer o mesmo com o funil, retirando-o de seguida. Completar o volume com água desionizada até ao traço de referência. Agitar o balão para homogeneizar a solução. 3.3. (D) 2HCl(aq) + Na2CO3 (aq) " 2 NaCl (aq) + H2CO3 (aq), pois é a única que respeita a lei de Lavoisier. 3.4.1. (A) O ácido clorídrico é um material corrosivo. É não explosivo pelo que não poderia ter o símbolo (B), não é radioativo pelo que não poderia ter o símbolo (C) e não é um produto comburente, pelo que não podia ter o símbolo (D). 3.4.2. A preparação de soluções diluídas de ácido clorídrico, a partir da respetiva solução concentrada, deve ser realizada numa hotte porque esse ácido concentrado liberta vapores corrosivos que não devem ser inalados ou contactar com a pele. 3.4.3. Determinar a quantidade de HCl existente na solução diluída. Vsolução diluída = 500,00 cm3 § § Vsolução diluída = 500,00 * 10-3 dm3 [HCl]solução diluída =

n(HCl) Vsolução diluída

§

§ n(HCl) = [HCl]solução diluída * Vsolução diluída § § n(HCl) =0,50 * 500,00 * 10-3 § § n(HCl) =0,25 mol Determinar a correspondente massa de HCl. Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) Mr(HCl) = 1,01 + 35,45 § Mr(HCl) = 36,46 M(HCl) = 36,46 g mol-1 m(HCl) = n(HCl) * M(HCl) § § m(HCl) = 0,25 * 36,46 § m(HCl) = 9,12 g Determinar a massa de HCl concentrado que contém essa massa de HCl. %(m/m)HCl =

m(HCl) m(solução)

* 100 §

Química


§ m(solução) = § m(solução) =

m(HCl) %(m/m)HCl 9,12 38,3

* 100 §

* 100 §

§ m(solução) = 23,8 g Determinar o volume de solução de HCl concentrado que contém essa massa. rsolução =

m(solução) V(solução)

§ V(solução) = § V(solução) =

§

m(solução) rsolução 23,8 1,19

§

§

§ V(solução) = 20,0 cm3 O volume de ácido clorídrico concentrado utilizado para preparar a solução diluída é 20,0 cm3. 3.4.4. Balão volumétrico de 500,00 cm3. 3.4.5. [19,96 ; 20,04] cm3. 3.4.6. (B) Para evitar os erros de paralaxe, a leitura do nível do líquido deve ser feita com os olhos ao nível da tangente ao menisco, visto tratar-se de um líquido incolor. 3.4.7. Erros de paralaxe. 3.4.8. Lavar bem o balão volumétrico de 500,00 cm3 com água desionizada. Colocar um pouco de água desionizada dentro do balão volumétrico, cerca de 250 cm3. Lavar um gobelé com um pouco da solução de ácido concentrado. Rejeitar para um frasco de restos. Transferir um pouco de solução concentrada de HCl (um pouco mais de 20 cm3) para o gobelé. Aspirar um pouco de solução para a pipeta e enxaguá-la, desprezando o líquido de lavagem para o frasco de restos. Fazer a toma de 20,00 cm3 com a pipeta volumétrica e o auxílio da pompete, transferindo-a quantitativamente para o balão volumétrico. Completar o volume com água desionizada até ao traço de referência do balão, medindo corretamente de modo a evitar erros de paralaxe. Agitar o balão para homogeneizar a nova solução.

3.4.9. Afirmação falsa. Para fazer a primeira mistura de ácido concentrado com a água, o ácido concentrado deve ser colocado lentamente sobre a água. Quando se adiciona ácido lentamente sobre a água, o ácido tende a ionizar-se, libertando uma grande quantidade de energia (reação exotérmica), sendo que, a energia libertada é distribuída uniformemente na água, que para maior segurança deve existir em maior volume. Assim, a reação não se torna tão violenta. Se a adição for de água sobre ácido, a reação será rápida e incontrolável, já que a superfície de contacto do ácido é maior, libertando-se energia suficiente para provocar um maior aumento de temperatura, em menos tempo. 3.5.1. Por “preparar a bureta” entende-se lavar a bureta com água e detergente de modo a retirar a gordura. De seguida, lavar com água da torneira para retirar o excesso de detergente; com água desionizada para retirar a água da torneira, enxaguar com um pouco da solução de HCl a ser medida e verificar o correto funcionamento da torneira. 3.5.2. (C) 3.5.3.1. Lava-se a bureta com solução titulante – ácido clorídrico 0,50 mol dm-3 – para remover água que “molha” as paredes, o que diluiria a solução a utilizar. 3.5.3.2. Lava-se a pipeta volumétrica com um pouco de solução de carbonato de sódio para remover algumas impurezas ou mesmo água que ela ainda contenha agarrada às paredes, o que diluiria a solução a utilizar. 3.5.3.3. Não se pode lavar o recipiente para onde se vai transferir a solução a titular com esta solução, porque desta forma o volume a titular não seria o medido com a pipeta volumétrica. 3.5.4. (C) O instrumento que mediu estes volumes foi a bureta. A escala da bureta é de 0,1 em 0,1 cm3, logo a incerteza de leitura é de 0,05 cm3 (metade da menor divisão da escala, porque o aparelho é analógico).

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9

Química


Determinar o volume gasto em cada ensaio. DV = Vf - Vi 1.° Ensaio: DV1 = Vf - Vi § § DV1 = 54,25 - 4,25 § DV1 = 50,00 cm3 2.° Ensaio: DV2 = Vf - Vi § § DV2 = 53,25 - 3,15 § DV2 = 50,10 cm3 3.° Ensaio: DV3 = Vf - Vi § § DV3 = 67,75 - 15,25 § DV3 = 52,50 cm3 4.° Ensaio: DV4 = Vf - Vi § § DV4 = 52,08 - 2,18 § DV4 = 49,90 cm3 O 3.° ensaio deve ser rejeitado pois afasta-se demasiado dos resultados obtidos nos restantes ensaios. 3.5.5. A fase da adição de HCl (aq) em que se obtém uma maior variação de pH é na proximidade (vizinhança) do ponto de equivalência. 3.5.6. Determinar o volume médio. DV1 + DV2 + DV4

∆

DVmédio =∆

∆

50,00 + 50,10 + 49,90 DVmédio =∆ § 3

3

3.7. (D) Atendendo à equação química que traduz a titulação da solução de carbonato de sódio pelo ácido clorídrico 2 HCl + Na2CO3 (aq) " 2 Na+ (aq) + 2 Cl- (aq) + H2CO3 (aq)

verifica-se que no ponto de equivalência existem as espécies Na+ e Cl- que têm caráter ácido-base neutro e o ácido carbónico que como o seu próprio nome indica tem caráter ácido em solução. Assim, no ponto de equivalência, o pH é menor que 7 em virtude da ionização do ácido carbónico: " HCO- (aq) + H O+ (aq) . H2CO3 (aq) + H2O (l) @ 3 3 3.8. Será necessário determinar o grau de pureza do carbonato de sódio. Determinar a quantidade de carbonato de sódio nos 100,00 cm3 de solução preparada. [Na2CO3] =

n(HCl)

§

§ n(HCl) = [HCl] * V §

V

§ n(HCl) = 0,50 * 50,00 * 10-3 § § n(HCl) = 2,5 * 10-2 mol Determinar a quantidade de Na2CO3 nos 10,00 cm3 de solução. Tendo em consideração a estequiometria da reação (ver 2.3) n(Na2CO3) =

1 2

% de pureza =

§ n(Na2CO3) =

2

* 2,5 * 10-2 §

n(Na2CO3) V

4.

§

1,25 * 10

-2

§ [Na2CO3] =

10,00 * 10-3

§

§ [Na2CO3] = 1,25 mol dm-3

10

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m(Na2CO3)pura 13,25 14,75

* 100 §

* 100 §

§ % de pureza = 89,8% O laboratório deve devolver o lote de carbonato de sódio pois a sua percentagem de pureza é muito menor do que a mínima garantida pelo fornecedor (89,8% < 96%).

§ (Na2CO3) = 1,25 * 10-2 mol Determinar a concentração de Na2CO3 na solução [Na2CO3] =

§

m(Na2CO3)impura

§ % de pureza =

n(HCl) § 1

V

§ n(Na2CO3) = [Na2CO3] * V § § n(Na2CO3) = 1,25 * 10,00 * 10-3 § § n(Na2CO3) = 1,25 * 10-2 mol Determinar a massa de carbonato de sódio nos 100,00 cm3 de solução preparada. Mr(Na2CO3) = 2 Ar(Na) + Ar(C) + 3 Ar(O) Mr(Na2CO3) = 2 * 22,99 + 12,01 + 3 * 16,00 § § Mr(Na2CO3) = 105,99 M(Na2CO3) = 105,99 g mol-1 m(Na2CO3) = n(Na2CO3) * M(Na2CO3) § § m(Na2CO3) = 1,25 * 10-2 * 105,99 § § m(Na2CO3) = 13,25 g, o que significa que dos 14,75 g utilizados para preparar a solução, apenas 13,25 g eram carbonato de sódio, sendo o restante impurezas. Determinar o grau de pureza.

§∆DVmédio =∆50,00 cm3 O volume de titulante gasto na titulação foi 50,00 cm3. 3.6. Determinar a quantidade de HCl gasto na titulação. [HCl] =

n(Na2CO3)

Qualidade do leite

" CH3CHOHCOO- (aq) + H3O+ (aq) 4.1. CH3CHOHCOOH (aq) + H2O (l) @ 4.2. Determinar a temperatura em °C. TK = q(°C) + 273,15 § q(°C) = TK - 273,15 § § q(°C) = 288,15 - 273,15 § § q(°C) = 15,00 °C

Química


Determinar o valor médio da densidade do leite. r1 + r2 1,023 + 1,040 rleite = § rleite = § 2 2 § rleite = 1,032 g cm-3 O valor médio da densidade do leite a 288,15 K é 1,032 g cm-3. 4.3.1. A expressão significa fazer reagir amostras de leite com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, até a reação estar completa, isto é, até todo o ácido ter reagido com a quantidade necessária e suficiente de solução aquosa de hidróxido de sódio, de acordo com a estequiometria da reação. Porém, quando a reação termina [OH-] < [H3O+] porque o anião lactato tem caráter básico, sofrendo hidrólise originando iões OH- de acordo com a equação química: " CH3 CHOHCOOH (aq) + OH- (aq) CH3 CHOH COO- (aq) + H2O (l) @

4.3.2. Volume inicial, Vi = 12,40 cm3 Volume final, Vf = 14,40 cm3 Volume de titulante, DV = Vf - Vi § § DV = 2,00 cm3 O volume de titulante gasto na titulação do 10,00 mL de leite foi de 2,00 cm3. 4.3.3. (C) (A) Fica com resíduos de água desionizada, medindo de seguida,um volume de leite inferior ao indicado na sua capacidade. (B) É impossível depois de passar a pipeta por água desionizada conseguir a sua completa secagem em tempo útil. (D) Material utilizado em medição rigirosa de líquidos não pode ser seco em estufa. A temperatura elevada altera a sua capacidade. Assim só a hipótese (C) é válida. 4.3.4. (C) O volume de leite é medido com uma pipeta volumétrica de 10,00 mL, pois tem de ser medido da forma mais rigorosa possível. O volume de solução titulante é adicionado ao titulado até se atingir o ponto de equivalência medido por medição indireta, (Vadicionando = Vfinal - Vinicial), também de forma rigorosa, usando uma bureta. O balão volumétrico é usado para preparar soluções e não para realizar titulações.

4.3.5. (A) Determinar a [H3O+] no leite a 20 °C. pH = - log [H3O+] § [H3O+] = 10-pH § § [H3O+] = 10(- 6,7) § § [H3O+] = 2,00 * 10-7 mol dm-3 Determinar a quantidade de iões H3O+ em 500 mL desse leite a 20 °C. [H3O+] =

n(H3O+) V

§ n(H3O+) = [H3O+] * V §

§ n(H3O+) = 2,00 * 10-7 * 0,500 § § n(H3O+) = 1,00 * 10-7 mol (B) Afirmação falsa. O pH do leite diminui quando a temperatura aumenta de 20°C para 25 °C, pelo que a concentração e H3O+ aumenta e a de OH- também, porque aumenta o valor de Kw. (C) Afirmação falsa. A 25 °C, o pH do leite é inferior ao seu pH a 20 °C porque o aumento de temperatura favorece a ionização das substâncias ácidas, incluindo a própria água, já que Kw também aumenta com o aumento da temperatura, baixando assim, o pH (a ionização das substâncias ácidas é um processo endotérmico). Se a ionização das substâncias ácidas não aumentasse com o aumento da temperatura, o pH não diminuía pois não aumentava a concentração de H3O+. Determinar [H3O+] [H3O+] = 10-pH [H3O+] = 10-6,7 § § [H3O+] = 2,00 * 10-7 mol dm-3 (D) A 20 °C [H3O+] = 2,00 * 10-7 mol dm-3 pois o pH é 6,7. Determinar a provável [OH-] [OH-] =

n(OH-) V

§ [OH-] =

5,0 * 10-8 0,500

§

§ [OH-] = 1,00 * 10-7 mol dm-3 Determinar Kw admitindo a provável [OH-]. Kw = [H3O+] * [OH-] § § Kw = 2,00 * 10-7 * 1,00 * 10-7 § § Kw = 2,00 * 10-14 Relacionar com a Kw a 25 °C. Kw = 2,00 * 10-14 > Kw (a 25 °C) Dado que Kw aumenta com o aumento de temperatura (a autoionização da água é um processo endotérmico), a situação apresentada só será possível numa condição de temperatura superior a 25 °C.

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11

Química


4.3.6. (C) A equação química que traduz a reação referente à titulação é " Na+ (aq) CH3CHOHCOOH (aq) + NaOH (aq) @ + CH3CHOHCOO- (aq) + H2O (l) Os produtos desta reação são o catião sódio, Na+, e a H2O que são partículas neutras do ponto de vista ácido-base e o anião CH3CHOHCOOque é uma partícula que apresenta carácter básico (pois é a base conjugada do ácido láctico) sofrendo hidrólise em presença de água de acordo com a equação CH3CHOHCOO- (aq) " CH CHOHCOOH (aq) + HO- (aq). + H2O (l) @ 3 Assim, confere carácter basico à solução pelo que o seu pH, a 25 °C, será superior a 7. 4.3.7.1. Determinar a quantidade de NaOH gasta na titulação. [NaOH] =

n(NaOH) V(NaOH)

§

§ n(NaOH) = [NaOH] * V(NaOH) § § n(NaOH) = 2,00 * 10-3 * 0,100 § § n(NaOH) = 2,00 * 10-4 mol Determinar quantidade de ácido lático na toma de 10,00 cm3 de leite. Tendo em atenção a estequiometria da equação que traduz a reação que ocorre durante a titulação: " CH3CHOHCOO- (aq) + Na+ (aq) + H2O (l) CH3CHOHCOOH (aq) + NaOH (aq) @

n(CH3CHOHCOOH) = n(NaOH) § § n(CH3CHOHCOOH) = 2,00 * 10-4 mol Determinar a concentração do ácido lático no leite. [CH3CHOHCOOH] = [CH3CHOHCOOH] =

n(CH3CHOHCOOH) V(leite) 2,00 * 10-4 10,00 * 10-3

§

§ [CH3CHOHCOOH] = 2,00 * 10-2 mol dm-3 Assim, de acordo com a definição, a acidez do leite é 0,0200 mol de ácido lático por litro de leite. 4.3.7.2. Determinar a massa equivalente à quantidade de ácido lático existente em um litro, ou seja, 2,00 * 10-2 mol. Mr(CH3CHOHCOOH) = 3 Ar(C) + 6 Ar(H) + 3 Ar(0) Mr(CH3CHOHCOOH) = 3 * 12,01 + 6 * 1,01 + 3 * 16,00

Mr(CH3CHOHCOOH) = 90,09 M(CH3CHOHCOOH) = 90,09 g mol-1 12

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m(CH3CHOHCOOH) = n(CH3CHOHCOOH) * M = = m(CH3CHOHCOOH) = 2,00 * 10-2 * 90,09 = = 1,80 g (massa de ácido lático em um litro de leite). Assim, de acordo com a definição, a acidez do leite é 1,8 g de ácido lático por litro de leite. 4.3.8. Determinar a quantidade de ácido lático em um litro de leite. [CH3CHOHCOOH] =

n(CH3CHOHCOOH) V(leite)

§

§ n(CH3CHOHCOOH) = = [CH3CHOHCOOH] * V(leite) § § n(CH3CHOHCOOH) =2,00 * 10-2 * 1,00 § § n(CH3CHOHCOOH) = 2,00 * 10-2 mol Determinar a quantidade de NaOH necessário para reagir completamente com o ácido láctico existente em um litro. Tendo em atenção a estequiometria da equação que traduz a titulação: CH3CHOHCOOH (aq) + NaOH (aq) " CH3CHOHCOO- (aq) + + Na+ (aq) + H2O (l)

n(CH3CHOHCOOH) = n(NaOH) § § n(NaOH) = 2,00 * 10-2 mol Determinar o volume de solução de NaOH 1,0 mol dm-3 que contém 2,00 * 10-2 mol. [NaOH] =

n(NaOH) V(NaOH)

§ V(NaOH) =

§ V(NaOH) =

2,00 * 10-2 1,0

n(NaOH) [NaOH]

§

§

§ V(NaOH) = 2,00 * 10-2 dm3 § § V(NaOH) = 20,0 cm3 Segundo a NP, o leite é próprio para consumo se a acidez for inferior a 17. A acidez do leite é 20 (são necessários 20 cm3 de uma solução alcalina de NaOH, 1,0 mol/dm3, para reagir completamente com um litro de leite) o que permite concluir que o leite está impróprio para consumo. 4.4. A força de um ácido está relacionada com a sua constante de acidez, sendo tanto maior quanto maior for o valor dessa constante. Quanto maior for o valor da constante de acidez de um ácido mais extensa é a sua ionização, originando uma maior quantidade de iões H3O+ em solução, pelo que o pH diminui. Se o pH do leite é mais elevado do que aquilo que seria espectável se os ácidos fossem fortes, é porque a menor quantidade de iões H3O+ presentes em solução se deve ao facto de os

Química


ácidos nele presentes terem constantes de acidez pouco extensas. Assim, podemos concluir que os ácidos presentes no leite são fracos, pelo que possuem constantes de acidez Kc baixas, pois caso contrário o pH seria inferior. 5.

Controlo da acidez de um aquário

5.1. (B) [OH-] = [H3O+], implica que a solução é neutra, mas só a 25 °C o valor dessa concentração é 1,0 * 10-7 mol dm-3. Numa solução ácida, qualquer que seja a temperatura [H3O+] > [OH-]. Numa solução alcalina, qualquer que seja a temperatura, |OH-| > |H3O+|. 5.2. (A) Determinar a massa de solução. m(solução) r= § V(solução) § m(solução) = r * V(solução) § § m(solução) = 1,2 * 0,2 Determinar a massa de HCl, m(HCl) %(m/m) (HCl) = * 100 § m(solução) § m(HCl) = § m(HCl) = § m(HCl) =

(m/m) (HCl) * m(solução) 100 30 * 1,2 * 0,2 100 30 100

*

1,2 * 0,2 1

§

§ §

§ m(HCl) = 0,30 * 1,2 * 0,2. 5.2.1. Determinar a [H3O+], a 25 °C. pH = - log [H3O+] § [H3O+] = 10-pH § § [H3O+] = 10(- 6,8) § § [H3O+] = 1,58 * 10-7 mol dm-3 Determinar a [OH-], a 25 °C. Kw § Kw = [H3O+] * [OH-] § [OH-] = [H3O+] § [OH-] =

1,0 * 10-14 1,58 * 10-7

§

§ [OH-] = 6,34 * 10-8 mol dm-3 A concentração de iões OH- quando pH da solução é 6,8 é 6,34 * 10-8 mol dm-3. 5.2.2.1. (C) (A) Nestas reações, a água comporta-se sempre como uma base, pois capta um protão (H+). (B) A base conjugada de H3PO4 é H2PO4-. A espécie HPO42- é a base conjugada de H2PO4-.

(C) A espécie HPO42- (aq) é uma partícula anfotérica, pois comporta-se como ácido e como base. (D) A espécie PO43- (aq) não pode ser um ácido, segundo Brönsted-Lowry, pois não pode ceder protões (H+). 5.2.2.2. A expressão que traduz a constante de acidez para a primeira ionização do ácido fosfórico tem por base a equação química: " H PO - (aq) + H O+ (aq) H3PO4 (aq) + H2O (l) @ 2 4 3 [H2PO4-]e * [H3O+]e Ka = [H3PO4]e 5.3. Quando se adiciona o cloreto de sódio(NaCl) à solução, este dissocia-se de acordo com a equação: NaCl (aq) " Na+ (aq) + Cl- (aq) Os iões Na+ e Cl- têm caráter químico ácido-base neutro, ou seja, não têm tendência a captar ou a ceder o protão (H+), pelo que não possuem a característica de alterar o pH. Assim, este mantém-se constante. Ao adicionar o cloreto de amónio (NH4Cl) à solução, este dissocia-se de acordo com a equação: NH4Cl (aq) " NH4+ (aq) + Cl- (aq) Os iões Cl- têm caráter químico ácido-base neutro, não têm tendência a captar ou a ceder o protão (H+), pelo que não possuem a característica de alterar o pH da solução. Porém, os iões amónio (NH4+) têm comportamento ácido, pois cedem o protão (H+). Em solução aquosa sofrem hidrólise de acordo com a equação: " NH (aq) + H O+ (aq) NH4+ (aq) + H2O (l) @ 3 3 A presença do ião amónio leva ao aumento da concentração de H3O+ o que se traduz numa diminuição de pH (quanto maior a concentração de H3O+ menor é o pH, já que pH = - log [H3O+]). Assim, a adição de cloreto de amónio vai provocar diminuição do pH, pois faz aumentar a concentração de H3O+. Contudo, não é possível saber se a solução obtida tem caráter ácido ou básico pois desconhecem-se as concentrações iniciais de H3O+ e OH-, dado que desconhece-se a temperatura. 5.4.1. A equação química que traduz a autoionização da água é: " H O+ (aq) + OH- (aq) 2 H2O (l) @ 3 A expressão do produto iónico da água é: Kw = [H3O+]e * [OH-]e Atendendo ao gráfico, verifica-se que o valor da constante Kw aumenta com o aumento de © Edições ASA

13

Química


temperatura, isto é, com o seu aumento as concentrações dos produtos da ionização da água, H3O+ e OH- aumentam, o que traduz a evolução do sistema no sentido direto. Atendendo ao princípio de Le Châtelier, quando se provoca uma perturbação ao sistema em equilíbrio, este evolui de modo a contrariar a perturbação a que foi sujeito. Assim, aumentando a temperatura, o sistema evolui no sentido direto; então, nesse sentido ocorre absorção de energia, a reação é endotérmica, podendo assim concluir-se que a autoionização da água é um processo endotérmico. 5.4.2. Ler no gráfico o valor de Kw a 34 °C. Por leitura gráfica, verifica-se que Kw a 34 °C é 2,0 * 10-14 Determinar a [H3O+] a 34 °C. pH = - log [H3O+] § [H3O+] = 10-pH § § [H3O+] = 10(- 6,6) § § [H3O+] = 2,51 * 10-7 mol dm-3 Determinar a [OH-] a 34 °C. Kw = [H3O+] * [HO-] § [OH-] = § [OH-] =

2,0 * 10-14 2,51 * 10-7

Kw [H3O+]

§

§

§ [OH-] = 7,97 * 10-8 mol dm-3 Determinar o pOH a 34 °C. pOH = - log [HO-] § § pOH = - log 7,97 * 10-8 § § pOH = 7,1 O pOH da água dessa piscina a 34 °C é 7,1. 6.

Água, água e… mais água…

6.1. A frase indicada faz referência ao facto de apesar de existir muita água no planeta Terra apenas uma fração muito pequena (cerca de 0,01%) pode ser consumida pelo ser humano. Apesar de a Terra ser considerada o planeta da água (Planeta Azul), a quase totalidade existente é salgada (cerca de 97,5%). Dos restantes, cerca de 2,5% constituem a parcela de água doce e 99,6% não são aproveitáveis, uma vez que se situam em glaciares e placas de gelo (Gronelândia e Antártida) ou no interior da crusta terrestre (águas profundas). Assim, a água realmente disponível para consumo (lagos, pântanos, rios,…) representa uma parte ínfima de toda a água existente na Terra (cerca de um centésimo de 1%). 14

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6.2. A expressão do texto que justifica o facto de a água do mar não ser adequada ao consumo pelos seres vivos terrestres é: “Como a água do mar é corrosiva e tóxica para os animais e plantas terrestres.” 6.3. Uma expressão equivalente a “água para beber” será “água potável”. 6.4.1. A água mais ácida é a Z, pois é aquela que apresenta menor valor de pH. O pH é dado pela expressão pH = - log [H3O+]. Assim, quanto menor o pH, para a mesma temperatura, maior a concentração de H3O+ e maior a acidez. 6.4.2. Uma água é tanto mais dura quanto maior for a quantidade de ião cálcio existente num dado volume de solução. As águas duras não favorecem a formação de espuma quando se utiliza sabonete ou sabão. Assim, a água que se “oporá” menos à formação de espuma será aquela que apresentar uma menor concentração de catião cálcio (Ca2+), pelo que será a água Z. 6.4.3.1. A sílica será uma substância composta pois é constituída por átomos de mais do que um elemento químico. 6.4.3.2. Indicar o volume de água na garrafa de água X. Vgarrafa de água X = 0,5 dm3 Determinar a massa de sílica existente numa garrafa de água X. cm =

m(SiO2) V

§ m(SiO2) = cm * V §

§ m(SiO2) = 16,8 * 0,5 § m(SiO2) = 8,4 mg A massa de sílica existente numa garrafa de água X é 8,4 mg. 6.4.4. (A) Carbonato de lítio – Li2CO3 (B) Sulfato de potássio – K2SO4 (C) Fosfato de amónio – (NH4)3PO4 (D) Hidróxido de magnésio – Mg(OH)2 (E) Sulfureto de ferro (III) – Fe2S3 (F) Brometo de alumínio – AlBr3 6.5.1. " H O+ (aq) + OH- (aq) 2 H2O (l) @ 3 6.5.2. A afirmação é verdadeira. Tendo em consideração a informação contida no gráfico, o valor

Química


do produto iónico da água, Kw, a 60 °C é superior ao valor do produto iónico da água a 25 °C. Quanto maior o valor Kw, maior a concentração de H3O+, pois Kw = [H3O+] * [OH-]. Em água, a concentração de H3O+ é igual à concentração de OH-. Se [H3O+] = [OH-] pode reescrever-se o produto iónico da água como, Kw = [H3O+]2 o que permite dizer que em água [H3O+] = V√K√w. Justifica-se, assim, que em água, quanto maior o valor Kw maior a concentração de H3O+ e de OH-, pois estas são iguais. Realça-se que apesar do pH diminuir com o aumento de temperatura, a acidez da água não varia porque a concentração de OH- também aumenta e mantêm-se a condição [H3O+] = [OH-]. 6.5.3. (A) Afirmação falsa. Tendo em consideração o Princípio de Le Châtelier, quando a um sistema em equilíbrio se causa uma perturbação, este reage no sentido de contrariar a perturbação a que foi sujeito. Assim, aumentando a temperatura de um sistema em equilíbrio este evolui no sentido endotérmico (sentido que ocorre com consumo/absorção de energia). De acordo com a leitura gráfica, quando a temperatura aumenta, o produto iónico da água, Kw = [OH-] * [H3O+], aumenta, o que indica que o sistema evolui no sentido que conduz ao aumento da concentração dos iões, ou seja, no sentido direto. Assim, a autoionização da água é um processo endotérmico. (B) Afirmação falsa. Determinar a concentração de H3O+ em água a 25 °C. Por leitura gráfica verifica-se que Kw(25°C) = 1,0 * 10-14 Em água [H3O+] = [HO-]. [H3O+] = [HO-] ± Kw = [H3O+]2 [H3O+] = V√K√w § [H3O+] = V√1,√0 √* √1√0√-14 § § [H3O+] = 1,0 * 10-7 mol dm-3 Determinar o pH da solução. pH = - log [H3O+] pH = - log (1,0 * 10-7) § pH = 7 O pH da água é 7,0, à temperatura de 25 °C. (C) Afirmação falsa. Por leitura gráfica, verifica-se que o produto iónico da água, Kw, a 50 °C é superior ao produto iónico da água, a 25 °C, o que significa que a 50 °C a concentração dos iões H3O+ e OH- é superior. Tal indica que, a essa temperatura, o equilíbrio de autoio-

nização da água está mais deslocado no sentido da formação dos iões e, portanto, a autoionização da água a 50 °C é mais extensa do que a 25 °C. (D) Afirmação correta. Determinar a concentração de OH- em água a 60 °C. Por leitura gráfica verifica-se que Kw(60°C) = 10,0 * 10-14 Em água [H3O+] = [OH-]. [H3O+] = [OH-] ± Kw = [OH-]2 [OH-] = V√K√w § [OH-] = V√1√0,√0 √*√ 1√0√-14 § § [OH-] = 3,16 * 10-7 mol dm-3 Determinar o pOH da solução. pOH = - log [OH-] § § pOH = - log (3,16 * 10-7) § pOH = 6,5 A 60 °C, o pOH da água é 6,5, ou seja, é menor do que 7. 6.5.4. Estabelecer equação química que traduz a ionização do ácido clorídrico em água. O ácido clorídrico é um ácido muito forte que em solução aquosa se encontra totalmente ionizado de acordo com a equação química: HCl (aq) + H2O (l) " H3O+ (aq) + Cl- (aq) Determinar a quantidade H3O+. De acordo com a estequiometria da reação n(H3O+) = n(HCl) n(HCl) [HCl] = § n(HCl) = [HCl] * V V n(HCl) = 0,030 * V § n(HCl) = 0,030V (mol) n(H3O+) = n(HCl) § n(H3O+) = 0,030V (mol) Determinar a concentração de H3O+. n(H3O+) 0,030V [H3O+] = § [H3O+] = § V V § [H3O+] = 0,030 mol dm-3 Determinar a concentração de OH-. Por leitura gráfica, verifica-se que Kw (50°C) = 5,0 * 10-14 Kw = [OH-] * [H3O+] § § [OH-] = § [OH-] =

Kw [H3O+]

§

5,0 * 10-14 0,030

§

§ [OH-] = 1,67 * 10-12 mol dm-3 Determinar o pOH da solução. pOH = - log [OH-] § § pOH = - log (1,67 * 10-12) § § pOH = 11,8 O pOH da solução é 11,8. © Edições ASA

15

Química


6.6.1. A 25 °C, uma solução é básica se o seu pH for maior do que 7 e é ácida se o pH for menor do que 7. A 25 °C, a água do mar possui pH maior do que 7, pelo que terá caráter químico alcalino ou básico. A 25 °C, a água da chuva possui pH menor do que 7, pelo que terá caráter químico ácido. 6.6.2. O gás responsável pelo valor do pH da água da chuva é o dióxido de carbono (CO2), no caso da água da chuva não poluída. No caso da água da chuva poluída teremos, também, a acidez causada por óxidos de azoto e de enxofre. 6.7.1. Uma vez que os ácidos são todos monopróticos, pode dizer-se que, quanto maior é o valor da constante de acidez, Ka de um ácido, maior a sua força como ácido. Assim, dos ácidos apresentados, o mais forte é o ácido metanoico e o mais fraco é o ácido cianídrico. Por ordem crescente da sua força relativa, ter-seá então ácido cianídrico, ácido etanoico e ácido metanoico. 6.7.2. Quanto mais forte é um ácido (quanto maior é o valor da sua constante de acidez, Ka) mais fraco é o poder da sua base conjugada (menor é o valor da constante de basicidade, Kb). Assim, a base que se apresenta mais forte, em solução aquosa, é a base conjugada do ácido mais fraco, ou seja, o ácido cianídrico. Então, a base que se apresenta mais forte, em solução aquosa, é o anião cianeto (CN-), que é a base conjugada do ácido cianídrico. 6.7.3.1. " H O+ (aq) + HCOO- (aq). HCOOH (aq) + H2O (l) @ 3 6.7.3.2. Determinar a quantidade de H3O+ formado quando se atinge o equilíbrio de ionização do ácido metanoico, admitindo um volume de solução de 1,0 dm3.

HCOOH (aq) + ni/mol

16

H2O (l)

" HCOO- (aq) @

+ H3O+ (aq)

y

—

0

]0*

Variação

-x

—

+x

+x

neq/mol

y-x

—

x

x

© Edições ASA

*A quantidade inicial de H3O+ não é zero, devido à autoionização da água. No entanto, a quantidade de H3O+ proveniente da autoionização da água é muito pequena quando comparada com a proveniente da ionização do ácido. Por isso, pode considerar-se praticamente zero e assim desprezar-se a quantidade inicial de H3O+, pois é a proveniente da autoionização da água.

pH = - log [H3O+] § [H3O+] = 10-pH [H3O+] = 10(- 3,0) § § [H3O+] = 1,0 * 10-3 mol dm-3 [H3O+] =

n(H3O+) V

§ n(H3O+) = [H3O+] * V §

§ n(H3O+) = 1,0 * 10-3 * 1,0 § § n(H3O+) = 1,0 * 10-3 mol Determinar a quantidade inicial de ácido metanoico. x = n(H3O+) = 1,0 * 10-3 mol Kc =

[H3O+]e * [HCOO-]e [HCOOH]e n(H3O+)e

§ Kc =

*

V

§

n(HCOO-)e V

§

n(HCOOH)e V 1,0 * 10-3

§ Kc =

1,0

*

1,0 * 10-3 1,0

§

y - 1,0 * 10

-3

1,0 § 1,80 * 10-4 =

(1,0 * 10-3)2 y - 1,0 * 10-3

§

§ 1,80 * 10-4 * (y - 1,0 * 10-3) = (1,0 * 10-3)2 §

§ 1,80 * 10-4 * y - 1,8 * 10-7 = 1,0 * 10-6 § § 1,80 * 10-4 * y = 1,18 * 10-6 § §y=

1,18 * 10-6 1,80 * 10-4

§ y = 6,6 * 10-3

y = n(HCOOH)inicial = 6,6 * 10-3 mol Determinar a concentração inicial de ácido metanoico. [HCOOH]inicial = [HCOOH]inicial =

n(HCOOH)inicial V 6,6 * 10-3 1,0

§

§

§ [HCOOH]inicial = 6,6 * 10-3 mol dm-3 A concentração inicial do ácido metanoico era 6,6 * 10-3 mol dm-3. 6.7.4. A afirmação é verdadeira, pois para dispô-las por ordem crescente do seu valor de pH seria também necessário conhecer a concentração inicial dos respetivos ácidos.

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6.8.1. Determinar a quantidade de CH3COOH admitindo um volume de solução de 1,0 dm3. n(CH3COOH) [CH3COOH] = § V § n(CH3COOH) = [CH3COOH] * V § § n(CH3COOH) = 0,02 * 1,0 § § n(CH3COOH) = 0,02 mol Determinar a quantidade de H3O+ formado quando se atinge o equilíbrio de ionização do ácido. " HCOO- (aq) CH3COOH (aq) + H2O (l) @ ni/mol

+ H3O+ (aq)

0,020

—

0

]0*

Variação

-x

—

+x

+x

neq/mol

0,020 - x

—

x

x

*A quantidade inicial de H3O+ não é zero devido à autoionização da água. No entanto, a quantidade de H3O+ proveniente da autoionização da água é muito pequena quando comparada com a proveniente da ionização do ácido. Por isso, pode considerar-se praticamente zero e assim desprezar-se a quantidade inicial de H3O+, pois é a proveniente da autoionização da água.

Kc =

[H3O+]e * [HCOO-]e [HCOOH]e n(H3O+)e

§ Kc =

V

n(HCOO-)e

*

V

n(HCOOH)e

§

V x § Kc =

1,0

x

*

1,0

0,020 - x

§

1,0 § 1,8 * 10-5 =

x2 0,020 - x

1,8 * 10-5 (0,020 - x) = x2 § § x2 + 1,8 * 10-5 x - 3,6 * 10-7 = 0 x = 5,9 * 10-4 ou x = - 6,0 * 10-4 (este valor não tem significado físico) Determinar a concentração de H3O+. n(H3O+) = 5,9 * 10-4 mol [H3O+]e =

n(H3O+) V

§ [H3O+]e =

5,9 * 10-4 1,0

§

§ [H3O+]e = 5,9 * 10-4 mol dm-3 A concentração de iões H3O+ na referida solução de ácido acético é 5,9 * 10-4 mol dm-3. 6.8.2. (B) Como a concentração dos ácidos é a mesma e os ácidos são ambos monopróticos, a quantidade de H3O+ formada na ionização é tanto maior quanto maior for a constante de

acidez, Ka. Assim, a quantidade de H3O+ formada será maior no caso do ácido acético, pois a sua constante de acidez é superior à do ácido cianídrico. Quanto maior for a quantidade de H3O+ formada maior será a sua concentração e menor será o pH, pelo que a solução que apresentará menor pH é a de ácido acético. 6.9. (D) O cianeto de sódio (NaCN) em solução aquosa sofre dissociação de acordo com a equação: NaCN (aq) " Na+ (aq) + CN- (aq) O ião Na+ tem comportamento ácido-base neutro enquanto que o anião CN- tem comportamento básico, pois é a base conjugada de um ácido fraco. Assim, essa solução vai apresentar caráter básico pelo que [H3O+] < [OH-]. 6.10.1. (A) Trata-se de uma titulação ácido forte-base forte pelo que o pH no ponto de equivalência é o correspondente ao de uma solução com caráter químico neutro, pelo que [H3O+] = [OH-]. Durante a titulação, o valor do pH vai diminuindo, pois até se atingir o ponto de equivalência está a ser adicionado um ácido forte a uma base forte, pelo que a quantidade de OHvai sendo menor, o mesmo acontecendo com o valor do pH. 6.10.2. Estabelecer a equação que traduz a titulação em estudo. HNO3 (aq) + KOH (aq) " KNO3 (aq)+ H2O (l) Determinar a quantidade de HNO3. Vsolução de HCl = 12,5 cm3 § § Vsolução de HCl = 12,5 * 10-3 dm3 n(HCl) [HCl] = § n(HCl) = [HCl] * Vsolução § Vsolução § n(HCl) = 0,20 * 12,5 * 10-3 § § n(HCl) = 2,5 * 10-3 mol Determinar a quantidade de KOH. Atendendo á estequiometria da reação: n(KOH) = n(HCl) n(KOH) = n(HCl) § n(KOH) = 2,5 * 10-3 mol Determinar a concentração de KOH. Vsolução de KOH = 25,0 cm3 § § Vsolução de KOH = 25,0 * 10-3 dm3 n(KOH) [KOH] = § Vsolução de KOH § [KOH] =

2,5 * 10-3 25,0 * 10-3

§

§ [KOH] = 0,10 mol dm-3 A concentração da solução de hidróxido de potássio é 0,10 mol/dm3. © Edições ASA

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Química


07. Dos hidrocarbonetos aos combustíveis 7.1. (B) 7.2.1. A fórmula de estrutura do butano é: H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

E a do propano é: H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

7.2.2. (D) Determinar a quantidade de butano em 12,2 dm3, nas condições PTN. V(C4H10) 12,2 n(C4H10) = § n(C4H10) = § Vm 22,4

© Edições ASA

150,0 58,14

§ n(C4H10) = 2,580 mol

Determinar o reagente limitante. Tendo em conta a estequiometria da reação 13 13 n(C4H10) § n(O2) = * 2,580 § n(O2) = 2 2 § n(O2) = 16,77 mol Para que 2,580 mol de C4H10 reagissem completamente, seriam necessários 16,77mol de O2. Como existem 22,5 mol de O2 (quantidade superior á necessária), o O2 está em excesso e o butano é o reagente limitante. Determinar a quantidade de CO2 teoricamente previsto (rendimento de 100%). De acordo com estequiometria da reação: n(CO2)t.p. =

8

n(C4H10) §

2

§ n(CO2)t.p. =

8 2

* 2,580 §

§ n(CO2)t.p. = 10,32 mol Determinar a quantidade de CO2 realmente obtida. V(CO2)r.o.

n(CO2)r.o. =

Vm

§ n(CO2)r.o. =

125,0 22,4

§

§ n(CO2)r.o. = 5,58 mol Determinar o rendimento. h=

n(CO2)r.o. n(CO2)t.p.

* 100 § h =

5,58 10,32

* 100 §

h = 54,1% O rendimento da reação é 54,1%. 7.3.1. : O : xx C xx : O :

18

§ n(C4H10) =

:

§ n(C4H10) = 0,500 mol Determinar a quantidade de átomos de H em 12,2 dm3, nas condições PTN. n(H) = 10 * n(C4H10) § § n(H) = 10 * 0,500 § n(H) = 5,00 mol Determinar o número de átomos de H em 12,2 dm3, nas condições PTN. N(H) = n(H) * NA § § N(H) = 5,00 * 6,02 * 1023 átomos de H. 7.2.3. Determinar a energia absorvida para romper as ligações em uma mole de butano. Eabs. = 3Ediss.(C-C) + 10Ediss.(C-H) § § Eabs. = 3 * 346 + 10 * 413 § § Eabs. = 5168 kJ mol-1 Eabs. = 5,17 * 103 kJ mol-1 Determinar a energia absorvida para romper as ligações em uma mole de propano. Eabs. = 2Ediss.(C-C) + 8Ediss.(C-H) § § Eabs. = 2 * 346 + 8 * 413 § § Eabs. = 3996 kJ mol-1 Eabs. = 4,00 * 103 kJ mol-1 Fica assim demonstrado que a energia posta em jogo na dissociação das ligações de uma mole de butano (5,17 * 103 kJ mol-1) é maior do que na dissociação das ligações de igual quantidade de propano (4,00 * 10 3 kJ mol-1). 7.2.4. Determinar a quantidade de butano. Mr(C4H10) = 4 Ar(C) + 10 Ar(H) Mr(C4H10) = 4 * 12,01 + 10 * 1,01 §

§ Mr(C4H10) = 58,14 M(C4H10) = 58,14 g mol-1 m(C4H10) n(C4H10) = § M(C4H10)

:

7.3.2. (C) Determinar o quociente da reação. De acordo com a estequiometria da reação, as quantidades formadas de monóxido de carbono e de oxigénio são iguais. Q=

[CO]2 * [O2] [CO2]2

§Q=

(10-5)2 * (10-2) (10-4)2

§

§ Q = 1,0 * 10-4 Como o valor do quociente da reação é diferente (maior) que o valor da constante de equilíbrio, Q > Kc, o sistema não se encontra em equilíbrio.

Química


Para que o sistema atinja o equilíbrio, o quociente da reação terá de diminuir até igualar o valor da constante de equilíbrio. Para que tal se verifique, as concentrações de monóxido de carbono e de oxigénio têm de diminuir e a de dióxido de carbono aumentar. Tal verifica-se quando o sistema evolui no sentido inverso. 7.3.3. (A) Afirmação verdadeira. A reação ocorre com absorção de energia pois DH > 0; logo, a reação é endoenergética. (B) Afirmação falsa. O valor da constante de equilíbrio só depende da temperatura. (C) Afirmação falsa. Tendo em consideração o Princípio de Le Châtelier, quando se causa uma perturbação ao sistema, este evolui de forma a contrariar a perturbação a que foi sujeito. Assim, adicionando vapor de água ao sistema, este evolui no sentido inverso para que ocorra consumo de vapor de água. (D) Afirmação falsa. Tendo em consideração o Princípio de Le Châtelier, quando se causa uma perturbação ao sistema, este evolui de forma a contrariar a perturbação a que foi sujeito. Assim, quando se diminui a pressão do sistema reacional este evolui no sentido que ocorre com aumento da quantidade contida na fase gasosa, aumentando a pressão. Como este sistema evolui de reagentes para produtos da reação sem que ocorra alteração da quantidade na fase gasosa, não vai ser sensível a variações de pressão, isto é, as variações de pressão não constituem perturbação para este equilíbrio. (E) Afirmação falsa. Este sistema não é afetado por variações de volume, porque as alterações de volume traduzem-se numa alteração de pressão. Um aumento de volume provoca uma diminuição de pressão e uma diminuição de volume provoca um aumento de pressão. (F) Afirmação verdadeira. Este sistema reacional é endotérmico, ou seja, a reação ocorre com absorção de energia pois DH > 0. Tendo em consideração o Princípio de Le Châtelier, se se aumentar a temperatura para 500 K, o sistema evolui no sentido da reação endotérmica para que ocorra absorção de energia. Neste caso, tal verifica-se quando o sistema progride no sentido direto, aumentando a concentração dos produtos da reação e diminuindo a con-

centração dos reagentes, o que conduz a um aumento da constante de equilíbrio. (G) Afirmação falsa. Tendo em consideração o Princípio de Le Châtelier, removendo hidrogénio do sistema, este evolui no sentido inverso para que ocorra formação de hidrogénio. (H) Afirmação falsa. Para aumentar o rendimento da reação terá de se introduzir perturbações que conduzam à evolução do sistema no sentido direto e, das sugestões indicadas, apenas a remoção de vapor de água conduz à evolução do sistema no sentido direto. Deste modo, removendo vapor de água do sistema, este evolui no sentido direto para que ocorra formação de vapor de água, mas diminuindo a temperatura, o sistema irá deslocar-se no sentido da reação exotérmica (a que ocorre com libertação de energia), o que neste caso se verifica quando ocorre evolução do sistema no sentido inverso. Como não se sabe qual dos fatores é predominante, a afirmação é classificada falsa. 7.4. Determinar a quantidade de cada constituinte no equilíbrio. Vsistema = 2,0 L § Vsistema = 2,0 dm3 n(NO2)e = 0,0044 mol 2 NO (g)

" @

O2 (g)

+ 2 NO2 (g)

ni/ mol

0,04

0,06

0

Variação

-2x

-x

+2x

neq/mol

0,04 - 2x

0,06 - x

0,0044

2x = 0,0044 mol § x =

0,0044 2

§

§ x = 0,0022 mol .n(O2)e = 0,06 - 0,0022 § § n(O2)e = 5,78 * 10-2 mol .n(NO2)e = 0,04 - (2 * 0,0022) § § n(NO)e = 3,56 * 10-2 mol .n(NO2)e = 4,4* 10-3 mol Determinar a concentração de cada componente no equilíbrio. n(O2)e 5,78 * 10-2 [O2]e = § [O2]e = § V 2,0 § [O2]e =2,89 * 10-2 mol dm-3 n(NO)e 3,56 * 10-2 [NO]e = § [NO]e = § V 2,0 § [NO]e = 1,78 * 10-2 mol dm-3 n(NO2)e 4,4 * 10-3 [NO2]e = § [NO2]e = § V 2,0 § [NO2]e = 2,2 * 10-3 mol dm-3 © Edições ASA

19

Química


Estabelecer a expressão da constante de equilíbrio. [NO2]e2 Kc = [O2]e * [NO]e2 Determinar KC a 298,15 K. (2,2 * 10-3)2 Kc = § (1,78 * 10-2)2 * (2,89 * 10-2) § Kc = 5,3 * 10 A constante de equilíbrio à temperatura a que decorreu a reação é 5,3 * 10-1. -1

8. Transferindo eletrões 8.1. Nas reações oxidação-redução ou, mais simplesmente, reações redox ocorre transferência de eletrões entre espécies. No conceito atual de oxidação-redução, define-se como oxidação: processo no qual uma espécie química perde eletrões. Redução: processo no qual uma espécie química ganha eletrões. Um átomo, molécula ou ião oxida-se quando perde eletrões. Um átomo molécula ou ião reduz-se quando ganha eletrões. Não podem ocorrer processos de oxidação ou redução isoladas. Para que uma substância se oxide, perdendo eletrões, tem de estar na presença de outra que aceite esses eletrões, e que, por sua vez se reduza. As reações de oxidação-redução ocorrem em simultâneo e o número de eletrões ganho na redução tem de ser igual ao libertado na oxidação. 8.2. O ferro quando exposto ao ar sofre corrosão, sendo oxidado pelo oxigénio atmosférico. Este processo vai transformando o ferro em óxido de ferro e degradando as grades e portões de ferro. Para evitar esta corrosão pintam-se portões e grades, dificultando deste modo o seu contacto com o oxigénio atmosférico, impedindo, assim a oxidação do ferro que pode ser explicada de forma simplificada como um processo que ocorre em duas fases. Numa primeira fase, o oxigénio oxida o ferro a catião ferro (II) 2 Fe (s) + O2 (g) + 4 H3O+ (aq) " 2 Fe2+ (aq) + 6 H2O (l)

Numa segunda fase, o catião ferro (II) é oxidaddo a catião ferro (III). Estes óxidos não são aderentes nem protetores, como no caso do chumbo ou alumínio. São higroscópicos absorvendo a água, que contribui para que ocorra progressivamente maior corrosão.

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8.3. X (s) + Ag+ (aq) " Ag (s) + X+ (aq) Objeto que se pretende prateado

8.4. n.o. 1 6 -2

0

2 6 -2

0

H2SO4 (aq) + Zn (s) — ZnSO4 (aq) + H2 (g) oxidação redução

A reação é redox pois ocorre com variação dos números de oxidação de algumas espécies nela envolvidas. O hidrogénio evolui de reagentes para produtos com diminuição do seu número de oxidação (Dn.o. (H) < 0) Dn.o.(H) = n.o. (H)f - n.o.(H)i § § Dn.o.(H) = 0 - 1 § Dn.o.(H) = - 1 O zinco evolui de reagentes para produtos com aumento do seu número de oxidação (Dn.o. (Zn) > 0) Dn.o.(Zn) = n.o.(Zn)f - n.o.(Zn)i § §Dn.o.(Zn) = 2 - 0 § Dn.o.(Zn) = 2 8.5.1. Sistema (I): ocorre reação pois o poder redutor do zinco é superior ao do cobre. Assim, ocorre a reação química traduzida pela equação: Zn (s) + Cu2+ (aq) " Cu (s) + Zn2+ (aq) Sistema (II): não ocorre reação pois o poder redutor do cobre é inferior ao do zinco. Cu (s) + Zn2+ (aq) " não ocorre reação Sistema (III): não ocorre reação, pois o poder redutor do cobre é superior ao da prata. Ag (s) + Cu2+ (aq) " não ocorre reação Sistema (IV); ocorre reação, pois o poder redutor do cobre é superior ao da prata. Assim, ocorre a reação traduzida pela equação: Cu (s) + 2 Ag+ (aq) " 2 Ag (s) + Cu2+ (aq) 8.5.2. Sistema (I) verifica-se: – deposição de cobre sólido sobre a placa de zinco, já que o catião cobre(II) sofreu redução originando cobre metálico, que se deposita sobre a placa de zinco. – diminuição da intensidade da cor azul da solução. O que origina a cor azul da solução é a presença de catião cobre (II). À medida que a reação ocorre, a quantidade de catião cobre (II) em solução diminui porque se transforma em cobre metálico. A diminuição da quantidade de catião cobre (II) em solução diminui a intensidade da coloração azul. Sistema (IV) verifica-se: – deposição de prata metálica sobre a placa de cobre, já que o catião prata (I) sofreu redução

Química


originando prata metálica, a qual se deposita na placa de cobre. – intensificação da cor azul da solução. O que origina a cor azul da solução é a presença de catião cobre (II). À medida que a reação ocorre, a quantidade de catião cobre (II) em solução aumenta, porque o cobre metálico transforma-se em catião cobre (II). O aumento da quantidade de catião cobre (II) em solução intensifica a sua coloração azul . 8.5.3. Para uma dada espécie, quanto menor for o seu poder redutor maior será o seu poder oxidante. Tendo em atenção a informação contida na série eletroquímica, verifica-se que a prata é o metal que apresenta menor poder redutor. Se a prata é dos três metais aquele que possui menor poder redutor, será o que possui maior poder oxidante. 8.5.4. Para o sistema (I), os pares conjugados de oxidação-redução são: Zn2+/Zn e Cu2+/Cu. Para o sistema (IV), os pares conjugados de oxidação-redução são: Cu2+/Cu e Ag+/Ag. 8.5.5. (D) Quanto maior for o poder redutor de um metal, menor é o poder oxidante do respetivo catião. 8.6. O ácido clorídrico reage com o zinco mas não reage com a prata, porque o poder redutor do zinco é superior ao da prata. Assim, o zinco metálico é um redutor suficientemente forte para reduzir o catião hidrogénio (H+) a hidrogénio gasoso (H2). Zn (s) + 2 HCl (aq) " Zn2+ (aq) + 2 Cl- (aq) + H2 (g) Como o poder redutor da prata é inferior ao poder redutor do hidrogénio, a reação seguinte não ocorre. Ag (s) + HCl (aq) " não ocorre reação 8.7.1. A série eletroquímica permite concluir que o poder redutor do ferro é superior ao poder redutor do cobre. Assim, quando se mergulha um prego de ferro numa solução de sulfato de cobre, será de prever que o ferro seja oxidado e o cobre seja reduzido, de acordo com a equação química: Fe(s) + Cu2+ (aq) " Cu (s) + Fe2+ (aq) Verifica-se, assim, deposição de uma camada de cobre metálico sobre o prego de ferro e uma atenuação da coloração azul da solução. O que

origina a cor azul da solução é a presença de catião cobre (II). À medida que a reação ocorre, a quantidade de catião cobre (II) em solução diminui porque se transforma em cobre metálico. A diminuição da quantidade de catião cobre (II) em solução atenua a intensidade da coloração azul. 8.7.2. A série eletroquímica permite concluir que o poder redutor do cobre é inferior ao poder redutor do ferro. Assim, quando se mergulha um fio de cobre numa solução de sulfato de ferro (II), será de prever que não ocorra reação porque o cobre não é um redutor suficientemente forte para reduzir o catião ferro a ferro metálico. Cu (s) + Fe2+ (aq) " não ocorre reação 8.8. 8.8.1. (C) O n.o. do vanádio no ião, VO3– é mais cinco porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem um ião é igual à carga do ião e porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois excepto nos peróxidos em que é menos um. n.o.(V)V03– + 4 * n.o. (O)V03– = –1 § § n.o.(V)V03– + 3 * (–2) = –1 § § n.o.(V)V03– = –1 + 6 § § n.o.(V)V03– = 5 O n.o. do vanádio no ião [VO(H20)5]2+ é mais quatro porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem um ião é igual à carga do ião, porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois exceto nos peróxidos em que é menos um e porque o número de oxidação do hidrogénio é um excepto nos hidretos em que é menos um. n.o.(V)[VO(H2O)5]2+ + 6 * n.o.(O)[VO(H2O)5]2+ + + 10 * n.o.(H)[VO(H2O)5]2+ = +2 n.o.(V)[VO(H2O)5]2+ + 6 * (–2) + 10 * (1) = +2 § § n.o.(V)[VO(H2O)5]2+ –12 + 10 = +2 n.o.(V)[VO(H2O)5]2+ = +2 + 12 – 10 § § n.o.(V)[VO(H2O)5]2+ = +4 O n.o. do vanádio no ião [V(H20)6]3+ é mais quatro porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem um ião é igual à carga do ião, porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois exceto nos peróxidos em que é menos um e porque o número de oxidação do hidrogénio é um excepto nos hidretos em que é menos um. © Edições ASA

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Química


n.o.(V)[VO(H2O)6]3+ + 6 * n.o.(O)[VO(H2O)6]3+ + + 12 * n.o.(H)[VO(H2O)6]3+ = +3 n.o.(V)[VO(H2O)6]3+ + 6 * (–2) + 12 * (1) = +3 § § n.o.(V)[VO(H2O)6]3+ –12 + 12 = +3 n.o.(V)[VO(H2O)6]3+ = +3 + 12 – 12 § § n.o.(V)[VO(H2O)6]3+ = +3 O n.o. do vanádio no ião [V(H20)6]2+ é mais quatro porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem um ião é igual à carga do ião, porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois exceto nos peróxidos em que é menos um e porque o número de oxidação do hidrogénio é um excepto nos hidretos em que é menos um. n.o.(V)[VO(H2O)6]2+ + 6 * n.o.(O)[VO(H2O)6]2+ + + 12 * n.o.(H)[VO(H2O)6]2+ = +2 n.o.(V)[VO(H2O)6]2+ + 6 * (–2) + 12 * (1) = +3 § § n.o.(V)[VO(H2O)6]2+ –12 + 12 = +2 n.o.(V)[VO(H2O)6]2+ = +2 + 12 – 12 § § n.o.(V)[VO(H2O)6]2+ = +2 VO3– (amarelo) → [VO(OH2)5]2+ (azul) → → [V(OH2)6]3+ (verde) → [V(OH2)6]2+ (violeta) 8.8.2.1. (D) O n.o. do enxofre, no composto dióxido de enxofre (S02) é mais quatro porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem uma molécula neutra é igual a zero (regra da electroneutralidade) e porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois exceto nos peróxidos que é menos um. 2 * n.o.(O)SO2 + n.o.(S)SO2 = O § § 2 * (–2) + (S)SO2 = O § n.o.(S)SO2 = 4 O n.o. do enxofre, no composto dióxido de enxofre (S03) é mais seis porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem uma molécula neutra é igual a zero (regra da electroneutralidade) e porque o número de oxidação do oxigénio é menos dois exceto nos peróxidos que é menos um. 2 * n.o.(O)SO3 + n.o.(S)SO3 = O § § 3 * (–2) + (S)SO3 = O § n.o.(S)SO3 = 6 8.8.2.2. Determinar o número de oxidação do vanádio no composto V205. O n.o. do vanádio, no composto V205 é mais cinco porque a soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos que constituem uma molécula neutra é igual a zero (regra da 22

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electroneutralidade) e porque o número de oxidação do o xigénio é me nos dois exceto nos peróxidos que é menos um . 5 * n.o.(O)V2O5 + 2 * n.o.(V)V2O5 = 0 § § 5 * (–2) + 2 * (S)V2O5 = 0 § 10 § n.o.(S)V2O5 = § n.o.(S)V2O5 = 5 2 9.

Reações de precipitação

9.1. A hidroxiapatite é o sal Ca5(PO4)3OH. A sua dissociação pode ser traduzida pela equação: [Ca5(PO4)3]OH " 5 Ca2+ + 3 PO43- + OHOs iões presentes na hidroxiapatite são o catião cálcio (Ca2+), o anião fosfato (PO43-) e o anião hidróxido (OH-), a sua proporção de combinação é 5:3:1. 9.2. O sulfato de bário é utilizado como meio de diagnóstico de problemas no tubo digestivo. 9.3. (A) Afirmação falsa. O produto de solubilidade (Ks) é uma constante de equilíbrio pelo que o seu valor só depende da temperatura. (B) Afirmação falsa. O produto de solubilidade (Ks) é uma constante de equilíbrio pelo que o seu valor só depende da temperatura. A solubilidade de um sal pouco solúvel é que diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro. (C) Afirmação falsa. A solubilidade de um sal em água só depende da temperatura. A solubilidade de um sal em diferentes soluções depende da presença de iões comuns ao sal e da presença de agentes que reajam com os iões presentes no sal. Assim, a solubilidade de um sal em presença de ião comum diminui relativamente à sua solubilidade em água. A solubilidade em presença de agentes que reajam com os iões presentes no sal, fazendo diminuir a sua quantidade, aumentam a solubilidade do sal relativamente à sua solubilidade em água. (D) Afirmação verdadeira. A solubilidade de um sal pouco solúvel diminui por adição de um sal solúvel com ião comum ao primeiro. (E) Afirmação falsa. A solubilidade de um sal pouco solúvel não aumenta por adição de solvente, porque a solubilidade é uma quantidade por unidade de volume. A solubilidade define-se como sendo a massa máxima de um sal que é possível dissolver num dado volume (ou massa) de solvente. Assim, aumentando o volume (massa) de solvente é possível dissolver

Química


mais massa de soluto, sem que se altere a sua solubilidade. (F) Afirmação falsa. A ordem da solubilidade dos sais, em água, coincide com a ordem dos respetivos produtos de solubilidade, para uma mesma temperatura, apenas se a estequiometria dos sais for a mesma, isto é, se a relação entre a solubilidade e o produto de solubilidade for igual. (G) Afirmação verdadeira. O hidróxido de cálcio é mais solúvel numa solução de NH4Cl do que em água pura, embora o respetivo produto de solubilidade só varie com a temperatura. 9.4.1. A afirmação é verdadeira, pois todos os sais apresentados possuem moléculas de água incorporadas na sua estrutura cristalina. 9.4.2.

de água é 28,5 g. Assim, a essa temperatura, a solução está saturada, pois a concentração do CuSO4.5H2O em solução aquosa coincide com a solubilidade. 9.4.3.2. A afirmação é falsa. À temperatura de 60 °C, S(AlCl3.6H2O) = 32,5 g/100 g de H2O, ou seja, a quantidade máxima de AlCl3.6H2O que é possível dissolver em 100 g de água é 32,5 g. Assim, a essa temperatura a solução não está saturada, pois a concentração do AlCl3.6H2O em solução aquosa é inferior à solubilidade. 9.4.3.3. A afirmação é falsa. À temperatura de 80 °C, S(BaCl2.2H2O) = 52,4 g/100 g de H2O, ou seja, a quantidade máxima de BaCl2.2H2O que é possível dissolver em 100 g de água é 52,4 g. Assim, a essa temperatura a solução está sobressaturada, pois a concentração do BaCl2.2H2O em solução aquosa é superior à solubilidade. 9.4.4. À temperatura de 100,0 °C, o sal mais solúvel é o CuSO4.5H2O, pois é aquele em que é possível dissolver uma maior massa, para a mesma massa de solvente. 9.4.5. Determinar, por leitura gráfica, a solubilidade do BaCl2.2H2O, a 65 °C. Pela leitura do gráfico, à temperatura de 65 °C, o valor máximo de BaCl2.2H2O que se pode dissolver em 100 g de solvente é de 48,0 g. Determinar, nestas condições, o valor máximo da massa de BaCl2.2H2O que se pode dissolver em 60 g de água. m(BaCl2.2H2O) m(água) §

=

48,0 100

m(BaCl2.2H2O) 60

=

§ m(BaCl2.2H2O) =

9.4.3.1. A afirmação é verdadeira. À temperatura de A = 40 °C, S(CuSO4.5H2O) = 28,5 g /100 g de H2O, ou seja, a quantidade máxima de CuSO4.5H2O que é possível dissolver em 100 g

§

48,0 100 48,0 100

§ * 60 §

§ m(BaCl2.2H2O) = 28,8 g 9.5.1. Prevê-se a formação de um precipitado, isto é, admite-se que ocorrerá precipitação. 9.5.2. Determinar a solubilidade do cromato de bário (BaCrO4). " Ba2+ (aq) + CrO 2- (aq) BaCrO4 (s) @ 4 2+ Ks = [Ba ]* [CrO42-] § Ks = S * S § © Edições ASA

23

Química


§ Ks = S2 § S = V√Ks § § S = V√1,√2 √* √1√0-√10 § § S = 1,1 * 10-5 mol dm-3 Determinar a solubilidade do cromato de estrôncio (SrCrO4). " Sr2+ (aq) + CrO 2- (aq) SrCrO4 (s) @ 4 2+ Ks = [Sr ] * [CrO42-] § Ks = S * S § § Ks = S2 § S = V√Ks § § S = V√3,√5 √* √1√0√-5 § § S = 5,9 * 10-3 mol dm-3 O sal que precipita primeiro é o cromato de bário, pois é o sal menos solúvel, ou seja, é o que apresenta menor solubilidade. 9.5.3. Determinar a concentração de anião cromato quando o cromato de estrôncio começa a precipitar. No instante em que o cromato de estrôncio começa a precipitar (admite-se que neste instante começa a precipitar mas ainda não precipitou e que a adição de solução de cromato não alterou de forma mensurável o volume de solução), a concentração de ião estrôncio é 0,10 mol dm-3. Esse instante em que começa a precipitar mas ainda não precipitou é o instante limite da condição de equilíbrio, Q = Ks. Esta condição permite determinar a concentração de cromato, já que se conhece Ks e a concentração de catião Sr2+ nesse instante. Ks Ks = [Sr2+] * [CrO42-] § [CrO42-] = § [Sr2+] § [CrO42-] =

3,5 * 10-5 0,10

§

§ [CrO42-] = 3,5 * 10-5 mol dm-3 Determinar a concentração de catião bário quando o cromato de estrôncio começa a precipitar. No instante em que o cromato de estrôncio começa a precipitar, a concentração de anião cromato é 3,5 * 10-5 mol dm-3, e nesse instante o sistema encontra-se em equilíbrio relativamente ao cromato de bário, pelo que, Q = Ks; esta condição permite determinar a concentração de catião bário, já que se conhece Ks e a concentração de anião cromato nesse instante. Ks = [Ba ]* [CrO ] § [Ba ] = 2+

§ [Ba2+] =

2+

24

1,2 * 10-10 3,5 * 10-4

§

§ [Ba2+] = 3,4 * 10-7 mol dm-3 24

© Edições ASA

Ks [CrO42-]

§

A concentração do catião bário quando o cromato de estrôncio começa a precipitar é 3,4 * 10-7 mol dm-3. 9.6. A afirmação é verdadeira, pois a relação entre a solubilidade dos sais só é igual à relação entre os produtos de solubilidade quando a estequiometria dos sais é equivalente, ou seja, quando a relação entre o produto de solubilidade e a solubilidade é igual para os diferentes sais. Determinar a solubilidade do cromato de bário (BaCrO4). " Ba2+ (aq) + CrO 2- (aq) BaCrO4 (aq) @ 4 Ks = [Ba2+] * [CrO42-] § Ks = S * S § § Ks = S2 § S = V√Ks § S = V√1,√2 * √ √ 1√0-10 √ § -5 -3 § S = 1,1 * 10 mol dm Determinar a solubilidade do cromato de prata (Ag2CrO4). " 2 Ag+ (aq) + CrO 2- (aq) Ag2CrO4 (s) @ 4 Ks = [Ag+]2 * [CrO42-] § Ks = (2S)2 * S § § Ks = 4 S3 § S3 = 3

§S=

V

√ Ks 4

Ks 3

§S=

§

4

V

31,3 * 10-12

§

4

§ S = 6,9 * 10-5 mol dm-3 Determinar a relação entre os produtos de solubilidade. Ks(BaCrO4) Ks(Ag2CrO4) §

=

1,2 * 10-10

§

1,3* 10-12

Ks(BaCrO4) Ks(Ag2CrO4)

] 92 §

§ Ks(BaCrO4) ] 92 * Ks(Ag2CrO4) Determinar a relação entre as solubilidades. S(Ag2CrO4) S(BaCrO4) §

=

6,9 * 10-5 1,1 * 10-5

S(Ag2CrO4) S(BaCrO4)

§

] 6,3 §

§ S(Ag2CrO4) ] 6,3 * S(BaCrO4) Mostrar que a relação entre as solubilidades e o Ks é diferente para os dois sais. Para o cromato de bário (BaCrO4): Ks = S2 § S = V√Ks Para o cromato de prata (Ag2CrO4): Ks = 4 S3 § S3 = S3 =

Ks 4

3

§S=

√ Ks

V

4

9.7.1. Quando se misturam as duas soluções poderá ocorrer precipitação de hidróxido de alumínio (Al(OH)3) já que o nitrato de sódio é um sal muito solúvel.

Química


Determinar a quantidade de catião alumínio (Al3+) proveniente dos 40,0 cm3 de solução de nitrato de alumínio. Vsolução = 40,0 cm3 § Vsolução = 40,0 * 10-3 dm3 [Al(NO3)3] =

n(Al(NO3)3) V

§

§ n(Al(NO3)3) = [Al(NO3)3] * V § § n(Al(NO3)3) = 0,020 * 40,0 * 10-3 § § n(Al(NO3)3) = 8,0 * 10-4 mol Em solução aquosa, o nitrato de alumínio sofre dissociação de acordo com a equação: Al(NO3)3 (aq) " Al3+ (aq) + 3 NO3- (aq) Tendo em conta a estequiometria do sal: n(Al3+) = n(AlNO3)3) § § n(Al3+) = 8,0 * 10-4 mol Determinar a quantidade de anião hidróxido (OH-) proveniente dos 60,0 cm3 de solução de hidróxido de sódio. Vsolução = 60,0 cm3 § Vsolução = 60,0 * 10-3 dm3 [NaOH] =

n(NaOH) V

§

§ n(NaOH) = [NaOH] * V § n(NaOH) = 0,050 * 60,0 * 10-3 § § n(NaOH) = 3,0 * 10-3 mol Em solução aquosa, o hidróxido de sódio sofre dissociação de acordo com a equação: NaOH (aq) " Na+ (aq) + OH- (aq) Tendo em conta a estequiometria: n(OH-) =n(NaOH) § n(OH-) = 3,0 * 10-3 mol Determinar a concentração do anião hidróxido (OH-) na solução final se não ocorresse precipitação. Vtotal = VAl(NO ) + VNaOH § 33 § Vtotal = 40,0 + 60,0 § § Vtotal = 100,0 cm3 § § Vtotal = 100,0 * 10-3 dm3 [OH-] =

n(OH-) Vtotal

§ [OH-] =

3,0 * 10-3 100,0 * 10-3

§

§ [OH-] = 3,0 * 10-2 mol dm-3 Determinar a concentração do catião alumínio (Al3+) na solução final se não ocorresse precipitação. Vtotal = VAl(NO ) + VNaOH § 33 § Vtotal = 40,0 + 60,0 § § Vtotal = 100,0 cm3 § § Vtotal = 100,0 * 10-3 dm3 [Al3+] =

n(Al3+) Vtotal

§ [Al3+] =

8,0 * 10-4 100,0 * 10-3

§ [Al3+] = 8,0 * 10-3 mol dm-3

§

Determinar o quociente da reação. " Al3+ (aq) + 3 OH- (aq) Al(OH)3 (aq) @ Q = [Al3+]* [OH-]3 § § Q = 8,0 * 10-3 * (3,0 * 10-2)3 § § Q = 2,2 * 10-7 Q > Ks(Al(NO3)3). Nestas condições, o sistema não se encontra em equilíbrio (a condição de equilíbrio é Q = Ks). Para que uma situação de equilíbrio seja atingida, o quociente da reação tem de diminuir até igualar o valor de Ks, o que implica evolução do sistema no sentido da formação do sal, o que leva à formação de precipitado. Há precipitação de Al(OH)3 e diminuição das concentrações dos iões. 9.7.2. Na solução final existem os iões NO3-, Na+,Cl-, H3O+ e OH-. As espécies NO3-, Na+,Cl-, tem caráter químico ácido-base neutro. Assim, o caráter químico da solução final vai depender da quantidade de OH- proveniente de hidróxido solubilizado. Tendo em consideração os valores das concentrações obtidos no item anterior " Al(OH)3 (s) @

Ag+ (aq)

+

3 OH- (aq)

ni/mol

—

8,0 * 10-4

3,0 * 10-3

Variação

+x

-x

-3x

neq/mol

x

8,0 * 10 - x -4

3,0 * 10-3 - 3x

Admitindo que todo o Ag+ precipitava 8,0 * 10-4 - x ] 0 e x ] 8,0 * 10-4 mol, resultaria que n(OH-)e = 3,0 * 10-3 - 3x § § n(OH-)e = 3,0 * 10-3 - [3 * (8,0 * 10-4)] § § n(OH-)e = 6,0 * 10-4 mol, A quantidade de OH- no equilíbrio vai ser ligeiramente superior a 6,0 * 10-4 mol porque o Ag+ não se gasta totalmente, pois fica em solução uma pequena quantidade, que corresponde à permitida pela solubilidade nestas condições. Admitindo que n(OH-)e = 6,0 * 10-4 mol: [OH-] =

n(OH-) Vtotal

§ [OH-] =

6,0 * 10-4 100,0 * 10-3

§

§ [OH-] = 6,0 * 10-3 mol dm-3 pOH = - log [OH-] § § pOH = - log (6,0 * 10-3) § pOH = 2,2 O pOH vai ser ligeiramente inferior a 2,2, pois a concentração de OH- é ligeiramente superior a 6,0 * 10-3 mol. Assim, a 25 °C, a solução é francamente alcalina. © Edições ASA

25

Química


9.8.1. Hidróxido de bário – Ba(HO)2 Sulfato de sódio – Na2SO4 9.8.2. " BaSO (s) Ba2+ (aq) + SO42- (aq) @ 4 9.8.3. Quando se misturam as duas soluções poderá ocorrer precipitação de sulfato de bário (BaSO4), que é um sal pouco solúvel, já que o hidróxido de sódio é bastante solúvel. Determinar a quantidade de catião bário (Ba2+) proveniente dos 50,0 cm3 de solução de hidróxido de bário. Vsolução = 50,0 cm3 § Vsolução = 50,0 * 10-3 dm3 [Ba(OH)2] =

n(Ba(OH)2) V

§

§ n(Ba(OH)2) = [Ba(OH)2] * V § n(Ba(OH)2) = 1,00 * 50,0 * 10-3 § § n(Ba(OH)2) = 5,00 * 10-2 mol Em solução aquosa, o hidróxido de bário sofre dissociação de acordo com a equação: Ba(OH)2 (aq) " Ba2+ (aq) + 2 OH- (aq) Tendo em conta a estequiometria do sal: n(Ba2+) = n(Ba(HO)2) § § n(Ba2+) = 5,0 * 10-2 mol Determinar a quantidade de anião sulfato (SO42-) proveniente dos 86,4 cm3 de solução de sulfato de sódio. Vsolução = 86,4 cm3 § Vsolução = 86,4 * 10-3 dm3 [Na2SO4] =

n(Na2SO4) V

§

§ n(Na2SO4) = [Na2SO4] * V § § n(Na2SO4) = 1,00 * 86,4 * 10-3 § § n(Na2SO4) = 8,64 * 10-2 mol Em solução aquosa, o sulfato de sódio sofre dissociação de acordo com a equação: Na2SO4 (aq) " 2 Na+ (aq) + SO42- (aq) Tendo em conta a estequiometria do sal: n(SO42-) = n(Na2SO4) § § n(SO42-) = 8,64 * 10-2 mol Determinar a concentração do anião hidróxido (SO42-) na solução final se não ocorresse precipitação. Vtotal = VBaOH + VNa SO § 2 4 § Vtotal = 50,0 + 86,4 § § Vtotal = 136,4 cm3 § § Vtotal= 136,4 * 10-3 dm3 [SO42-] =

n(SO42-) Vtotal

§ [SO42-] =

8,64 * 10-2 136,4 * 10-3

§ [SO42-] = 6,33 * 10-1 mol dm-3 26

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§

Determinar a concentração do catião bário (Ba2+) na solução final se não ocorre-se precipitação. [Ba2+] =

n(Ba2+) Vtotal

§ [Ba2+] =

5,0 * 10-2 136,4 * 10-3

§

§ [Ba2+] = 3,67 * 10-1 mol dm-3 Determinar o quociente da reação. " Ba2+ (aq) + SO 2- (aq) BaSO4 (s) @ 4 2+ Q = [Ba ] * [SO42-] § § Q = 3,67 * 10-1 * 6,33 * 10-1 § § Q = 2,32 * 10-1 Q > Ks (BaSO4), nesta condições o sistema não se encontra em equilíbrio (a condição de equilíbrio é Q = Ks), para que uma situação de equilíbrio seja atingida o quociente da reacção tem de diminuir até igualar o valor de o valor de Ks, o que implica evolução do sistema no sentido da formação do sal. Assim, implica formação de precipitado, ou seja, há precipitação de BaSO4 e diminuição das concentrações dos iões. Estabelecer as condições iniciais e as de equilíbrio. BaSO4 (s)

" @

+

Ba2 (aq)

SO42- (aq)

ni/mol

—

0,0500

0,0864

Variação

+x

-x

-x

neq/mol

x

0,0500- x

0,0864- x

Determinar o valor de x. Recorrer à expressão do produto de solubilidade, Ks, para determinar x. Ks = [Ba2+]e * [SO42-]e § § 1,1 * 10-10 = § 1,1 * 10-10 =

n(SO42-)e Vtotal

*

0,0864 - x 136,4 * 10

-3

n(Ba2+)e Vtotal *

§

0,0500 - x 136,4 * 10-3

§

§ 1,1 * 10-10 (136,4 * 10-3)2 = = (0,0864 − x) * (0,0500 − x) § § x2 - 136,4 * 10−3x + 4,32 * 10-3 = 0 Aplicando a fórmula resolvente, resulta x = 8,64 * 10-2 ou x = 5,00 * 10-2. O valor de x, 8,64 * 10-2 é impossível nestas condições, pois não se pode gastar de catião bário (Ba2+) uma quantidade superior à inicial. Determinar as quantidades de iões Ba2+ e SO42- quando se atinge o equilíbrio. n(Ba2+)e ] 0 n(SO42-)e = 0,06864 - 0,0500 § § n(SO42-)e = 0,0364 mol Quando se atinge o equilíbrio, a quantidade de Ba2+ é tão pequena que não foi possível detetá-

Química


-la por este processo, mas dado que se conhece a concentração de anião sulfato (SO42-) vai ser possível detetá-la recorrendo à expressão de Ks. Ks = [Ba2+]e * [SO42-]e § [Ba2+]e = § [Ba2+]e =

Ks [SO42-]e

§

Ks § n(SO42-)e

Vtotal 1,0 * 10-10 § § [Ba2+]e = 0,0364 136,4 * 10-3 § [Ba2+]e = 4,12 * 10−10 mol dm-3 [Ba2+]e =

n(Ba2+)e Vtotal

§

§ n(Ba2+)e = [Ba2+]e * Vtotal § § n(Ba2+)e = 4,12 * 10-10 * 136,4 * 10−3 § § n(Ba2+)e = 5,62 * 10-10 As quantidades de catião bário (Ba2+) e anião sulfato (SO42-) na mistura obtida são respetivamente 5,62 * 10−11 mol e 0,0364 mol.

9.8.4. Determinar a quantidade de sulfato de bário que precipita. n(BaSO4) = x § n(BaSO4) = 5,00 * 10−2 mol Determinar a massa de sulfato de bário que precipita. Mr(BaSO4) = Ar(Ba) + Ar(S) + 4 Ar(O) § § Mr(BaSO4l) = 137,33 + 32 § § Mr(BaSO4) = 233,40 07 + (4 × 16,00) M(BaSO4) = 233,40 g mol-1 m(BaSO4) = n(BaSO4) * M(BaSO4) § § m(BaSO4) = 5,00 * 10−2 * 233,40 § § m(BaSO4) = 11,67 g A massa de BaSO4 que precipita é 11, 67 g. 9.8.5. Ao produto resultante da junção das duas soluções chamou-se mistura e não solução, pois trata-se de uma mistura heterogénea constituída por duas fases distintas, uma sólida e outra líquida. A líquida é a solução saturada em sulfato de bário e a sólida é o sal precipitado de sulfato de bário.

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Fichas Tipo Exame

FÍSICA E QUÍMICA 11A

a

Prova-tipo Exame Carla Rodrigues | Carla Santos Lúcia Miguelote | Paulo Santos

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Escola: Nome: Turma:

N.º:

Data:

Grupo I Leia o seguinte texto: “No centro do Sol, os núcleos de átomos de hidrogénio fundem-se originando núcleos de hélio. A sua superfície atinge uma temperatura de perto dos 6000 K. A energia resultante desta reação é radiada para o espaço, e parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de 1373 W m-2. Uma vez que parte da energia inicial é refletida ou absorvida pela atmosfera, num dia de céu claro é possível medir junto à superfície terrestre num plano perpendicular, cerca de 1000 W m-2. Esta radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três componentes: direta, a que vem "diretamente" desde o disco solar; difusa, a proveniente de todo o céu exceto do disco solar, das nuvens e das gotas de água entre outros; e refletida, proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes.” Adaptado de Portal das Energias Renováveis

1.

Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte. A intensidade da radiação solar que atinge a atmosfera terrestre é de cerca de 1373 W m-2, o que significa que… (A) … aproximadamente 1373 J de radiação solar incidem perpendicularmente no topo da atmosfera, por cada metro quadrado terrestre e em cada segundo. (B) … aproximadamente 1373 J de radiação visível chegam à superfície terrestre, por cada metro quadrado terrestre e em cada segundo. (C) … aproximadamente 1373 W de radiação visível chegam à superfície terrestre, por cada metro quadrado terrestre e em cada segundo. (D) … aproximadamente 1373 W de radiação solar incidem perpendicularmente no topo da atmosfera, por cada metro quadrado terrestre e em cada segundo.

2.

Uma vez que a superfície terrestre está constantemente a absorver radiação, a Terra sobreaqueceria caso toda esta energia fosse armazenada no sistema Terra – Atmosfera. Quais as caraterísticas planetárias que contribuem para que a temperatura média da superfície da Terra se mantenha constante e torne a Terra habitável? 1

FÍSICA E QUÍMICA 11A 3.

Os coletores solares térmicos são dispositivos que permitem transformar energia solar em energia térmica. A radiação solar é captada por uma placa absorsora, aumentando a sua energia interna. O coletor possui ainda um sistema de tubos onde circula um fluido de transferência térmica, responsável pela passagem da energia da placa absorsora para a água do tanque de armazenamento.

3.1.

Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta. A transferência de energia da placa absorsora para o fluido de transferência térmica ocorre sob a forma de… (A) … calor por convecção. (B) … radiação. (C) … calor por condução. (D) … trabalho.

3.2. Pretende-se instalar um coletor solar térmico numa vivenda em Lisboa. O coletor, com um rendimento médio de 30%, destina-se a aquecer 200 dm3 de água. O valor médio diário de potência da radiação solar global direta em Lisboa, num dia claro, atinge os 414 W m-2. Nestas condições, calcule a área do coletor que deve ser instalada, caso se pretenda que o aumento médio diário da temperatura da água seja 40 ºC, sabendo que o tempo de exposição ao Sol é de 8 h diárias. (Considere que durante esse tempo não se retira água para consumo.) Apresente todas as etapas de resolução. Dados: c (capacidade térmica mássica da água) = 4,18 * 103 J kg-1 ºC-1 rágua = 1 kg dm-3

Grupo II Uma esfera de massa 100 g, lançada no ponto A com velocidade inicial, v0, de 10 m s-1, desce, sem atrito, o plano inclinado representado na figura. De seguida a esfera percorre a circunferência BCDEB, continuando depois no plano horizontal BF, onde já não é desprezável o atrito. Considere que a altura, h, do plano inclinado é 20 m.

1.

A

D

y h 0

E

C

x

h — 2

F

B

1.1. 2

Determine o trabalho realizado pela resultante das forças que atuam na esfera no percurso AB.

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a

Prova-tipo Exame

Prova-tipo Exame 1.2.

1.3.

a

Selecione a opção que indica corretamente a relação entre a energia cinética da esfera na posição A e a energia cinética da esfera na posição C. (A)

EcA v 2 + gh = 0 2 EcC v0

(C)

EcA v2 = 0 EcC gh

(B)

EcA v2 = 2 0 EcC v0 + gh

(D)

EcC = gh EcA

Sabendo que a esfera atinge B com uma velocidade igual a 22,4 m s-1 e, no troço horizontal BF, atua na esfera uma força de atrito igual a 20% do seu peso, determine a distância que esta percorre até parar. Recorra exclusivamente às equações que traduzem o movimento, y(t) e v(t). Apresente todas as etapas de resolução.

2.

Num projeto de investigação científica, foi proposto a um engenheiro que construísse uma fibra ótica recorrendo a dois novos materiais, designados por X e Y, cujos índices de refração são respetivamente nX = 1,38 e nY = 1,47. Escreva um texto no qual explique qual o material que deve ser utilizado para o núcleo e qual o material utilizado no revestimento e a fundamentação que o engenheiro deveria apresentar para essa seleção.

3.

Fez-se incidir um feixe laser, que se propagava no ar, sobre um paralelepípedo de vidro, segundo um ângulo de incidência de 20º. Verificou-se que o ângulo de refração foi de 14º. Dados: nar(índice de refração da luz no ar) = 1,000

3.1.

Selecione a opção que permite determinar o índice de refração do vidro em relação ao ar. (A)

sen (20º) sen (14º)

(C)

sen (20º) * sen (14º) nar

(B)

sen (14º) sen (20º)

(D)

nar sen (20º) * sen (14º)

3.2. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte. A velocidade de propagação do feixe laser é… (A) … maior no vidro do que no ar, logo o vidro tem maior índice de refração. (B) … maior no vidro do que no ar, logo o vidro tem menor índice de refração. (C) … menor no vidro do que no ar, logo o vidro tem maior índice de refração. (D) … menor no vidro do que no ar, logo o vidro tem menor índice de refração.

3

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a

Prova-tipo Exame

A formação de grande parte dos elementos químicos deu-se em duas fases distintas: na nucleossíntese primordial, que ocorreu logo a seguir ao Big Bang, em que foram produzidos sobretudo o hidrogénio e o hélio; e na nucleossíntese estelar, no interior das estrelas, em que, para além do hidrogénio e do hélio, também se formaram elementos mais pesados a partir de reações nucleares. 1.

Considere as duas equações seguintes que representam reações nucleares: I) 126C + 126C ! 2311Na + X1

1.1.

1.2.

II)

92 U + 01 n ! 141 56Ba + 36Kr + X2

235 92

Selecione a opção que identifica corretamente X1 e X2, de modo a completar as equações. (A) X1 – 11H;

X2 – 3 01 n

(C) X1 – 24He;

X2 – 3 01n

(B) X1 – 42He;

X2 – 03n

(D) X1 – 11H;

X2 – 03n

Selecione a opção correta. (A) As duas equações representam reações nucleares de fusão e podem traduzir reações que ocorrem no interior das estrelas. (B) As duas equações representam reações nucleares de fissão e podem traduzir reações que ocorrem no interior das estrelas. (C) A primeira equação representa uma reação nuclear de fissão, que ocorre no interior das estrelas. (D) A primeira equação representa uma reação nuclear de fusão, que ocorre no interior das estrelas.

2.

Considere as configurações eletrónicas do átomo do elemento A e do ião B2+ (as letras não correspondem aos símbolos químicos reais desses elementos), no estado fundamental. A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

2.1.

B2+. 1s2 2s2 2p6

Selecione a alternativa que corresponde ao conjunto de números quânticos que caracteriza uma das orbitais do átomo do elemento A completamente preenchida, no estado fundamental. (A) (3, 0, 0)

(C) (3, 1, -1)

(B) (2, 0, 1)

(D) (1, 1, 0)

2.2. Relativamente aos átomos dos elementos A e B, selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. Os elementos A e B situam-se no mesmo ionização do elemento A

3.

da Tabela Periódica, sendo a energia de que a energia de ionização do elemento B.

(A) …grupo … maior …

(C) …grupo … menor …

(B) …período … maior …

(D) … período … menor …

A energia mínima de radiação necessária para provocar o efeito fotoelétrico é igual a: 3,2 * 10-19J, para o césio; 7,2 * 10-19J, para o cobre; 7,3 * 10-19J para o tungsténio; 1,6 * 10-19J para o lítio. Selecione a opção que contém os metais para os quais se verifica efeito fotoelétrico quando sobre eles incide radiação eletromagnética de energia 4,62 * 10-19J.

4

(A) tungsténio, cobre, césio e lítio.

(C) cobre, césio e lítio.

(B) lítio e tungsténio.

(D) césio e lítio.

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Grupo III

FÍSICA E QUÍMICA 11A Prova-tipo Exame

a

O ar atmosférico é, essencialmente, uma solução gasosa, em que o solvente é o azoto e os solutos são o oxigénio e outros gases menos abundantes, como, por exemplo, o dióxido de carbono (370 ppmV), o árgon e o vapor de água. Selecione a opção que indica corretamente a composição de CO2 (g) na atmosfera expressa em percentagem em volume.

1.

(A)

106 370 * 102

(B)

370 * 106 102

(C)

370 * 102 106

(D)

102 370 * 106

2.

Determine a quantidade de dióxido de carbono em 100 dm3 de ar em condições PTN.

3.

Quando o CO2 atmosférico se dissolve na água da chuva, forma-se um ácido fraco, o ácido carbónico, H2CO3 (aq), que confere à água da chuva um pH de cerca de 5,6 (medido à temperatura de 25 ºC). A ionização do ácido carbónico pode ser traduzida pela seguinte equação química: H2CO3 (aq) + H2O (ℓ) — HCO3- (aq) + H3O+ (aq) Numa dada localidade o aumento da emissão de CO2 (g) para a atmosfera provocou uma diminuição do pH da água da chuva para um valor igual a 5,0 (medido à temperatura de 25 ºC).

3.1.

Para essa localidade determine a concentração de ácido carbónico dissolvido na água da chuva. (A 25 ºC, Ka (H2CO3) = 4,4 * 10-7)

3.2. Selecione a alternativa que refere as duas espécies que, na reação acima indicada, se comportam como bases de Bronsted-Lowry. (A) HCO3- (aq) e H3O+ (aq) (B) HCO3- (aq) e H2CO3 (aq) (C) H2O (ℓ) e H3O+ (aq) (D) H2O (ℓ) e HCO3- (aq)

5

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Grupo IV


a

Prova-tipo Exame

A figura 1 apresenta o gráfico da variação no tempo das concentrações dos reagentes e dos produtos da reação de síntese do dióxido de azoto (NO2) a partir de monóxido de azoto (NO) e oxigénio (O2), a uma temperatura constante.

C/mol dm-3 2,2 A

1,8

B

1,4

C

0,8

10

t/min

Figura 1 1.

Selecione a opção que indica corretamente a equação química que traduz a reação referida e a respetiva expressão da constante de equilíbrio. (A) 2 NO (g) + O2 (g) Æ 2 NO2 (g)

Kc direta =

1,42 * 1,8 0,82

(B) 2 NO (g) + O2 (g) Æ 2 NO2 (g)

Kc direta =

0,82 1,4 * 1,82

(C) 2 NO (g) + O2 (g) Æ 2 NO2 (g)

Kc direta =

1,42 * 1,8 0,82

(D) 2 NO (g) + O2 (g) Æ 2 NO2 (g)

Kc diretaa =

0,82 1,4 * 1,8 2

2.

Tendo em conta os valores das concentrações de reagentes e produtos apresentados no gráfico, calcule o rendimento da reação.

3.

Pretende-se aumentar o rendimento da reação apresentada no gráfico. Sabendo que a reação de síntese do NO2 é endotérmica, indique, justificando, que alteração introduziria na temperatura.

4.

Selecione a única alternativa que traduz como varia o número de oxidação do azoto, na transformação da espécie NO na espécie NO2. (A) De - 1 para - 2

(B) De + 1 para + 2

6

(C) De + 2 para + 4

(D) De - 2 para - 4

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Grupo V


a

Prova-tipo Exame

1.

Para simular o movimento do satélite recorreram a uma plataforma giratória horizontal semelhante à representada na figura, que girava com velocidade angular constante por ação de um motor, onde colocaram um carrinho de brincar com massa constante.

1.1.

Com o objetivo de determinar o período da plataforma giratória, os alunos mediram com um cronómetro, em três ensaios, o tempo que a plataforma demorou a completar 5 voltas. Os valores medidos encontram-se registados na tabela seguinte.

Ensaio

Dt / s

1

7,480

2

7,485

3

7,505

Exprima o resultado da medição do período da plataforma em função do valor mais provável e da incerteza absoluta. 1.2.

Seguidamente os alunos mediram a massa de um carrinho, obtendo o valor 89,6 g. O carrinho foi colocado sobre a plataforma, seguro por hastes metálicas para não deslizar e preso a uma mola elástica que por sua vez estava ligada a um dinamómetro (colocado verticalmente), de forma a permitir determinar a força que a mola exerce no carrinho. Os alunos realizaram quatro ensaios sucessivos, procedendo de modo que o período de rotação da plataforma giratória diminuísse. E para cada ensaio mediram o período de rotação, com o cronómetro, e a força exercida pela mola no carrinho (força centrípeta), com o dinamómetro.

7

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Grupo VI


1 Na tabela seguinte apresentam-se os valores do inverso do quadrado dos períodos medidos 2 e o T módulo da força centrípeta, Fc, em cada um dos ensaios.

Ensaio

1 / s-2 T2

Fc / N

1

0,1150

0,099

2

0,2022

0,196

3

0,2983

0,294

4

0,4151

0,393

Determine o raio da trajetória descrita pelo carrinho. Comece por deduzir a expressão que relaciona o valor da força centrípeta com o período do movimento. Utilize a calculadora gráfica para determinar a equação da linha que melhor se ajusta ao conjunto de pontos experimentais. Apresente todas as etapas de resolução. 1.3.

Atendendo aos resultados obtidos, selecione a opção que apresenta a conclusão a que os alunos deveriam ter chegado para a relação entre a força centrípeta e o período do movimento de um satélite. (A) O valor da força centrípeta que atua sobre um satélite é inversamente proporcional ao período do movimento do satélite. (B) O valor da força centrípeta que atua sobre um satélite é inversamente proporcional ao quadrado do período do movimento do satélite. (C) O valor da força centrípeta que atua sobre um satélite é diretamente proporcional ao período do movimento do satélite. (D) O valor da força centrípeta que atua sobre um satélite é diretamente proporcional ao quadrado do período do movimento do satélite.

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a

Prova-tipo Exame


a

Prova-tipo Exame

Grupo I 1. 2. 3.

5 pontos 10 pontos 3.1. 3.2.

5 pontos 15 pontos 35 pontos Grupo II

1. 1.1. 1.2. 1.3.

10 pontos 5 pontos 15 pontos 15 pontos

3.1. 3.2.

5 pontos 5 pontos

2. 3.

55 pontos Grupo III 1. 1.1. 1.2.

5 pontos 5 pontos

2.1. 2.2.

5 pontos 5 pontos 5 pontos

2.

3.

25 pontos Grupo IV 1. 2. 3.

5 pontos 10 pontos 3.1. 3.2.

10 pontos 5 pontos 30 pontos Grupo V

1. 2. 3. 4.

5 pontos 10 pontos 10 pontos 5 pontos 30 pontos Grupo VI

1. 1.1. 1.2. 1.3.

5 pontos 15 pontos 5 pontos 25 pontos Total

9

200 pontos

©AREAL EDITORES

COTAÇÕES


a ©AREAL EDITORES

Formulário

10


a ©AREAL EDITORES

Formulário

11

12

H

Berílio 9,01

Be

Sr

Ra

Rádio (226)

Fr

Frâncio (223)

88

Bário 137,33

Césio 132,91

87

Ba

56

Estrôncio 87,62

38

Cálcio 40,08

Ca

20

Magnésio 24,31

Mg

12

4

2

Cs

55

Rubídio 85,47

Rb

37

Potássio 39,10

K

Sódio 22,99

Lítio 6,94

Li

Na

19

11

3

Hidrogénio 1,01

1

Grupos 1

Sc

La

Ítrio 88,91

Y

Ti

Zr

ACTINÍDEOS

V

Ta

Tório 232,04

Th

90

Cério 140,12

Ce

58

Dúbnio (262)

Db

105

Tântalo 180,95

73

Nióbio 92,91

Nb

41

Vanádio 50,94

23

Nome

Rutherfórdio (261)

Rf

104

Háfnio 178,49

Hf

72

Zircónio 91,22

40

Titânio 47,87

22

5

N.° atómico

4

LANTANÍDEOS

Actínio (227)

Ac

89

Lantânio 138,91

57

39

Escândio 44,96

21

3

H

Cr

W

Pr

Protactínio 231,04

Pa

91

Praseodímio 140,91

59

Seabórguio (266)

Sg

106

Tungsténio 183,84

74

Molibdénio 95,94

Mo

42

Crómio 52,00

24

Hidrogénio 1,01

1

7

U

Urânio 238,03

92

Neodímio 144,24

Nd

60

Bório (264)

B

107

Rénio 186,21

Re

75

Tecnécio (98)

Tc

Ru

Ferro 55,85

Fe

Neptúnio (237)

Np

93

Promécio (145)

Pm

61

Hássio (277)

Hs

108

Ósmio 190,23

Os

76

Ruténio 101,07

44

26

9

Co

Plutónio (244)

Pu

94

Samário 150,36

Sm

62

Meitnério (268)

Mt

Irídio 192,22

Ir

Ródio 102,91

Rh

109

77

45

Cobalto 58,93

27

Massa atómica relativa

Manganésio 54,94

43

8

Símbolo químico

Mn

25

6

Ni

Pt

Amerício (243)

Am

95

Európio 151,97

Eu

63

Darmastádio (271)

Ds

110

Platina 195,08

78

Palácio 106,42

Pd

46

Níquel 58,69

28

10

Cúrio (247)

Cm

96

Gadolínio 157,25

Gd

64

Roentgénio (272)

Rg

111

Ouro 196,97

Au

79

Prata 107,87

Ag

47

Cobre 63,55

Cu

29

11

Cn

Berquélio (247)

Bk

97

Térbio 158,93

Tb

65

Copernício (277)

112

Mercúrio 200,59

Hg

80

Cádmio 112,41

Cd

48

Zinco 65,41

Zn

30

12

AL

Boro 10,81

B

TL

Índio 114,82

In

Dy

Califórnio (251)

Cf

98

Disprósio 162,50

66

Tálio 204,38

81

49

Gálio 69,72

Ga

31

Alumínio 26,98

13

5

13

Sn

Es

Einstéinio (252)

99

Hólmio 164,93

Ho

67

Chumbo 207,2

Pb

82

Estanho 118,71

50

Germânio 72,64

Ge

32

Silício 28,09

Si

C

Carbono 12,01

14

6

14

P

Azoto 14,01

N

As

Bi

Er

Férmio (257)

Fm

100

Érbio 167,26

68

Bismuto 208,98

83

Antimónio 121,76

Sb

51

Arsénio 74,92

33

Fósforo 30,97

15

7

15

Te

Mendelévio (258)

Md

101

Túlio 168,93

Tm

69

Polónio (209)

Po

84

Telurio 127,60

52

Selénio 78,96

Se

34

Enxofre 32,07

S

O

Oxigénio 15,99

16

8

16

Br

Cloro 35,45

CL

Flúor 19,00

F

I

Nobélio (259)

No

Itérbio 173,04

Yb

102

70

At Astato (210)

85

Iodo 126,90

53

Bromo 79,90

35

17

9

17

Ar Kr

Lr

Tabela Periódica

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Laurêncio (262)

103

Lutécio 174,97

Lu

71

Rádon (222)

Rn

86

Xénon 131,29

Xe

54

Krípton 83,80

36

Árgon 39,95

18

Néon 20,18

Ne

Hélio 4,00

He

10

2

18


a


EmA = EmB ´ EcA + EpA = EcB + EpB §

GRUPO I

§ 5 + 20 =

1.

(A)

2.

As duas principais características são:

1 mv2f + 0 § vf = 22,4 m s-1 2

w (Fr) = DEc !

– emissão de radiação pela superfície terrestre – mantém uma condição de equilíbrio, conhecido como equilíbrio térmico da Terra, que é responsável pela temperatura constante da mesma. – efeito de estufa – garante uma temperatura que permite a existência de vida na Terra tal como a conhecemos.

w (Fr) = !

1 m (v2f - v 2i ) § w (Fr) = 20 J 2 !

1.2. (B) 1.3. Fa = 0,20 * mg § Fa = 0,20 N

3.

Fa = m * a § 0,20 = 0,100 * a § a = 2,0 m s-2

3.1. (C)

v = v0 + at § 0 = 22,4 - 2,0t § t = 11,2s

3.2. V = 200 dm3

x = x0 + v0t +

m r= § m = r * v § m = 200 kg v

1 at2 § x - x0 = 22,4t - t2 § 2

§ x - x0 = 125 m

Q = mcDT § Q = 200 * 4,18 * 10 * 40 3

2.

Q = 3,34 * 107 J h=

Eútil Efornecida

* 100 § 0,30 =

3,34 * 107 Efornecida

– Nas fibras óticas ocorre o fenómeno de reflexão total.

§

– O fenómeno da reflexão total ocorre quando o índice de refração do núcleo é elevado e superior ao do revestimento e quando o ângulo segundo o qual a luz incide na superfície de separação núcleo-revestimento é superior ao ângulo crítico.

§ Efornecida = 1,11 * 108 P=

E E § 414 = § Dt 8 * 3600

3.

§ E = 1,19 * 107 J m-2 Área =

1,11 * 108

1,19 * 107

– O material para o núcleo deverá ser o Y e para o revestimento o X.

3.1. (A) 3.2. (C)

§ Área = 9,35 m

2

GRUPO III 1.

GRUPO II 1.

1.1.

(A)

1.2. (D)

1.1.

Como só atuam forças conservativas (força gravítica e reação normal): DEm = 0

2. 2.1. (A) 2.2. (B) 3.

13

(D)

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a

Proposta de Resolução


a

Proposta de Resolução

1.

(C)

2.

ppmV (CO2) =

GRUPO VI 1.

VCO VCO * 106´ * 106 § 370 = Var 100 2

2

§ VCO = 0,0370 dm3 2

V 0,0370 § 22,4 = § n = 1,65 * 10-3 mol n n

Vm = 3.

3.1. [H3O ] = 1,0 * 10 mol dm +

Ka =

-5

-3

[HCO3-] * [H3O+] [H2CO3]

§ Ka =

(1,0 * 10-5)2 [H2CO2]

T1 =

7,480 = 1,496 s 5

T2 =

7,485 = 1,497 s 5

T3 =

7,505 = 1,501 s 5

T=

1,496 + 1,497 + 1,501 3

= 1,498 s

o1,498 - 1,497l = 0,001 s

§

o1,498 - 1,501l = 0,003 s

§ [H2CO3] =

(1,0 * 10-5)2 4,4 * 10-7

w

§

T = 1,498 s ± 0,003 s 1.2. Fc = m

v2 m4 p2r § Fc = m w22r § Fc = r T2

Declive da reta = m 4 p2r

3.2. (D)

Utilizando a calculadora gráfica para traçar o gráfico, 1 obtém-se uma reta de declive 0,979. T2

Fc = f

GRUPO V 1.

(D)

2.

Considerando como reagente limitante o NO:

m(NO)

2

=

hobtido hteórico

m(NO2)

2

§ m(NO2) = 2,2 mol

* 100 § h =

§ h = 36,4%

0,8

2,2

* 100 §

3.

Aumento da temperatura – de acordo com o princípio de Le Chatelier, tratando-se de uma reação endotérmica, um aumento da temperatura favorece a reação no sentido direto (aumento do rendimento).

4.

(C)

( )

m 4 p2r = 0,979 § r = 1.3 (B)

Em 1 dm3,

14

1.1.

o1,498 - 1,496l = 0,002 s

§ [H2CO3] = 2,3 * 10-4 mol dm-3

h=

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GRUPO IV

0,979 § r = 0,277 m m4 p2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

GRUPO I Um grupo de físicos conseguiu obter uma fotografia do funcionamento quântico dos eletrões num átomo de hidrogénio. Obter uma imagem do interior de um átomo não é fácil. A mecânica quântica torna-o impossível; em vez de ser possível descrever onde se encontram as partículas, a teoria quântica apenas permite descrever a função de onda. Estas ondas assemelham-se a ondas sonoras, mas, ao contrário destas últimas, descrevem a probabilidade de encontrar uma partícula. Espera-se que o método também se possa aplicar átomos mais complexos e, assim, melhorar a compreensão da física atómica por detrás das reações químicas e da nanotecnologia. A Figura 1 representa o espetro de emissão de um átomo de hidrogénio. Baseado em news.sciencemag.org.

Figura 1

1. A carga do cerne do átomo de hidrogénio é (A) – 2. (B) – 1. (C) 0. (D) + 1.

2. Quando um átomo de hidrogénio, no estado fundamental, é excitado, e o seu eletrão passa para n = 2, ocorre (A) absorção de energia na zona do infravermelho. (B) emissão de energia na zona do infravermelho. (C) absorção de energia na zona do ultravioleta. (D) emissão de energia na zona do ultravioleta. 2

2

3. Considere um átomo cuja configuração eletrónica seja [He] 2s 2p . Este átomo apresenta ________ do que um átomo cuja configuração eletrónica seja ________ . (A) menor raio atómico (…) [He] 2s

5

2

4

(B) maior raio atómico (…) [He] 2s 2p

2

6

(C) maior energia de ionização (…) [He] 2s 2p (D) menor energia de ionização (…) [He] 2s

2

Teste de Física e Química A – página 1 de 8

4. Embora seja o elemento mais abundante no universo, o hidrogénio é um elemento muito raro na atmosfera terrestre. Indique a propriedade do hidrogénio a que se deve esse facto.

GRUPO II O ácido fluorídrico (Ka = 5,6 × 10

–4

, a W °C) é uma substância perigosa, uma vez que, embora não atue

sobre a pele, quando em contacto com esta, entra no corpo e ataca o cálcio dos ossos, enfraquecendo o osso e podendo mesmo degradá-lo. Este ácido é muito utilizado na produção de fármacos e na indústria petroquímica. A reação do ácido fluorídrico com a água pode ser traduzida pela seguinte equação química: +

–

-1

HF (aq) + H2O (l) ↔ H3O (aq) + F (aq), ΔH = – 13 kJ mol

A Figura 2 representa, graficamente, a evolução do equilíbrio da reação acima indicada.

C (mol dm-3)

HF e H2O

H3O+ e F

–

T (s)

Figura 2 Baseado em www.infoescola.com.

1. De acordo com a descrição, o ácido fluorídrico deveria ser classificado como (A) Inflamável. (B) Nocivo. (C) Corrosivo. (D) Oxidante. 2. Na reação em questão, um exemplo de par ácido/base seria +

(A) HF / H3O . +

+

(B) H3O / HF . +

(C) H2O / H3O . +

(D) H3O / H2O . Teste de Física e Química A – página 2 de 8

3. Numa situação em que a reação do ácido fluorídrico com a água, após atingir o estado de equilíbrio, fosse sujeita a intensa agitação durante um período de tempo considerável, verificar-se-ia que +

(A) a concentração de H3O aumentaria. (B) a reação evoluiria mais rapidamente no sentido direto. (C) a reação evoluiria mais lentamente no sentido direto. (D) a concentração de H2O aumentaria. 3

-3

4. Numa solução de 3 dm em equilíbrio, a W ºC, em que Kw nessas condições seja 2,3 × 10 , a quantidade de água é (para efeitos de resposta, considere irrelevante o volume de ácido) (A) 0,2 mol. (B) 0,7 mol. (C) 1,0 mol. (D) 1,2 mol. 5. Considere que, quando a concentração de HF se aproxima de 100%, a acidez da solução decresce devido ao seguinte equilíbrio: +

−

2 HF (aq) ↔ H (aq) + FHF (aq) –

Calcule o pH da solução num determinado instante em que as concentrações de HF e FHF são 0,15 mol -3

-3

–4

dm e 0,1 mol dm , respetivamente, e Q é 6,7 × 10 .

GRUPO III A balança é um instrumento muito útil no nosso dia-a-dia. Com o avanço da tecnologia, as balanças tornaram-se cada vez mais precisas, permitindo a medição cada vez mais rigorosa de massas em laboratório. Quando se coloca um objeto sobre uma balança, este exerce sobre ela uma força e a balança exerce, sobre o objeto, uma força da mesma intensidade, que se anulam. A escala de uma balança é calibrada de forma a mostrar a décima parte do valor do módulo da força que o objeto exerce sobre ela. A figura 3 representa a imagem de uma balança analógica e do seu mostrador, cuja unidade de massa é a unidade de massa do sistema internacional.

. Figura 3


1. Por que motivo a “escala de uma balança é calibrada de forma a mostrar a décima parte do valor do módulo da força que o objeto exerce sobre ela”? 2. O valor correto que o indicador no mostrador da balança da figura 3 indica é (A) 1,500 ± 0,125 g. (B) 1,50 ± 0,25 g. (C) 1,50 ± 0,25 kg. (D) 1,500 ± 0,125 kg. 3. Um elevador de massa 700 kg que transporta uma pessoa cuja massa é 75 kg. Este elevador pode efetuar um movimento em ambos os sentidos, segundo um eixo yy. 3.1. Admita que o conjunto elevador + passageiro efetua um movimento ascendente, partindo de uma posição de repouso na origem do referencial e que o elevador percorre uma distância de 14 metros. Sabendo que apenas 75% da energia fornecida ao ascensor do elevador é utilizada no motor e que cada kWh tem um custo de € 0,21, calcule o custo associado a este movimento. 3.2. Considere, agora, que o elevador descreve um movimento ascendente com aceleração constante de 3 m s

–2

. Calcule o erro relativo da massa do passageiro indicado pela balança, se este medir a sua

massa enquanto o elevador efetua este movimento. 3.3. Numa situação em que o conjunto elevador + passageiro + balança esteja numa situação limite de queda livre, a massa indicada pela balança será (A) 0 kg. (B) 75 kg. (C) 100 kg. (D) 750 kg.


GRUPO IV A maioria dos minerais constituintes das rochas gerados em profundidade torna-se instável nas condições superficiais, experimentando uma decomposição química. O oxigénio, por exemplo, é muito importante na meteorização química, através de reações de oxidação-redução. Muitos minerais, como as piroxenas e as olivinas, contêm ferro na sua constituição que, na presença de oxigénio, pode originar um mineral novo, de cor avermelhada, a hematite. A equação que traduz esta reação química é 4 FeO (s) + O2 (g) ↔ 2 Fe2O3 (s) . Dias da Silva, Amparo, et al.Terra, Universo de Vida (2012). Porto: Porto Editora. (Adaptado.)

1. A semiequação da oxidação do ferro é 2+

(s) → Fe

2+

(s) → 2 Fe

2+

(s) + 1 e → Fe

(A) Fe

(B) Fe (C) Fe

2+

(D) Fe

3+

(s) + 1 e 3+

–

(s) + 4 e

–

3+

–

(s) + 4 e → 2 Fe

–

(s) 3+

(s)

2. Explique por que motivo, ao fim de algum tempo, é necessário substituir as cavilhas das pontes rodoviárias.

GRUPO V Um grupo de alunos, com o objetivo de calcular, experimentalmente, o índice de refração do acrílico em relação ao ar, utilizou um ponteiro-laser para criar um feixe de luz, que se fez incidir sobre uma placa de acrílico. Registaram, para cada valor do ângulo de incidência, α i, o ângulo de refração, αr. Os resultados foram registados na tabela 1.

Ensaio

αi

αr

I

20º

26º

II

30º

41º

III

40º

54º

Tabela 1


1. Relativamente aos fenómenos que ocorrem quando a luz atinge outra superfície, 1.1. os alunos puderam verificar que, quando a luz incidia sobre a superfície de acrílico, era (A) refratada. (B) refratada e absorvida. (C) refratada, absorvida e refletida. (D) refratada, absorvida, refletida e difratada. 1.2. os alunos podem assumir, graças aos seus conhecimentos, que, quando a luz atinge a superfície de contacto entre o núcleo e o revestimento da fibra ótica, (A) a luz é refletida e refratada. (B) ocorre o fenómeno da reflexão total da luz. (C) a luz é absorvida pela superfície e ocorre, ainda, o fenómeno da reflexão total da luz. (D) o corre o fenómeno da reflexão total da luz e a luz é difratada. 2. A luz, ao atravessar uma placa de vidro (n = 1,5), apresentará ________ do que na placa de acrílico, uma vez que o vidro é ________ . (A) maior velocidade (…) mais denso. (B) menor velocidade (…) mais denso. (C) maior velocidade (…) menos denso. (D) menor velocidade (…) menos denso. 3. O mesmo grupo de alunos decidiu, depois, estudar a atenuação da luz. Para tal, utilizou de novo um ponteiro-laser e, usando um luxímetro, mediram a iluminação luminosa para diferentes distâncias do ponteiro emissor. Os resultados estão registados na tabela 2.

Distância (m)

Iluminação luminosa (lux)

1,2

184,00

2,4

71,50

3,6

34,00

4,8

12,50 Tabela 2

3.1. A intensidade da luz, num determinado ponto, depende (A) da sua iluminação. (B) da sua velocidade. (C) do ângulo que o raio incidente faz com a superfície de contacto. (D) do ângulo que o raio refratado faz com a superfície de contacto. Teste de Física e Química A – página 6 de 8

3.2. Admita que, quando a iluminação luminosa é inferior a 2 lux, não é recebida informação através da onda eletromagnética. Calcule, para o feixe luminoso em questão, a partir de que distância a transmissão de informação não seria possível. Utilize a sua calculadora gráfica para obter a equação da regressão linear dos resultados experimentais.


COTAÇÕES GRUPO I 1.

……………………………………………………………………………………………….

8

2.

………………………………………………………………………………………………

8

3.

………………………………………………………………………………………………

8

4.

………………………………………………………………………………………………

8

GRUPO II 1.

……………………………………………………………………………………………….

8

2.

………………………………………………………………………………………………

8

3.

………………………………………………………………………………………………

8

4.

………………………………………………………………………………………………

8

5.

……………………………………………………………………………………………….. 12 GRUPO III

1.

…….…. ……………………………………………………………………………………

8

2.

………...……………………………………………………………………………………

8

3.1.

……………………………………………………………………………………

16

3.2.

……………………………………………………………………………………

16

………...……………………………………………………………………………………

8

3. 4.

GRUPO IV 1.

……………………………………………………………………………………………….

8

2.

………………………………………………………………………………………………

16

GRUPO V 1.

1.1.

……………………………………………………………………………………

8

1.2.

……………………………………………………………………………………

8

……………………………………………………………………………………

8

3.1.

……………………………………………………………………………………

8

3.2.

……………………………………………………………………………………

12

2. 3.

Total ……………………………………………………………………………………………….

200


CRITÉRIOS ESPECÍFICOS DE CLASSIFICAÇÃO GRUPO I 1. (D) …………………………………………………………………………………………………………… 8 O cerne do átomo é constituído pelo seu núcleo e eletrões mais internos. Os eletrões de valência não fazem parte do cerne de um átomo. O H tem 1 protão, 1 neutrão e 1 eletrão (de valência), pelo que apenas o protão (carga +1) e o neutrão (carga neutra) fazem parte do seu cerne. Como tal, a sua carga será +1. 2. (C) …………………………………………………………………………………………………………… 8 Quando um eletrão é excitado e passa para um nível superior, absorve energia que, neste caso, corresponde a uma risca da série de Lyman (UV). 3. (B) …………………………………………………………………………………………………………… 8 O raio atómico diminui à medida que se avança para a direita no período. A energia de ionização aumenta neste sentido. 4. …...…………………………………………………………………………………………………………… 8 O hidrogénio é um elemento leve.

GRUPO II 1. (B) …………………………………………………………………………………………………………… 8 O ácido fluorídrico, segundo o texto, não corrói a pele, os olhos nem as mucosas do nariz/garganta, nem os tecidos do vestuário, mas degrada os ossos. Atua como um veneno e, por isso, é nocivo. 2. (D) …………………………………………………………………………………………………………… 8 +

+

H3O é um ácido, cuja base conjugada é H2O (diferem numa partícula H ). 3. (D) …………………………………………………………………………………………………………… 8 Como a variação da entalpia é negativa, a reação é exotérmica e um aumento da temperatura favorece a reação no sentido inverso. Como tal, aumenta a quantidade de H 2O. 4. (B) …………………………………………………………………………………………………………… 8 Ka = Kw × [H2O] [H2O] = Ka / Kw [H2O] = 0,24 mol dm CH2O = n / V

-3

n=c×V n = 0,24 × 3 n = 0,72 mol 5. …...………………………………………………………………………………………………………… 12 Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução: +

-4

-3

A) Cálculo da concentração de H (1,51 × 10 mol dm ); B) Cálculo do pH da solução (3,82). A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.

Níveis

Descritores do nível de desempenho relacionados com a consecução das Pontuação etapas

2

Na resposta, são apresentadas as duas das etapas de resolução consideradas.

12

1

Na resposta, é apresentada apenas uma das etapas de resolução consideradas.

6

GRUPO III 1. …...…………………………………………………………………………………………………………… 8 [Como a balança mede o peso,] é necessário dividir o resultado por 10 para desconsiderar o efeito da aceleração gravítica no resultado final. 2. (D) …………………………………………………………………………………………………………… 8 A unidade SI da massa é o kg. O ponteiro da balança indica 1,5 kg. Como a menor divisão da escala é 0,25 kg, a incerteza da balança, por ser analógica, é metade deste valor (0,125 kg). O resultado tem de ser apresentado com o número correto de algarismos significativos (1,500 ± 0,125 kg). 3. 3.1. …...……………………………………………………………………………………………………… 16 Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução: A) Cálculo do trabalho realizado pelo conjunto elevador + passageiro durante o percurso considerado 5

(1,1 × 10 J). B) Cálculo da energia que foi necessário fornecer ao motor para efetuar aquele movimento (1,5 × 10 J). C) Cálculo do custo associado a este fornecimento de energia (8,5 × 10

–3

€).

5

A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.

Níveis


3

Na resposta, são apresentadas as três etapas de resolução consideradas.

16

2

Na resposta, são apresentadas apenas duas das etapas de resolução consideradas.

11

1


5

3.2. …...……………………………………………………………………………………………………… 16 Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução: A) Cálculo da força que a balança exerce sobre o passageiro (1200 N) e conclusão de que, por serem pares ação-reação, a força que o passageiro exerce sobre a balança é a mesma.* B) Cálculo da massa indicada pela balança (97,5 kg). C) Cálculo do erro relativo (0,3 OU 30,0 %). A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.

Níveis


3

Na resposta, são apresentadas as três etapas de resolução consideradas.

16

2

Na resposta, são apresentadas apenas duas das etapas de resolução consideradas.

11

1


5

* Caso o aluno não conclua, explicitamente, que as intensidades das forças exercidas são as mesmas, a resolução deve ser desvalorizada em 2 pontos. 3.3. (A) .………………………………………………………………………………………………………… 8 Numa situação limite de queda livre, o homem não exerce força sobre a balança nem esta sobre ele: estão ambos em queda livre com o elevador. Pela segunda lei de Newton, N – P = m (–a) (sendo P a força que o passageiro exerce sobre a balança e N a força que a balança exerce sobre o passageiro) Como está em queda livre, a = g N – P = m (–g)

N – m (–g) = m (–g) N=0 Logo, a massa indicada pela balança é 0/10 = 0 kg.

GRUPO IV 1. (A) …………………………………………………………………………………………………………… 8 Em FeO, o Fe apresenta número de oxidação +2 e, em Fe2O3, o número de oxidação é +3. Por esse motivo, pode concluir-se que o Fe

2+

cedeu 1 eletrão e foi oxidado.

2. ………………………………………………………………………………………………………………. 16 Na resposta, são apresentados os seguintes tópicos: A) As cavilhas das pontes rodoviárias contêm ferro na sua composição. B) Na presença do oxigénio atmosférico, o Fe

2+

3+

é oxidado, dando origem a Fe , o que enfraquece as

cavilhas das pontes. OU Na presença do oxigénio atmosférico, o Ferro enferruja, na consequência de reações de oxidaçãoredução, sendo enfraquecido. C) [Perante o enfraquecimento das cavilhas,] é necessário substituí-las, como modo de prevenção contra o desabamento das pontes rodoviárias. A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

GRUPO V

1. 1.1. (C) ………………………………………………………………………………………………………… 8 Sempre que a luz incide sobre uma superfície, é refletida, refratada e absorvida. A difração só ocorre quando a luz passa por fendas. 1.2. (B) ………………………………………………………………………………………………………… 8 O material da fibra ótica é construído de modo a que ocorra o fenómeno da reflexão total da luz, mas não ocorra absorção (nem refração). 2. (B) …………………………………………………………………………………………………………… 8 O valor mais provável do índice de refração do acrílico é 1,28. Como o índice de refração do vidro é 1,5, conclui-se que o vidro é um meio mais denso (mais refringente) e, por isso, a velocidade da radiação neste será menor. 3. 3.1. (A) ..……………………………………………………………………………………………………….. 8 I = E/r

2

E=I×r

2

Logo, a intensidade luminosa depende da iluminação luminosa (I). 3.2. ..…………………………………………………………………………………………………………… 12 Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução: A) Obtenção da equação da regressão linear, a partir dos resultados experimentais obtidos (I = – 0,02d + 4,42); B) Cálculo da distância para a qual a iluminação luminosa é 2 (121 m). A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.

Níveis


2

Na resposta, são apresentadas as duas das etapas de resolução consideradas.

12

1


6

J

) Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, 8, ( ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Grupo'

Im

leia atentamente o seguinte texto.

25

o ligar e desligar de uma corrente que passava numa bobina induzia uma corrente momentaneamente numa outra bobina próximo, mesmo que só houvesse ar (ou vácuo) entre as bobinas. (...) Em segundo lugar, estudou o que acontecia quando inseria ou removia uma barra magnética na bobina. Descobriu que, no momento em que a fazia, induzia uma corrente. Segundo a seu próprio relata:

"Uma barra magnética cilíndrica ... tinha apenas uma das extremidades ligeiramente dentro de uma hélice cilfndrica; depois, empurrou-se rapidamente o fman para dentro do cilindro e a agulha do galvanómetro moveu-se; em seguida, puxou-se a barra novamente para fora e a agulha tornou-se a mexer, mas no sentido oposto. Oefeito repetia-se sempre que se introduzia ou se removia o íman ...". In Projeto F/sica Unidade 4, Fundação (alous1e Gulbenklan, 1985, p. 82

1.1 Refira, com base nos estudos de Faraday evidenciados no texto anterior, o que aquele

:

(5)

cientista descobriu quando Inseria ou removia uma barra magnética numa bobina.

1.2 Que informação é dada pelo galvanômetro quando toda a barra magnética entra dentro da

(5)

bobina?

(A) O valor da força eletromotrlz é máximo, uma vez que a área da barra magnética dentro da bobina é máxima. (8) O valor da força eletromotriz é nulo, pois o ponteiro do galvanômetro encontra-se no

zero da escala. (C) O valor do fluxo magnético é nulo, pois o ponteiro do galvanômetro encontra-se no zero da escala. (D) O valor do fluxo magnético é máximo, porque não ocorre movimento da barra.

11

COlações

1.3 Os estudos de Faraday foram importantes para um melhor conhecimento do eletromagne-

(15)

tismo, que possibilitou mais tarde a comunicação a longas distâncias através de ondas eletromagnéticas. A comunicação por ondas de rádio pode ser efetuada através de modulação de sinais analógicos. Explique em que consiste o processo de modulação e distinga os diferentes processos de modulação existentes, Indicando uma vantagem de cada um dos processos.

I]] Os satélites geoestacionários têm funções importantes para as comunicações e observações

15

permanentes de uma região da Terra.

2.1 Indique o perfodo temporal deste tipo de satélites e qual a única força que sobre eles atua

(la)

quando estão em órbita terrestre.

2.2 Se a massa de um satélite geoestacionário duplicar, a sua velocidade linear:

(s)

(A) manter-se-á. (S) duplicará.

(C) reduzir-se-á para metade. (O) quadruplicará.

Gru['lO [j)J A cor de uma estrela indica-nos a sua temperatura superficial, existindo uma relação de proporcionalidade Inversa entre a temperatura de um corpo e o comprimento de onda para o qual esse corpo emite radiação de máxima intensidade, cuja constante é 2,898 x 10.3 mK. Por razões históricas, as estrelas foram classificadas em letras de acordo com o seu espetro. Atabela I apresenta algumas características das estrelas Sirius, Sol e Antares,

A

Sirius

1,19 x 10'

380

G

Sol

6,96 X 10"

500

M

Antares

4,36 X lO'

753

Tabela I

12

20

Cotaçõe.s

:1..1 Com base nas informações e na tabela anteriores, determine a potência da radiação emitida

(lO)

pelo Sol supondo que é perfeitamente esférico e emite como um corpo negro. Apresente todas as etapas de resolução.

1..2 Sabendo que a estrela Sirius se encontra à temperatura de 7226 I( e que uma estrela y,

(5)

com as mesmas características, se encontra à temperatura de 14 452 1<' A potência da radiação emitida pela estrela Y é: (A) igual à emitida pelo Sol. (6) menor do que a emitida pelo Sol. (C) duas vezes maior do que a emitida pelo Sol.

(D) dezasseis vezes maior do que a emitida pelo Sol.

1.3 Selecione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a), (b) e (c), res-

(5)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Se a cor superficial da estrela _(a)_ for vermelha e a cor superficial da estrela _(b)_ for violeta, então a primeira terá uma _(c)_temperatura superficial." (A) Antares ... Sirius ... maior (6) Sol ... Sirius ... maior (C) Antares ... Sirius ... menor

(D) Sirius ... Sol .. , menor

@J Grande parte da energia que se consome numa casa, principalmente no inverno, é utilizada no

10

aquecimento. De forma a minimizar os gastos energéticos, constroem-se casas cada vez mais eficientes na utilização de energia.

2.1 Ouso de janelas de vidro duplo, com caixa de ar, permite uma menor dissipação de energia

(5)

sob a forma de calor. Este facto deve-se essencialmente: (A) à baixa condutividade térmica do ar, se estiver parado. (6) ao elevado ponto de fusão do vidro.

(C) à elevada condutividade térmica do ar, se estiver parado. (D) à elevada densidade do vidro.

13

-.;

-

---

....- ...-...... ,-

-

- -

no-

Cotações

2.2 Uma forma de aproveitamento de radiação solar é através do uso de coletores solares.

(S)

Sobre os coletores pode afirmar-se que: (A) têm como aplicações o aquecimento de águas sanitárias e a produção de corrente elétrica. (8) são constituídos por um material semicondutor.

(C) permitem o funcionamento de semáforos nas vias de comunicação.

(O) a radiação solar é aproveitada para o aquecimento de um fluido.

Grupo 111

c.lli

O uso do plano inclinado foi uma das descobertas mais notáveis e permitiu, por exemplo, que a

25

construção das pirâmides pelos egípcios fosse facilitada. A

h= 30m

Figura 1 Suponha que numa das construções, uma caixa carregada de pedras, como mostra a figura 1, tem de ser transportada de Caté

A. cuja distância é 50 m. O sistema caixa + pedras tem uma

massa de 200 kg, parte do repouso no ponto Ce é deixado em repouso no ponto A. O trabalho realizado sobre o sistema caixa + pedras é 100 kJ.

:!. .:!. Pode concluir-se que o trabalho resultante de todas as forças que atuam no sistema

(5)

caixa + pedras é: (A) 1,0 x lOs J (8) OJ

(C) 5,0 x 10' J (O) 4,0 x 10'

J

Indique um fator do qual depende a força de atrito.

1. 3 Calcule a intensidade da força de atrito que atuou no sistema caixa + pedras no percurso considerado, admitindo que aquela se manteve constante. Apresente todas as etapas de resolução.

14

(5)

(10)

C01açõI!s

1.4 Suponha que no ponto A, acidentalmente, uma das pedras, de massa 20 kg, cai livremente.

(5)

Considere um referencial, Oy, de eixo vertical, sentido de baixo para cima e em que a resistência do ar pode ser considerada desprezável. Qual é a expressão que permite calcular o tempo de queda? (A)

(C)

flJ

t=f:

(B)

t=f!

(D)

t= v2i

Para determinar experimentalmente a velocidade do som, podem usar-se mangueiras de dife-

;

rentes comprimentos (I), e medir o valor do int ervalo de tempo que o som demora a percorrê-Ias. Depois de efetuada a experiência obt iveram-se os valores que se encontram registados na tabela 11. .1: I 01

II" t:.H 1r. lh '1:

(li )

("" I!I'

Wl

1

10,0

0,029

2

15,0

0,044

3

20,0

0,059

Tabela 11 Obtenha o valor da velocidade do som, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de pontos experimentais. Utilize a calculadora gráfica. Apresente o valor obtido com três algarismos significativos.

Grupo IV [ill Nos refrigerantes encontra-se, entre os Ingredientes, o ácido carbónico H,CO" responsável pela

20

gaseificação destas bebidas e pelo sabor que as caracteriza. A adição sucessiva de hidróxido de potássio ((OH), uma base forte, ao ácido carbónlco, t ransforma-o primeiramente no ião hidrogenocarbonato (HCOj) e depois no lão carbonato (COi-).

1.1 Selecione a alternativa que corresponde à base conjugada do ácido carbónico. (A) H,O

(B) KOH

(C) HCOj

(5)

(D) COi-

15

1 -'

I

COlilçães

Uma das técnicas mai s

'I

em Química Analítica é a t itulação. Esta t écnica permite

(5'

det erm inar a concentração de lima solução através da rea ção completa com outra solução de concentração conhecido. A concentração de ácido carbón ico é ca lculada pela expressão:

V,,,(KOH) x [KOH] (A) [H, CO, 1= --""----:-:-'--'----" . V",(O,

I

(8 ) H,CO, J=

V,, (KOH) x [KOHj 2x

V

(C) [H,CO,] = 11,' (0. x [i
-

I

2x V",(I
I

2x V,,, (I(OH) x [KOH]

(D) H, CO, = ---=-:-11: -'---'.--'

A agua da ch uva é ligeiramente ácida dev ido ao ácido carbón ico f ormado. Escreva a equa-

(5)

ção que tradu z a íormação deste ácid o na atmosfera.

Qualquer precipitação com valor de pH abaixo de 5.6 é con siderada uma "chuva ácida".

(5,

Indique o valor mínimo da concentraçã o de iões H,O' a partir do qual se considera que uma chuva é ácida. (A) 4.0 x 10 5 mol ·dm·'

(8) 2.5 x 10'· mol ·dm·' (C) 4.0 x 10.9 moi· dm" (D) 2,5 x 10° mol·dm·)

l.irupo A água da chuva contém dióxido de carbono. Este gás. presente na troposfera. é um dos gases re sponsáve is pelo efeito de estufa.

(10)

Indique outro gás de efeito de estufa (GEE) assim como um fator para a sua ori gem.

2 A molécula de dióxido de carbono apresenta uma geometria : (A) tetraédrica . . (8 ) linear.

(C) piramidal trigonal. (D) angular.

16

(5)

CcrilçÕCS

No estado fundamental os números quânticos de um eletrão de valência no átomo de car-

15)

bono podem ser:

(A)

(2. O. O.

(B)(2.1.2. (C) ( 1. O. O. (D) (1,1. O,

No estado fundamental a configuração eletrónica do átomo de carbono. C, é 1s' 2s' 2p'.

15)

enquanto a do átomo de oxigénio. O. é 1s' 2s' 2p". Relativamente a estes dois elementos. selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a). (b) e (c). respetivamente. de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "O raio atómico do átomo de oxigénio é _(a)_ do que o raio atómico do átomo de carbono. e a 1.' energia de ionização do átomo de oxigénio é _(b)_ do que a 1.' energia de ionização do átomo de carbono. A eletronegatividade do átomo de oXigénio é _(c)_ do que a eletronegatividade do átomo."

(AI maior ... maior ... menor (B) menor ... menor ... menor

(C) maior ... menor ... maior

(DI menor ... maior ... maior

[[ Em 2011 ocorreu um grande acidente nuclear em Fukushima. Um dos maiores receios relacio-

10

nados com o funcionamento das centrais nucleares decorre do possível não controlo de reações de fissão em cadeia. após serem iniciadas por uma particula subatómica. Identifique a partícula que desencadeia reações de fissão nuclear em cadeia e explique em que consiste este tipo de reação.

G9 A emissão não controlada de radiação é uma das preocupações na gestão de uma central nuclear.

la

A emissão de radiação gama pode atingir os trabalhadores das centrais nucleares. Enquadre qualitativamente este tipo de radiação ao nível da frequência e comprimento de onda.

17

Cotações

Um dos grandes espetáculos a que se costuma assistir, quer na passagem de ano quer nas fes-

5

tas populares, é o fogo-de-artifício. A visão da cor vermelha no céu deve-se à: (A) absorção de radiação infravermelha. (8) emissão de luz visível. (C) emissão de radiação infravermelha.

(O) absorção de luz visível.

Um grupo de alunos decidiu obter prata no estado sólido a partir de uma solução de nitrato de

o"

prata. Depois de pesar um boneco de chumbo, cuja massa é 200 g, mergulhou-o na solução de nitrato de prata, tendo-se verificado um depósito sólido de prata. O depósito foi removida, seco e pesado, tendo-se determinado o valor 16,2 g. A reação que ocorreu pode ser traduzida pela equação química seguinte: Pb (s) + 2AgNO,(aq) -> Pb(NO, ),(aq) + 2Ag (s)

Calcule a massa de chumbo que sofreu corrosão.

(15)

Apresente todas as etapas de resolução .

.. : Relativamente à reação referida, selecione a alternativa que contém os termos que devem

(5)

substituir as letras (a), (b) e (c), respetivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "O chumbo tem um poder _(a)_ mais forte do que a prata, enquanto que a prata tem um poder _(b)_ mais forte do que o chumbo, uma vez que quem recebe os eletrões é _(c)_."

(A) redutor ... oxidante ... o chumbo (8) oxidante ... redutor ... a prata (C) redutor ... oxidante ... a prata

(O) oxidante ... redutor ... o chumbo

_.3 Calcule o número de átomos de chumbo presentes no boneco de chumbo utilizado. Admita

que a amostra de chumbo não apresenta impurezas. Apresente todas as etapas de resolução.

18

(10)

õ . 8 Pág inas

I

•

I I'.

I

Para re sponder aos i tens de esco l11 a múltipla, se lecion e a ,mica opção (A, B, [ ou Dl que permite obter uma afirmação corre ta ou responder corretamente

a

colocada.

Cutações

Leia atentamente

o seguinte texto .

A cárie dentário atormento a Humanidade desde há mui la. Em bora as suas causas sejam relativamente bem conhecidos, ainda não se conhece nenhuma prafilaxio completamente eficaz. Ds dentes são revestidos par uma camada protetora ex terior chamada esmalte, cam uma espessura de cerca de 2 mm. Esta é composta por um mineral, a hidroxiapatite, cuja fórmula é COslPo',), DH. Quando se dissolve (num processo designado por desmineralização), os iães dispersam-se no saliva: Cos(PD., ),DH (s) - ; 5C0 2 • (oq) + 3PD.;- (aq)

-I-

DW(oq)

(equação 1)

Sendo os fosfatos de metais alcalino-terrosos (como o cálcio) insolúveis, esta reação não se dá em grande extensão. A reaçoa inversa, dita mineralização, é a defesa natural do corpo contra o cárie, 5Ca" (aq) + 3PD>, (oq) + DJ-r (oq) -) Co, (PO, ),0/-/ (s)

(equação 2)

Nos crianças o crescimento do camada de esmalte (minero/ização) supera o desmineralização. Após uma refeição, os bactérias presentes no boco decompõem porte dos alimentos, produzindo ócidos orgânicos como os ácidos acét ico e láctea. A diminuiçoo do p/o/leva ao desaparecimento de ioes D/-r, W(aq)

-I-

DW(aq) -) H,o (I) (equação 3)

o que, por sua vez, aumenta a desmineralização. Com o esmo/te enfraquecido, inicia-se a carie

propriamente dita. A maioria das pastos de dentes cantém compostos com f/úor, tais cama NaF ou SnF, que também ajudam a combater a cárie. Ds iões fluoreto provenientes destes compostos substituem eficazmente algum do DH- numa reaçoo equivalente ó reminerolização: 5Co' -(aq) " 3PO:(oq) + F' (oq) -; Ca, (PD,,),F (s)

(equoçõo 4)

[amo o fluoreto é um a base mais fraca do que o iõo hidróxido, o esmalte modificado, dito j luoropotite, é mais resistente aos ácidos orgânicos. AcJaplüuo de Raymond

Química, 5:' ed .. HeGraw-Hill. 1994, p. 77 2

19

I .CotilÇÕI!S

De acordo com o texto, compare a ext ensão da reação 1 com a da reação 2 nas crianças,

;

(5 )

De acordo com o texto, mencione um composto que pode contribuir para a desminerallzação

.

(5)

do esmalte,

A presença de flúor nas pastas dentífricas tem por objetivo:

(5)

(A) a eliminação das bact érias que decompõem os alimentos, (8) a produção de fluorapatite, pouco resistente aos ácidos orgânicos, (C) a produção de fluorapatite, substituta da hidroxiapatite,

'I

(O) reagir com o OW para a produção de hidroxiapatite,

oflúor é um elemento que pertence ao grupo dos halogéneos e pertence ao mesmo período que o oxigénio (O), Com base na informação apresentada, selecione a alternativa incorreta. (A) O raio atômico do flúor é inferior ao do oxlgénlo. (8) A configuração eletrônica de um átomo excitado de flúor pode ser 1s' 2s' 2p' 3s 1 • (C) A energia de ionização do flúor é superior à do oxigénio.

(O) O átomo de flúor não tem tendência a formar iões mononegativos.

A configuração eletrônica do ião magnésio é 1s' 2s' 2p', no estado fundamental. Então: (A) o raio iónico do ião magnésio é inferior ao raio iônico do ião fluoreto. (8) a orbital de valência do átomo de magnésio, no estado fundamental, tem por números quânticos n = 2,

= 1 e m r. = o.

(C) o magnésio pertence ao grupo dos metais alcalinos.

(O) a configuração eletrônica do ião magnésio não corresponde à configuração eletrônica de um gás nobre.

A fluorapatite é ainda utilizada para a produção de fertilizantes fosfatados e, por ser insolúvel

I

em água, é necessário convertê-Ia em dihidrogenofosfato de cálcio, que é solúvel em água, de acordo com a seguinte equação:

I

2Ca 5(PO,hF (s) + 7H,SO, (aq) -> 3Ca(H,PO,), (aq) + 7CaSO, (aq) + 2HF (15)

I 20

o

Cotações

Calcule o volume mínimo de ácido sulfúrico 0,500 mol'dm'3 para reagir com 1,5 kg de fluo-

(15)

rapatite contendo 20% de impurezas.

Para a reação de um mineral de fluorapatite com ácido súlfurico, o uso de um ácido mais

(5)

concentrado:

(A) aumenta o rendimento da reação, pois aumenta a quantidade de hidrogenofosfato produzida.

(B) implica o consumo de um menor volume de ácido sulfúrico para a mesma massa de mineral.

(C) aumenta a produção de ácido fluorídrico, uma vez que a concentração de ácido é maior. (O) implica menores cuidados de segurança com o ácido, pois a reação é mais rápida.

O ácido sulfúrico ...

(5)

(A) tem como base conjugada o ião SO;-. (B) tem uma constante de acidez que é baixa.

(C) é um ácido diprótico.

(O) é uma espécie anfotérica.

' .. ' O número de oxidação do enxofre (S) no ácido sulfúrico é: (A) +2

(B)-2

(C) -5

(5)

(O) +5

Com o objetivo de verificar como varia a energia cinética em função da distância percorrida por um corpo que desliza ao longo de um plano inclinado, um grupo de alunos montou uma prancha com uma certa inclinação em relação à horizontal. Os alunos realizaram vários ensaios nos quais abandonaram, sobre o plano inclinado, um paralelepípedo de madeira de 50,0 g, tendo, em cada ensaio, efetuado as medições necessárias. A massa do paralelepípedo foi determinada usando uma balança digital. Atendendo à incerteza associada à medição, selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte. O valor da massa do paralelepípedo deve ser apresentado na forma:

(A)

(B)

(C)

(O)

21

"l Os alunos fizeram vários ensaios, tendo abandonado o paralelepipedo em diferentes pontos do

10

plano de modo que aquele percorresse, até ao final do plano, distâncias sucessivamente maiores. Calcularam, para cada distância percorrida, o valor da velocidade e a energia cinética. Os valores calculados estão registados na tabela seguinte.

'1 :I T.(11 Iftlr.

"

1/';11.\ Ir: 11:.1111 Itr-I'\: ht,r: I"r. II(*

I1 ••

:'lr C:.l l :-Ir.

0,0510

0,553

7,65 x 10"

0,202

1.10

3,03 x 10.2

0,408

1,56

6,08 x 10"

0,603

1,90

9,03 x 10"

,

Tabela I

2.1 No trabalho laboratorial realizado, indique o tipo de determinação que foi efetuada pelos

(5)

alunos para obterem os valores da energia cinética.

2.2 O que se pode concluir acerca da relação entre a energia cinética e a distância percorrida,

(5)

com base nos resultados reglstados na tabela I e o recurso à calculadora gráfica?

[j Se os alunos realizarem vários ensaios nos quais abandonem, sobre o plano inclinado, um outro

5

paralelepípedo de madeira de massa 100,0 g, para as mesmas distâncias percorridas e mantendo as condições experimentais, é de esperar que a sua energia cinética, comparativamente com a energia cinética do paralelepípedo de 50,0 g seja:

(A) o dobro. (8) metade.

(C) o quádruplo. (D) um quarto.

B

Calcule a intensidade da resultante das forças que atuam no carrinho durante o percurso, sem recorrer às equações do movimento.

22

10

5

Cotações

r

Uma janela de vidro simples de uma casa tem 1,5 m' de área. Considere que a espessura do vidro é 1 em, Que a temperatura exterior é 20 ' Ce Que a temperatura no interior da casa é mantida a 15 'e.

.,

o calor Que entra na casa pela janela, no período de 5 minutos, é dado por: (A) Q=

J

(B)

Q O,8 x 1,5 x 5 J 10'x 300

(O) Q O,8 x 1.5 x 5 x 10'

(C) Q=O,8 x 1,5 x 10' x 25 x 60 J

1.."

{SI

300

Se a temperatura exterior subir de 20 ' C para 40 'C, o calor que vai ser transferido para a

{SI

casa no mesmo período é: (A) o mesmo.

(B) o dobro.

(C) o quádruplo.

(O) o Quíntuplo.

1.3 Considere que a temperatura é mantida a 15 ' Cno in-

(lO)

terior da habitação devido à instalação de ar condicionado junto ao teto da habitação, como é evidenciado na figura 1. Indique Qual é o mecanismo de transferência de energia sob a forma de calor Que ocorre e descreva o modo como esta transferência se processa, Figura 1

evidenciando a posição relativa do ar condicionado.

Gn.4

GL Quando uma onda incide na superfrcie de separação entre dois meios, esta pode ser transmitida,

10

absorvida ou refletida. Consoante as diferenças entre as superfícies, podem ocorrer os três fenómenos, mas também pode ocorrer um deles isoladamente.

Se um raio luminoso fizer um ângulo de 35' com o plano de um espelho, o ângulo de ref le-

{SI

xão é:

(A) 35'

(B) 55'

(C) 90'

(D) 1450

23

(Olações

" Quando um raio luminoso chega à superficie de separação de dois meios, de um meio onde a sua velocidade de propagação é menor para um meio onde se propaga a uma velocidade maior, e o ângulo de incidência é igual ao ângulo crítico", (A) ocorre refração, sendo a direção do raio refratado tangencial à linha de separação dos

meios, e simultaneamente reflexão da luz. (8) OCOrre refração, sendo a direção do raio refratado não tangencial à linha de separação

dos meios, e simultaneamente reflexão da luz.

(C) ocorre reflexão total da luz. (O) ocorre somente refração da luz.

Durante uma aula experimental, um aluno empurra um íman com outro íman, devido a Interações magnéticas, tendo o cuidado de alinhar perfeitamente os dois imanes como mostra a figura 2.

Figura 2 De acordo com a situação descrita, assinale a afirmação correta.

(A) Não existe um par ação-reação para a força exercida por um íman no outro, visto Que estes não chegam a estar em contacto. (8) Enquanto um fman se aproxima do outro e este não se move, Isso implica que sobre ele não

é exercida ainda uma força eletromagnética.

(C) As linhas de campo Que interagem com o segundo fman dependem da distância entre os dois imanes.

(O) O par ação-reação da força exercida pelo segundo íman no primeiro íman é a força exercida pela pessoa no primeiro iman para o manter com velocidade constante.

[' Considere o íman ilustrado na figura 3.

Figura 3

Desenhe as linhas de campo no espaço compreendido entre as duas barras paralelas do fman e caracterize o campo magnético aí existente.

24

(5)

3.2 O campo

que existe no espaço compreendido entre as duas barras paralelas do

.

(lO)

íman tem o valor de 2,5 x 10.3 T. Na colocação de uma espira de 20 em' de área no espaço compreendido entre as duas barras paralelas do íman, cuja orientação faça 30' com as linhas de campo, determine o valor do fluxo

que atravessa a espira.

Num local a 6 km duma linha de comboio, este não costuma ser ouvido. No entanto, em dias

.5

húmidos, os comboios ouvem-se perfeitamente, ao ponto das pessoas afirmarem que no dia vai chover. Explique que tipo de onda é a onda sonora e as causas pelas quais o comboio é ouvido em dias de chuva ou húmidos.

GrUflO \f ..-,., O amoníaco é produzido em larga escala de acordo com a processo de Haber-Bosch. A reação

25

química que ocorre é traduzida pela seguinte equação química: N,(g) + 3H,(g) ;::Z 2NH,(g) Num sistema reacional de 10 litros são introduzidos a altas pressões 100 mal de N" 40 mal de H, e 30 mal de NH 3. Atemperatura do sistema reacional, o valor de Kc é 0,65.

'-.1 Determine o valor do quociente da reação à temperatura do sistema reacional.

(lO)

:!.2 Selecione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b). respeti-

(5)

vamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "A reação vai evoluir no sentido _(a)_, uma vez que o valor do quociente da reação é _(b)_ ao valor da constante de equilibrlo."

(A) direto ... superior (B) direto ... inferior

(C) inverso ... superior (O) inverso ... inferior

1. 3 Explique de que forma a reação de síntese do amonfaco é Influenciada pela adição de um

(lO)

catallsador apropriada.

25

J

__ _ ... _ .... _ ........... u\lOIIQ I U t;: ldU

ue toxlcloade de uma substância é através do valor da respetiva

o

DL,., normalmente Expressa em mg de substância por kg de massa corporal. A tabela 11 apresenta a DL,o de algumas substâncias,

li

-:1 I

'"

:

Aspirina

1500

Cafeína

355

Etanol

7000

Ecstasy

97 Tabela 11

Com base na tabela 11 indique, justificando, qual das substâncias é a mais tóxica,

(1 0)

\ . _ O significado íísico da

DL,o para a cafeína é:

{5)

\

(A) que são necessários 177,5 mg de cafeína por cada quilograma de massa corporal para matar 50% dos indivíduos da população restada. (8) que são necessários 177,5 mg de caíeína por cada quilograma de massa corporal para matar todos os indivíduos da população testada,

(C) que são necessários 355 mg de cafeína por cada quilograma de massa corporal para matar 50% dos individuas da população testada, (O) que são necessários 355 mg de cafeína por cada quilograma de massa corporal para matar todos os indivíduos da população te stada.

A DL,. da aspirina, expressa em partes por milhão em massa. pode ser determinada a partir

IS)

da expressão: (A) ppm=

1500 x 10'

10'

(8) ppm=1500

(

C)

ppm=

1500 x lO'

10'

(O) ppm=1500 x 10' x 10'

26

\

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, 8, C ou O) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

. • OI Cotações

Leia atentamente o seguinte texto.

:0

Por que é que os lagos congelam de cima para baixo? O facto de o gelo ser menos denso do

que a água tem um signifIcado ecolágico profundo. Considere, por exemplo, as variações de temperatura da água doce de um lago num clima frio. A águo maIs frio desce

Figura 1

para o fundo, enquanto que a águo mais

quente, que é menos denso, sobe até ao topo. Este movimento (...) natural continua até que a temperatura da água seja homogénea e Igualo 4 'c. Abaixo desta temperatura, a densidade da água começa a diminuir quando a temperatura diminui, de modo que a água já nõo desce. Arrefecendo mais, o água começa á congelar à superfície. A camada de gela formada nõo se afunda porque é menos densa que o líquido; esta camada atua mesma como um isolante térmico relativamente à água subjacente. Adaptado de Raymond Chang, Químico. S.' ed.. MeG",w-Hill. 1994, p. 481

1.1 Indique que tipo de transferência energética é a sugerida no primeiro parágrafo do texto.

(5)

1. Z "... esta camada atua mesmo como um isolante térmico relativamente à água subjacente".

(5)

Selecione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respetivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Um bom isolante deve ter _(a)_ condutividade térmica e _(b)_ capacidade térmica mássica." (A) baixa ... baixa

(8) baixa ... alta

(C) alta ... baixa

(O) alta ". alta

27

\

Cotações

Calcule a energia libertada por cada quilograma de água desde que a sua densidade é má-

(lO)

xi ma até começar a congelar.

c" ..= 4,18 X la' j/kg. K

\ A temperatura média corporal oscila entre os 36,5 ' ( e os 37 'c. Durante o inverno, quando as temperaturas oscilam em torno dos 5 '(, sente-se mais "frio" do que no verão, em dias cuja temperatura oscila em torno dos 30 'c. Indique as transferências energéticas existentes no verão e no inverno entre o corpo humano e o meio que o rodeia, e estabeleça a comparação entre as intensidades de cada uma delas nas estações do ano referidas.

Durante um treino de futebol, o movimento de um atleta de 70 kg e 1,80 m ao longo de uma

'o

reta foi registado por um adjunto para análise. O gráfico 1 apresenta os dados obtidos. Gráfico 1 10,---------------------------------------, B - - - - - - - - - --- - - - 6 - - - - ---- - - -- - -

- ---- 1

2

3

4

.-

. _. - --- -- -- . _. ---/

- - - -- - --- - - - - - - - -

5

- - - - - - -- - ----- -1 6

7

B

9

10

1

Tempo(s)

'-o

O atleta inverteu o sentido da sua marcha:

(5)

(A) O vezes.

(6) 2 vezes.

(C) 4 vezes.

(O) 6 vezes.

_.Z O atleta teve movimento retilíneo uniformemente retardado nos intervalos de tempo:

(A) tE[0,2) s e tE[5,6) s

(6) tE[0,2]s e tE[6,7)s

(C) tE[2,4] s e tE[S,6) s

(O) tE[2,4] s e tE[6,7] s

(5)

28

\

Cotilções

JUSl:lTlcando, um intervalo de tempo em que o atleta tenha estado em movi-

,

(lO)

mento e a resultante das forças tenha sido nula.

\

Um móvel de 40 kg é empurrado, numa superfície retilínea e sem inclinação, a velocidade constante, por uma pessoa que exerce uma força de 160 N, na direção do movimento, no espaço de

5 metros. Calcule o trabalho da força de atrito durante todo o percurso.

Um ciclista demora" segundos a descrever uma trajetória com a forma de uma semlclrcunfe-

1

rêllcia, numa curva, com velocidade angular constante, até circular em sentido contrário àquele em que se movia, de acordo com a figura 2.

Figura 2

Durante a curva, a velocidade angular tem o valor de:

(5)

(A) ú);.!.rad ç' 1<

(C) ú);lrad ç '

Durante a curva, a aceleração adquirida pela bicicleta é:

(5)

4' 4

(A) o;-m/s' l' (B) o;-m/s' 4

4'

(C) Q;-m/s'

4"

l'

(D) Q;-m/s'

4"

'-29

"

CotiJÇÕCS

GruflO 111 As fibras óticas são cada vez mais usadas na transmissão rápida de informação de suporte digital.

lO

A tabela I relaciona a velocidade de propagação de uma onda com o fndice de refração do meio onde se propaga.

,(eHe:..

r

:I

.'t:.H,

J

D

*.1 p-li r.lc: :tl 1,0

3,0 X 10·

1,2

2,5 x 10'

1,5

2,0 x 10·

2,0

1,5 x 10' Tabela I

1.1 Selecione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a), (b) e (c), res-

15)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Quando um raio de luz passa de um meio _(a)_ refringente para um meio _(b)_ refringente, o raio _(c)_ afasta-se da normal ao plano." (A) mais ... menos ... refletido

(8) menos ... mais ... refratado

(C) menos ... mais ... refletido

(D) mais ... menos ... refratado

1.2 O que se pode concluir acerca da relação entre a velocidade de propagação da onda e o índice

(5)

de refração do meio onde se propaga, com base nos resultados registados na tabela 17

:L. 3 Na passagem de um raio luminoso de um meio 1 para um meio 2, a relação entre as suas velocidades é v,

v, 4

(10)

Calcule o ângulo incidente mfnimo para que ocorra reflexão total da

luz.

Uma partícula de um meio em que se propaga uma onda efetua um movimento oscilatório har-

5

mónico simples. A equação que exprime a posição, y, da partícula que efetua este movimento, em função do tempo, t, é y =5,0 x 10" sin(2n x 10't) m. A frequência da onda é:

(A) 5,0 x 10" Hz

(8) 2n x 10' Hz

(C) 10"Hz

(D) 2n Hz

30

"

Um som, no mesmo meio de propagação, tem metade da frequência inicial. Isso implica que

"

esse som tem: (A) metade da velocidade iniciai.

(B) o dobro da velocidade inicial. (C) metade do período iniciaI. (O) o dobro do período inicial.

(jWfJO

1\1

A expressão que permite determinar os valores de energia possíveis para o eletrão do átomo

20

de hidrogénio é a seguinte. E,

2,lB x 10-1• J

n'

._.1 Calcule o valor da energia envolvida na transição de um eletrão do terceiro estado excitado

(15 )

para o segundo estado excitado no átomo de hldrogénio, e mencione de que tipo de radiação se trata.

1.2 Os números quânticos de um eletrão do átomo de hidrogénio num estado excitado podem

(5)

ser:

(A) (1,0, 0,

(B) (2,1, -1,

(C) (1, 1, 0,

(O) (2, 0, 1,

Explique o motivo pelo qual o espetro de emissão do átomo de hidrogénio é descontínuo (de

15

riscas) e a relação entre o aparecimento de uma qualquer risca do espetro e o fenómeno ocorrido no átomo de hidrogénio.

Grupo V

::J

Considere o seguinte sistema em equilfbrio a temperatura constante.

25

N,O,(g) ;::± 2NO,(g) Procedeu-se a várias experiências para estudar este equilíbrio e os resultados obtidos foram organizados na tabela 11 como a seguir se apresenta.

31

Da análise dos valores das duas últimas colunas, o que se pode concluir quanto à sua de-

(10)

pendência das concentrações iniciais dos reagentes?

?

Durante a 3.' experiência, depois de estabelecido o equilfbrio, foram adicionadas 0,15 moi

(10)

de N,04' Explique como irá reagir o sistema Imediatamente após essa adição.

Explicite qual a constante de equilíbrio do novo sistema descrito em 1.2 após se ter esta-

(5)

belecldo o equilíbrio quimico.

lTI : . .

°

número de pares ligantes existentes na molécula de amoniaco, NH" é:

(B) 2

(A) 1

(C) 3

20 (s)

(O) 4

-::.? A quantidade química de amoníaco correspondente ao volume 67,2 dm' de amoníaco, nas

(5)

condições PTN é: M(NH,) = 17,03 g moi"

67,2 22.4

(A) n=-- mo

(C) n -

22,4 I (B) n=-- mo 67,2

I

moi

(O) n= 22,4x17,03 moi 67,2

2.:3 A reação de síntese do amoníaco é exotérmica no sentido direto.

(10)

Com base na informação anterior indique como variará o rendimento da reação após a diminuição da temperatura do sistema onde está a ocorrer a reação.

32

]

Gru[.lO

\lI

A água. ao atravessar solos de diversos tipos. dissolve alguns dos seus constituintes. sobretudo

10

sais. Por essa razão. as características de uma água. como por exemplo a sua dureza. variam de acordo com o tipo de solos que atravessa ou com o local onde nasce.

1.:" Refira os iões que mais contribuem para a dureza de uma água.

"

,

A dureza da água tem efeitos indesejáveis associados ao seu uso. quer na saúde humana.

15)

15)

quer na indústria. quer no uso doméstico. Por isso existem formas de minimizar os efeitos da dureza das águas. Selecione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b). respetivamente. de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Uma das manifestações indesejáveis das águas duras é _(a)_ que pode ser minimizada _(b)_."

(A) a diminuição do poder espumante ... pela adição de metais pesados como o alumínio (8) a diminuição do poder espumante .., pela adição de agentes complexantes. como por exemplo EOTA (C) o aumento do poder espumante ... pela adição de metais pesados como o alumínio

(O) o aumento do poder espumante ... pela adição de agentes complexantes. como por exemplo EOTA

,..,- O recurso a processos industriais de dessalinização da água acontece em regiões onde as re-

'o

servas de água doce são escassas.

::.1 Os processos de dessalinização mais usados a nível mundial são:

15)

(A) a destilação e a osmose inversa. (8) a destilação e a troca iônica. (C) a destilação e a osmose.

(O) a osmose e a troca iônica.

2.2 Na destilação ocorrem. sucessivamente. as seguintes mudanças de estado: (A) vaporização e sublimação.

(8) condensação e sublimação.

(C) fusão e vaporização.

(O) vaporização e condensação.

15)

33

\

') )

7 Páginas

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, [ ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Grupo i Cotações


25

Alimentar a população mundial em crescimento rápido requer que os agricultores tenham mais e melhores calheitas. Todas os anos adicionam centenas de milhões de toneladas de fertilizantes químicos ao solo a fim de aumentar a qualidade das calheitas e a produção. Para além do dióxido de carbono e da ógua, as plantas precisam de pelo menos seis elementos para crescerem satisfatoriamente, que são N,

°

p. K, Ca, 5 e Mg.

amoníaca pode ser canvertido em nitrato de amánio, NH,NO,. sulfato de omónio, (NH.,)zS0..

ou dihidrogenofosfato de amónio, (NH..)H,PO", nas seguintes reaçães ócida-base: NH,(aq) + HNO,(aq) -) NH,NO,(aq) (equação 1) 2NH,(aq) + H,SO,(aq) -+ (NH,),SO,(aq) (equação 2) NH,(aq) + H,PO,(aq) -+ (NH,)H,PO,(oq) (equação 3) Outro método de preparar sulfato de amónio requer dois passos: 2NH,(aq) + CO,(aq) + H,O (1.) -+ (NH,),CO,(aq) (equação 4) (NH,j,CO,(aq) + CaSO,(aq) -+ (NH,),SO,(aq) + CaCO,(s) (equação 5) Este processa é preferível porque as matérias-primas - dióxida de carbono e sulfato de cálcio - são mais barotas do que o ócido sulfúrica. Adaptado d. Raymond Chang. Qu(mico, 5.' ed" M,Graw·HIII, 1994, p.144, 145

Com base no texto, identifique o elemento químico associado à fertilização das terras pelo

15)

amoníaco ou seus substitutos.

1.2 O ácido conjugado da espécie química (A) NH, 34

(B) H,SO,

é:

15)

(C) NH;

(D) HSO,

Cotações

1.3 Na preparação de sulfato de amónio de acordo com a reação 4 e a reação 5, foram usados

115)

10,0 dm' de NH, de concentração 0,50 molldm' com excesso de água e dióxido de carbono, e 20,0 dm' de CaSO. de concentração 0,30 molldm'. Calcule a massa máxima de carbonato de cálcio a obter.

Gl"!.![.lO I[

.lJ

O ar atmosférico tem uma composição rica em azoto e oxigénio, como se pode verificar na tabela I.

Gás

Composição (% em volume)

N,

78,03

O,

20,99

Ar

0,94

co,

0,033

Ne

0,0015

"

Tabela I

1.1 A substância composta que apresenta maior percentagem em volume no ar atmosférico é:

(A) N,

(B) O,

(C) Ar

(D) CO,

1.2 O número de eletrões ligantes na molécula de O, é: (A) dois.

(B) quatro.

(C) seis.

(D) oito.

1.3 Determine a densidade do árgon (Ar) em condições normais de pressão e temperatura (con-

15)

15)

110)

dições PTN).

1.4 A camada da atmosfera onde a presença de olono é prejudicial aos seres vivos é a: (A) troposfera.

(B) estratosfera.

(C) mesosfera.

(D) termosfera.

15)

35

o CFCI, é um dos CFC (clorofluorcarbonetos) que foi usado durante vários anos porque se julgava inerte.

Evidencie por que motivo esta ideia deixou de ser aceite e escreva as equações quimicas

(la)

necessárias para o justificar.

Escreva o nome do CFCI, de acordo com a nomenclatura IUPAC e represente a sua fórmula

115)

de estrutura.

Os números quânticos de uma orbital que não é de valência no átomo de flúor podem ser:

(5)

(A) (2. O. O) (B) (2. 1. -1) (C) (1. 1. O) (D) (1, O, O)

o ácido acétlco (CH,CDoH). com concentração aproximada de 0.05 mol/dm'. está presente numa

"

embalagem comercial. De forma a conhecer a sua concentração rigorosa foi titulada com hidróxido de sódio (NaoH) 0.100 mol/dm'. a 25 'c, A equação que representa a reação descrita é a seguinte. CH,CDOH (aq) + NaoH (aq) -) NaCH,CDo (aq) + H,o (f)

Determine o valor do pH da solução titulante.

A solução no ponto de equivalência tem um comportamento de: (A) um ácido fraco. (B) uma solução neutra. (C) uma base fraca. (D) uma base forte.

36

(lO)

(5)

(

Cotações

Uma forma de proteger o ferro que constitui os cascos dos navios é revesti-los com barras de zinco, que evitam que o ferro seja sujeito a uma maior corrosão. Pode concluir-se que: (A) os lões Zn" têm um poder oxidante superior aos iões Fe' -.

(8) o Fe tem um poder redutor superior ao Zn.

(C) as iões Fe" têm um poder oxidante superior aos iões Fe". (D) o Zn tem um poder redutor superior ao Fe.

Na construção de um parque no centro de uma cidade, pretende-se que um chafariz lance água verticalmente, para uma alturd de 12 metros. Considere desprezável a efeito da resistência do ar.

Selecione o gráfica que melhor se ajusta à energia mecânica de uma gota de água durante

(s)

a subida. (A)

o

5

(8)

fi

o

10

A)tura (m)

5 Altura Im)

(O)

(C) m

';;;

;;;

c w

O

---5

10

la

li

O

Altura Im)

5

la

Altura Im)

Calcule o valor da velocidade com que a água tem de ser lançada para atingir a altura pre-

(la)

tendida, sem recorrer às equações do movimento.

A água, após atingir a altura máxima, adquire:

(5)

(A) movimento retilíneo e uniforme.

(8) movimenta retilíneo uniformemente retardado.

(C) movimento retilíneo uniformemente acelerado. (D) movimenta circular uniforme.

37

Cotações

'J

Um livro está pousado sobre uma borda de uma mesa.

'15

2.1 Assinale a afirmação correta.

(5)

(A) Opar ação-reação da força gravítica do livro é a força exercida pela mesa no livro. (8) A aceleração gravitica sentida pela mesa é superior à do livro,

pois a massa da mesa é superior.

Figura 1

(C) A aceleração gravítica sentida pelo livro é superior à da mesa pois a massa do livro é

inferior. (O) A força gravitica da mesa e a força exercida pelo chão na mesa não constituem um par ação-reação.

2.2 Devido a um ligeiro toque no livro, este cai verticalmente no chão, atingindo-o com uma

(lO)

velocidade de valor 4,0 m/s. Suponha desprezável o efeito de resistência do ar durante o percurso. Determine a altura a que está colocado o tampo da mesa. Apresente o resultado com dois algarismos significativos. Recorra exclusivamente às equações y(t) e v(t) que traduzem o movimento do livro. Considere que o sentido do eixo Oy é de baixo para cima.

G!

Um satélite geostacionário descreve uma órbita circular situada a 3,0 x la' m de altitude rela-

20

tivamente ao equador da Terra, cujo módulo da velocidade é constante. Raio Terra

=6,4 x lO' m

3.1 Durante o movimento do satélite, pode afirmar-se que:

(5)

(A) a força que é exercida pela Terra no satélite tem valor constante. (8) a força que é exercida pelo satélite na Terra tem um valor inferior ao da força exercida pela Terra no satélite.

(C) a aceleração do satélite tem a direção da sua velocidade orbital. (O) a aceleração do satélite tem a direção perpendicular ao da força centrípeta.

3.2 Calcule o módulo da velocidade orbit al do satélite em torno da Terra.

J.3 Compare o período dos satélites geostacionários com o período dos satélites do sistema GPS.

38

(la)

(5)

COl
Grupo \f

LJ

Uma resistência elétrica cuja potência é 20 W é colocada no interior de um recipiente com 0,200

20

litros de água a 4,0 'c. Foram registadas no gráfico 1 as variações de temperatura e a correspondente energia fornecida. Gráfico 1

I 1.1

ointervalo de tempo necessário para efetuar o aquecimento da água até atingir os 10,0 ' C

I

(5)

foi:

(A) IH; 2090 x6,0 s 20 x O,200 (8) IH;

2090 20 x 6,O x O,200

s

x 6,0 (C) ó t; 2090 20 s (D) IH; 2090 s 20 x 6,0

1.2 Determine a energia que não se dissipou durante o aquecimento da água até ela atingir

(10)

os 6,0 'c.

c",,= 4,18 X lO' j/l
1.3 Os valores de temperatura foram lidos utilizando um termámetro de mercúrio cuja menor

(5)

divisão é 0,2 'c. Apresente o valor da temperatura inicial da água com a respetiva incerteza associada.

39

•

Cot ações

-rupo Vi

o albedo terrestre médio é 30%. Apesar disso, existem superfícies que refletem mais a radiação

lU

do que outras.

Sabendo que 5 é a constante solar e Rré o raio médio da Terra, a potência da radiação solar

(5 )

absorvida pela Terra é dada pela expressão: (A) p= 0,30 Sn Rr' (8) P = 0,30 54 n Rr'

(C) P= 0,70 Sn Rr' (O) P = 0,70 S4n Rr'

?

Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), res-

(5)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Nos palas, o albedo terrestre é _ (a)_ ao de uma zona t ropical. visto que a radiação é mais _(b)_ nos palas do que numa zona tropical." (A) superior '" absorvida (8) superior ,,' refletida (C) inferior '" absorvida

(O) inferior '" refletida

- O principal gás responsável pelo efeito de estufa é o: (A) CO" pois filtra as radiações UVB que atingem a Terra. (8) O" pois filtra as radiações UVB que atingem a Terra, (C) CO" pois absorve a radiação IV que é emitida pela Terra,

(O) O" pois absorve a radiação IV que é emit ida pela Terra,

.,.. Na linguagem popular, o uso dos cobertores t radicionais é feito para nos aquecermos, Efetivamente a função deles é diminuir a velocidade de libertação de energia do nosso corpo para o exterior, Evidencie de que forma uma propriedade fisica do cobertor justifica a afirmação anterior.

40

10

,m· •

f

7 Páginas

!\ .

J

) Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, ( ou O) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Gn.lpo! Cotilçães

EI


Produzir neve (amo é que se produz este material em quantidades

suficientes para satisfazer as necessidades dos esquiada· res em dias sem neve? Uma máquina de fazer neve contém uma mistura de ar comprimido e vapor de água a cerca de 20 atm. Por causo de uma grande diferença de pressão entre o reservatório

e a atmosfera exterior, quando a mistura se espalha no atmosfera ela expande-se tão rapidamente que, em boa afirmação, não Se dão trocos de calor entre o sistema (ar e óguo) e o meio exterior.

Figura 1 Adaptado de R'ymond Ch,ng, Qulmico. 50' ed .. MeGraw·Hill, 1994, p. 256

:Li Durante a produção de neve ...

(51

(A) o sistema efetua trabalho sobre o exterior e, por consequência, há uma diminuição da energia do sistema. (B) o sistema efetua trabalho sobre o exterior e, por consequência, há um aumento da energia do sistema. (C) o exterior efetua trabalho sobre o sistema e, por consequência, há uma diminuição da

energia do sistema. (O) o exterior efetua trabalho sobre o sistema e, por consequência, há um aumento da ener-

gia do sistema.

1.2 Indique a mudança de estado associada à produção de neve referida no texto.

(51

41

COlações

..,.. Um volume de 5,0 kg de água num recipiente aberto é continuamente agitado por uma máquina

15

que atua no interior do recipient e, Considere que a máquina de potência 1,5 kW atua durante dois minutos,

c",,= 4,18 X lO' J/kg, I< 2,1 Calcule a elevação máxima de temperatura que a água pode ter,

1101

Z : Indique uma justificação de base calorífica para a água não sofrer uma elevação de tem-

151

peratura máxima devido à ação da máquina,

A Helena gosta de regar a relva mantendo a mangueira na horizontal a uma altura de 1,2 m, A água sai da extremidade a uma velocidade de 8,0 m/s, Considere o sistema de eixos de referência representado na figura, com origem no solo, desprezando o efeito da resistência do ar,

'L

'o

X

Figura 2 1.1 Durante o movimento da água depois de sair da mangueira",

15)

(A) a força resultante sobre a água é nula,

(B) a força resultante sobre a água diminui à medida que água vai perdendo altura, (C) a água demora o mesmo tempo a cair como se fosse em queda livre,

\

(D) o valor da velocidade permanece constante,

\

1.2 Det ermine o alcance da água que sai da mangueira, assim como o valor da velocidade com

115)

que a água atinge o solo,

!

15

Uma roda gigante de 40 metros de diâmetro realiza 4 rotações por minuto, num movimento circular uniforme,

2,1 Durante o movimento de uma cadeira na extremidade da roda per-

15)

manece constante a sua:

(A) velocidade,

(B) aceleração,

(C) energia potencial.

(O) energia cinética, Figura 3

2,2 Determine o valor da aceleração sentida pela cadeira durante o movimento, 42

\

(otilções

[Jj Numa montanha russa, uma carruagem de 250 kg viaja desde o ponto A, com a velocidade de

"

20,0 m/s, até ao ponto 8 com a velocidade de 15,0 m/s. O esquema representa a situação descrita. 8

1m

t Figura 4

3. 1 Durante o percurso de A a 80 trabalho do peso é:

I&l

15)

(A) Wp =25D x g x lOj

(B) Wp =- 250 x g x 10j

(C) Wp =2SD x g x 9j

(D) Wp =-250 x g x 9j

3.2 Determine o trabalho das forças não conservativas durante o percurso de A a B.

(lO)

Para determinar a capacidade térmica mássica do cobre, um grupo de alunos trabalhou com um

"

bloco feito desse material. O bloco em estudo tinha duas cavidades, numa das quais se colocou um termômetro e na outra uma resistência elétrica ligada a uma fonte de alimentação. O bloco foi colocado diretamente sobre a bancada. Os alunos efetuaram as medições necessárias para o seu estudo, nomeadamente os valores lidos no amperímetro e no voltímetro, registados na tabela I.

,,

1

II

5,18

8,35

5,20

8,37

5,21

8,36

5,19

8,35

5,20

8,36

5,16

8,37 Tabela I

1.1 Com base nos dados da tabela I, exprima o valor da diferença de potencial em função do

(5)

valor mais provável e da incerteza absoluta. 43

l

(ol
Determine o valor da potência forn ecida ao bloco, apresentando o resultado final com três

(5)

algarismos significativos.

- D valor determinado pelos alunos para a capacidade térmica mássica do cobre foi 430 j/kg K.

(15)

No entanto, o valor teórico para este metal é 390 j/kg K. Apresente duas razões justificativas para a diferença entre o valor experimental e o valor teórico e apresente uma sugestão para otimizar a exatidão do processo.

As reações de fusão constituem a fonte da energia emitida pelo Sol e por outras estrelas. Estima-se que o Sol seja formado por cerca de 73% de hidrogénio e 26% de hélio. Algumas das reações de fusão que se pensa ocorrerem constantemente no Sol são:

1

'H+ 1' H ..... 1' H+ 1'f3

C,E = -9,9 x lO' kj/mol

(equação 1)

I

'H + I' H ..... ,' He

C,E = -5,2 x 10' l<.i/mol

(equação 2)

'He+'H 1 ..... '2+ x 1' f3

C,E = -1,9 x 10' l<.i/mol

(equação 3)

2

Adaptado de Princrplos e Aplicações. Fundação Calouste Gulbenklan, Dezembro de 1997. p. l0S6

o que são entre si iHe iH?

(5)

1. 2 A energia libertada por cada átomo de hélio libertado na reação 2 é:

(5)

S,2 x l0· (A) E la' x 6,02 x lO" j (B) E = S,2 x l0· x l0' j 6.02 x 10" (C) E S.2 x l0' x 6.02 x l0" j lO'

(O) E=S,2 x l0·x l0' x 6,02 x l0" j

. _ Os t ermos que substituem x, y e 2 na equação 3 são, respetivamente:

44

(A) 1 ... 2 ... H

(B) 1 .., 2 ... He

(C) 2 ... 4 ... H

(O) 2 ... 4 ... He

(5 )

CotLlçõCS

Escreva a configuração eletrónica no estado fundamental do ião sódio (Na' ) e do ião magnésio (Mg"). Indique o elemento com a mesma configuração eletrónica destes lões.

Na comparação do raio de várias espécies pode afirmar-se que:

:\1 (lO)

(5)

(A) o raio do ião sódio é superior ao raio do átomo de sódio. (B) o raio do ião magnésio é inferior ao raio do átomo de magnésio.

(C) o raio do ião magnésio é igual ao raio do ião sódio. (O) o raio do ião magnésio é superior ao raio do ião sódio.

o número de energias de ionização do átomo de hélio é: (A) zero.

(B) um.

(C) dois.

(5)

(O) quatro.

Na combustão de metano com excesso de oxigénio obtém-se dióxido de carbono e água, de

'"

acordo com a equação qulmica seguinte. CH,(g) + 20,(15)

-l

CO,(g) + 2H,O (f)

óH' =-890.4kj/mol

Represente pela notação de lewis a molécula de O, e caracterize a ligação existente entre

(lO)

os dois átomos de oxlgénio .

.

As geometrias das moléculas de dióxido de carbono e das moléculas de água são, respeti-

{SI

vamente: (A) tetraédrica e piramidal trigonal.

(B) linear e piramidal trigonal.

(C) tetraédrica e angular.

(O) linear e angular.

.3 Calcule a energia envolvida na combustão de 3,0 kg de metano. Mencione claramente o

(lO)

sentido do movimento energético.

A massa de água formada por cada molécula de CH'j consumida é: (A) m

18,02 x 2 6,02x10" g

(C) m_ 18,02 x 6,02 x 10" g 2

(5)

18,02 (B) m = 2x6,OZx10" g (O) m=18,02 x 2x6,02 x10" g

45

Cotações

o amoníaco é uma substância inorgânica importante. usada. por exemplo. como matéria-prima

10

no fabrico de fertilizantes. de ácido nítrico. de explosivos e como meio de arrefecimento (estado líquido) em diversas indústrias alimentares. (orno o amoníaco é um gás à pressão e temperatura normais. para Ser armazenado e transportado. o amonCaco é liquefeito. Não descurando as suas inúmeras aplicações. devido às suas propriedades químicas e à pressão elevada a qUe se encontra. é necessário tomar várias precauções durante a sua produção. transporte. armazenamento e utilização.

. 1 De acordo com o referido. indique uma característica do amoníaco que justifique cuidados

(51

rigorosos na sua utilização a nível laboratorial.

2.2 O amoníaco produz-se a partir de azoto e de hidrogénio. A reação de síntese do amoníaco é descrita pela equação química seguinte. Nz(g) + 3Hz(g) P 2NH,

A tabela 11 apresenta os valores de energia média de ligação.

H-H

436.4

N-H

393

N"N

956.2 Tabela 11

Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a). (b) e (c). respetivamente. de modo a tornar verdadeira a afirmação: "A variação de entalpia para a reação de síntese do amoníaco tem o valor de _tal_o como

t.H é _(b)_ do que zero a reação é _(c)_." (A) -92.6 kJ mal" ... menor ... exotérmica (B) 1086.4 kJ mol-' ... maior ... exotérmica (C) -92.6 kJ mal" ... menor ... endotérmlca (O) lOB6.4 kJ mol-' ... maior ... endotérmica

46

(51

COlações

· • 111

J A oxidação de metais ocorre de forma natural na Natureza, estando muitos deles sob a forma de óxidos nos minerais.

°

lU

processo inverso pode ser feito através de eletrólise, mas não só. A

obtenção de metais através dos minerais é feita há já bastante tempo com a introdução em fornos de hematite (Fe,O,) e carbono a elevadas temperaturas.

_. 1 Na extração de ferro dos minerais nos fornos:

(5)

(A) o minério e o carbono são ambos oxidados. (8) o minério é reduzido e o carbono é oxidado. (C) o minério e o carbono são ambos reduzidos.

(D) o minério é oxidado e O carbono é reduzido.

1.2

°

número de oxidação do Ferro (Fe) na hematite é:

(A)

°

(5)

(C) +3

(8) +2

(D) +6

[!] A prata pode ser encontrada em várias soluções aquosas, nomeadamente sob a forma de cloreto

15

de prata ou de iodeto de prata. AgCI (s) p

Ag' (aq) + Cqaq)

Agi (s) P Ag' (aq) + 1- (aq)

",,(Agi) = 8,3 x 10.17, ",,(AgCI) = 1,6 x 10.10 a 25'C 2.1 Uma solução aquosa saturada de Agi encontra-se num recipiente. Sucessivamente vai-se

(5 )

adicionando uma solução diluída de AgCI à solução inicial. Verifica-se que: (A) se forma um precipitado de AgCl, uma vez que o seu valor de I
a solução de Agi já se encontrava saturada. (D) nada se pode concluir quanto à formação de precipitados, uma vez que o aumento de Ag' pode ser compensado pelo aumento de volume da solução e a concentração da solução de AgCI adicionada não é conhecida.

2.2 Escreva a expressão que traduz a constante de produto de solubilidade da reação do cloreto de prata e calcule o valor da sua solubilidade em água, à temperatura de 25

(la)

'c. 47

II

8 F.!áginas

1" "

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A,

a, (

-

<

'lI1ilifi0

J

ou D) que permite obter uma

afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Grupo' Cotações

-J


JU

A luz tem propriedades que se compreendem melhor em termos de um ponto de vista corpus cu lar. Planck foi o primeiro a servir-se deste ponto de vista para explicar o distribuição das frequêncios da energia irrodiada por um corpo negro. Ele verificou que era impossível conceber um modela experimental que explicasse as factos experimentais, até que adotou o que era

então um modela estranha. Imaginou um conjunta de osciladores, irradiando cada um deles apenas uma frequência, e acrescentou que o processo de radiação libertava energia em "porções" ou "quantuns': Admitiu-se que a energia que um dada oscilador libertava par quantum era determinado pela frequêncio, de acordo com a bem conhecida relação E = hf. A constante h, constante de Planck, é o mesma para todas as frequências.

Uma outra experiência que mastra"a natureza corpusculor da luz, a efeito fotoelétrico, percebe-se mais facilmente. Quando a luz de frequência f incide sobre uma superfície metálico, se se aumentar lentamente ofrequêncio, descobre-se que acima de uma certa frequência mínimo de remoção fo' os eletrões são expelidos da superfície do metal. Abaixo desta frequência não há emissão de eletrões, qualquer que seja

o tempo de iluminação do metal. Para frequências

acima de f", as energias dos eletrões podem ser medidos. Todas as energias eletrônicos observados para uma determinada frequência são iguais. Variando a intensidade da luz, vario o número de eletrães emitidos por segundo, mas não as suas energias. Este comportamento e a dependência do frequência destas energios entendem-se facilmente em termos da ponto de vista quântico da luz. Quando f aumento o energia aumenta. Finalmente, atinge-se uma frequência para a qual o energia dos fotões é suficiente para remover um eletrõo da superfície do metal. Para frequências ainda mais elevadas, o fotõo contém maior energia, de forma que o eletrõo é removido da superfície metálica e o excesso de energia aparece como energia cinética. Adaptado de Guio do professor paro Qu(m/co, uma Ciência Experimenfal, Fundação Calouste Gulbenkian, p. 542

1.1 Refira, com base no texto anterior. a relação existente entre a emissão de eletrões e a duração da iluminação do metal, para valores de frequência inferiores ao da frequência mínima de remoção. 48

IS)

Cotaçii[!s

1.2 O gráfico 1 representa a energia cinética do eletrão em função da frequência de radiação

:

(5)

incidente. para alguns elementos metálicos. Grafico 1

Frequência da radiação incidente (5"1)

Com base na informação contida no gr
(8) O elemento que apresenta menor comprimento de onda correspondente à respetiva

frequência mínima de remoção é o Ni. (e) Os declives dos três retas s50 idênticos e iguais à constante de Planeie (O) A energia cinética dos eletrões aumenta linearmente com o aumento da frequência da

radiação incidente.

13 A frequência minima de uma radiação para remover um eletrão do átomo de magnésio é 8,89

(15)

X 10 ' " S-l.

Calcule o valor da velocidade de um eletrão ejetado quando sobre um átomo de magnésio incide uma radiação de energia 1.50 x lO-lO j/fotão.

m",,,,,,,, =9,11 " 10-

31

"g

h = 6,626 )i 10-34 j

S

L ·) Com base nas informações contidas no texto e no gráfico 1 selecione a única alternativa

(5)

correta.

(A) Aumentando a intensidade da radiação incidente aumenta a energia dos eletrões emitidos. (8) O eletrão só é removido quando a energia da radiação incidente é superior à energia

mínima de remoção.

(C) Para valores de frequência superiores ao da frequência mínima de remoção, sucessivamente maiores, o eletrão é removido com valores de velocidades sucessivamente menores.

(O) A energia cinética do eletrão removido é nula para valores de energia de radiação iguais aos valores mínimos de energia de remoção.

49

CClilçoes

Indique o que são entre si os iões cloreto (CI") e sulfureto (S'·) com base na sua configuração eletrónlca do estado fundamental.

,_ Considerando o raio dos iões cloreto e sulfureto, assim como dos respetivos átomos que

":'U (5)

(5)

lhes deram origem, pode afirmar-se que: (A) o raio do ião cloreto é inferior ao raio do átomo de cloro. (8) o raio do átomo de enxofre é superior ao raio do ião sulfureto. (C) o raio do ião cloreto é igual ao raio do ião sulfureto.

(D) o raio do ião sulfureto é superior ao raio do ião cloreto,

Grupo 11 Num sistema reacional fechado ocorre a combustão de 75,0 g de etano com excesso de oxigé-

Jn

nio. Desta reação obtém-se dióxido de carbono e vapor de água, de acordo com a equação qurmica seguinte, 2 C,H, (g) + 70, (g) -> 4 CO, (8)+6 H,O (g )

Indique o tipo de geometria existente em torno de cada átomo de carbono e o tipo de Ii-

(lO)

gações existentes nas moléculas de etano.

- Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), res-

(5)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "A reação de combustão é _(a)_ uma vez que o sistema _(b)_ durante a reação química". (A) endotérmica ... consome energia do exterior (8) exotérmica ... liberta energia para o exterior (C) endotérmica ... liberta energia para o exterior

(D) exotérmica .. , consome energia do exterior

Calcule o volume de oxigénio gasto durante a reação química nas condições PTN.

50

(lO)

Cotações

1." O total de pares de eletrães ligantes em moléculas de água por cada molécula de etano

15)

consumida são: (A) dois.

(6) três.

(C) seis.

(D) doze.

r'] Na tabela I apresentam-se valores de constantes de acidez de alguns acidos monopróticos em agua, a 25

30

'c.

l Ácido fluorldrico (HF)

6.8

X

lO'"

Ácido acético (CH,COOH)

1.8 X 10.5

Ácido cianídrico (HCN)

6.2 X 10-10

Ácido nitroso (HNO,J

6.1 x 10"

Tabela I

1.1 A base conjugada do ácido nitroso é:

(5)

(A) NO;

(B) HNO,

(C) HO-

(D) H,O-

1.2 Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b). res-

(S)

petivamente. de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. "Relativamente aos ácidos apresentados e às respetivas bases conjugadas. pode afirmar-se que o ácido mais forte é o _(a)_ e a base mais forte é _(b)_."

(A) HF ." F(B) HF ... CN-

(C) HCN ... F(D) HCN ... CN-

!..3 Determine o valor de pH duma solução 0,400 mol/dm' de ácido fluorídrico (H F), a 25

'c.

110)

51

,

Uma base forte é adicionada sucessivamente ao ácido acético (CH 3COOH), sendo medido

(lO)

o pH da solução resultante, Os resultados obtidos foram representados no gráfico 2. Grãfico 2

14 13

12

-'

11

10 9 8 OI:

o-

-:"=-:- : -:

7

6 5

- - "• • . -:

[. :_--:.; "·i :L -

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3 2 1

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. __ :-._ .

50

40

3D

Volume de base adlclonadolmL

hl;lr r:1 I l 1 '

,; ·JIQJ:{u lI!

Vermelho de metilo

4,4-6,2

Azul de bromotimol

6,6-7,6

Fenolftaleína

8,0-10,0

Azul de timol

8,0-9,6

01'1

Tabela 11 De acordo com as informações contidas no gráfico 2 e na tabela li, diga, justificadamente, Qual é o indicador mais adequado para se efetuar esta titulação ácido-base.

Gmpo IV O sistema GPS (Sistema de Posicionamento Global) é um sistema tecnológico complexo que envolve satélites artificiais equipados com computadores e relógios atómicos, Foi desenvolvido por razões militares, pelos EUA, mas hoje é amplamente utilizado para fins civis, em diversas aplicações, tais como localizar qualquer ponto da Terra, na navegação, quer de barco quer de aviões, para fornecer informação precisa sobre um dado percurso, na criação de mapas mais rigorosos, entre outras. Figura 1

\ Indique Quais os t rês componentes através dos quais o sistema GPS pode ser descrito.

.

(5)

\

! ! !

52

\

CotilçõCS

.. Durante uma prova de ciclismo de estrada, a diferença temporal estimada pelo GPS entre

(lO)

dois ciclistas é 40 s.

A dada altura, o ciclista que se encontra mais longe da meta passa na placa dos 8 km para a meta. O GPS deteta que a diferença entre os dois ciclistas continua a ser 40 s, e ambos os ciclistas rodam à mesma velocidade linear de 15 m/s numa trajetória retilínea. Calcule a que distância da meta se encontra o outro ciclista.

- Ainda durante a prova de ciclismo, um comentador desportivo interroga-se por que motivo

(5)

os ciclistas usam folhas de papel debaixo do equipamento, ao que o seu colega lhe responde que é uma estratégia "para se protegerem do frio". Fundamente cientificamente a resposta.

Suponha que numa prova especial de contrarrelógio um ciclista resolve trocar a roda de

(5)

trás por uma que tem metade do raio da roda da frente. Comparat ivamente com a roda da frente, a velocidade angular da roda de trás é: (A) a mesma.

(8) o dobro.

(C) metade.

(D) o quádruplo.

-=- Uma espira circular metálica é at ravessada por um campo magnético cons-

tante. Explique se é possivel induzir uma força eletromotriz variando apenas a inclinação dessa espira.

o

1

=

Figura 2

(;1" fiO

L

i

A invenção do plano inclinado foi de extrema importância para facilitar o transporte de objetos

'5

durante uma subida, Suponha o uso de um plano inclinado cujo atrito da superfície se pode considerar desprezável. Durante a subida pelo percurso BC (distância d), um corpo com 10 I
2,0 m, onde é deixado em repouso. [

Figura 3

53

COlações

:1..1 O uso do plano inclinado torna mais fácil a subida porque:

(5)

(A) o aumento de energia potencial é superior no percurso BC relativamente ao percurso AC (8) o trabalho do peso é inferior no percurso BC relativamente ao percurso AC

(C) a força aplicada no corpo é inferior no percurso BC relativamente ao percurso AC (O) o trabalho da força aplicada é inferior no percurso BC relativamente ao percurso AC

1. 2 Durante o percurso BC a variação da energia mecânica (em J) é:

1

(A) M m

(8) t;Em mgh

(C) M m

(O) t;Em

Se o corpo for largado do ponto Ce seguir o percurso até B, ficará animado com movimento:

(A) retilíneo uniforme.

(8) retilíneo uniformemente acelerado.

(C) retilíneo uniformemente retardado.

(O) circular uniforme.

(5)

(5)

Calcule a energia mecâníca do corpo quando torna a atingir o ponto B, após partir do ponto C

110)

1 .5 Indique, justificando, que tipo de superfície se poderia ter. de forma que o trabalho do peso

110)

fosse praticamente nulo.

Grupo \11

::li Num dia de elevadas temperaturas, uma

00

pessoa pede uma água fresca numa esplanada de café. Como acabou repentinamente o stock de água fresca no frigorífico, o dono decide servir a água com três pedras de gelo iguais entre si. A

'.. r--

pessoa atende um telefonema enquanto o copo de água está pousado sobre a mesa. O gráfico 3 representa a tempera-

li:

tura da água. registada de 30 s em 30 s, ao longo do tempo.

Ii;o..

-':

Figura 4 54

Cotilções

Gráfico 3 35

,

30 25 8/' (

20 15 10 5

o

\,

1 1 1 1

,

I Ii

,I

,

I

--r I

I

o

2

, i1I

,

I

I

,

,

I

,

I

I

1 1/

I I

I

I

-I : 1-

I

_,_ - I I I I !

1

1

I

I

J,,

l1

1 1

I

'I

_!_' :

I

I

I

6

8

I

10

,

, I

1

!_ i ,

4

'

I

I

12

tI min

A temperatura ambiente quando a água é servid a ao cliente é: (A) 30 'C

(8) 8 'C

(C) 10 ' C

{s )

(D) 15 'C

- Explique porque é que a temperatura da água decresce cada vez mais lentamente ent re o

{lS)

início e 05 4 min,

,_ Entre 05 4 min e 05 6 min .. ,

{s)

(A) a energia recebida pela água do exterior, sob a 'forma de radiação e sob a forma de calor,

é menor porque a temperatura da água é mais baixa, (8) a energia t ransferida sob a forma de calor do gelo para a água é ligeiramente inferior à

energia transferida sob a forma de calor da água para o meio exterior. (C) a energia recebida pela água sob a forma de radiaçã o e sob a forma de calor do exterior

é ligeiramente menor do que a energia transferida sob a forma de calor da água para 05

blocos de gelo,

(D) a energia transferida sob a forma de calor da água para 0 5 blocos de gelo é ligeiramente menor do que a energia recebida pela água sob a forma de radiação e sob a forma de calor do exterior,

:L ' Quando o cliente acaba o seu telefonema, apercebe-se que as t rês pedras de gelo já f un-

{s)

diram e, sem beber qualquer água, pede mais gelo, São servidas mais três pedras de gelo idênticas entre si e idênticas às anteriores. A temperatura da água diminui até um valor. .. (A) de 8 'c, tal como na situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem. (8) inferior aos 8 'C da situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem.

(C) superior aos 8 'C da situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem. (D) Mesmo que as condições exteriores se mantenham, não há dados suficientes para poder apurar o valor mínimo da temperatura da água. 55

di!::? F sn«:ê] e Il'ilU1l6moICa f'" !JiI -

8 Páginas

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, 8, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Grupo I Cotações


15

Os agentes colorantes que se encontram na pintura e cerâmica pré-histórica mostram-nos que, desde os tempos mois remotos. os homens apreciavam o cor. Newton começou o interessar-se pelas cores quando, ainda estudante na Universidade de Cambridge, começou a construir um telescópio ostronómico. Um das problemas que lhe surgiram consistia no aparecimento de uma auréola colorida que rodeava sempre a imagem dado pelas lentes do telescópio. Foi ao tentar compreender este efeito que Newton começou a seu estuda intensiva sabre a cor. Em 1672 Newton publicou uma teoria sobre a cor na revista Philosophical Transactions publicada pela Royal Society de Londres. Este foi o seu primeiro artigo científico

a ser publicada. Escreveu Newton: "". no começo de 1666 fabriquei um prisma triangular para tentar obter o célebre "fenómeno" das cores. E tendo. para esse efeito, posto o meu quarto mais escuro e feito uma pequeno orifício nas cortinas para deixar entrar uma quantidade conveniente de luz solar, coloquei o meu prisma junto à entrada da luz para que esta pudesse ser refratada em direção à parede oposta. A princípio, foi um divertimento muito agradável observar as cores vivas produzidas.,,"

Violeta Anil

I-V"

21(5) -

Azul

Verde Amarelo Laranja

Vermelha

Figura 1- Desenho baseado num diagrama de Newton para o fenômeno que ocorre quando a luz solar in· cide num prisma.

O feixe cilíndrico da luz solar proveniente da abertura circular passou através do prisma e

produziu na parede aposta uma mancha alongada de cor colorido. Esta mancho era violeta num das extremos, vermelho no outro e apresentava umo gradação contínuo de cores entre esses extremos. Para este conjunto de cores Newton inventou o nome de Spectrum. In Projeto Física Unidade 4. Fundação Calouste Gulbenklan, 1985. p.I6

56

CotilçêC!s

Gráfico 3 35 I I I 30 I 25 I, 20 I . ' I ! 15 ,

:\

91"(

10

5

o

I Ii

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4

J

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, -I , -' I:: I

I

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,

I

I I la

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I ,

I 12

min

A temperatura ambiente quando a água é servida ao cliente é: (A) 30 'C

(B) B 'C

(C) 10 'C

151

(O) 15 'C

- Explique porque é que a temperatura da água decresce cada vez mais lentamente entre o

115)

início e 05 4 mino

.0 Entre os 4 min e os 6 min ...

15)

(A) a energia recebida pela água do exterior, sob a forma de radiação e sob a forma de calor, é menor porque a temperatura da água é mais baixa. (B) a energia transferida sob a forma de calor do gelo para a água é ligeiramente inferior à energia transferida sob a forma de calor da água para o meio exterior.

(C) a energia recebida pela água sob a forma de radiação e sob a forma de calor do exterior é ligeiramente menor do que a energia transferida sob a forma de calor da água para os blocos de gelo. (O) a energia transferida sob a forma de calor da água para os blocos de gelo é ligeiramente menor do que a energia recebida pela água sob a forma de radiação e sob a forma de calor do exterior.

1.

I

Quando o cliente acaba o seu telefonema, apercebe-se que as três pedras de gelo já fun-

(51

diram e, sem beber qualquer água, pede mais gelo. São servidas mais três pedras de gelo idênticas entre si e idênticas às anteriores. A temperatura da água diminui até um valor... (A) de 8 'c, tal como na situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem. (B) inferior aos 8 ' C da situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem.

(C) superior aos 8 'C da situação anterior, se as condições exteriores se mantiverem. (O) Mesmo que as condições exteriores se mantenham, não há dados suficientes para poder apurar o valor mínimo da temperatura da água.

55

l l: l;l' l/!I

B Páginas

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada.

Grupo I (clilções


15

Os agentes colorantes que se encontram na pintura e cerômica pré-histórica mostram-nos que, desde os tempos mais remotos, os homens apreciavam a cor. Newton começou a interessar-se pelas cores quando, ainda estudante na Universidade de Com bridge, começou a construir um telescópio astranómico. Um das problemas que lhe surgiram consistia no aparecimento de uma auréola colorida que rodeava sempre a imagem dada pelas lentes do telescópio. Foi ao tentar compreender este efeito que Newton começou a seu estuda intensivo sobre a cor. Em 1672 Newton publicou uma teoria sobre a corno revista Philosophical Transactions publicoda pela Royol Society de Londres. Este foi o seu primeiro artigo científico

a ser publicado. Escreveu Newton: ':.. no começo de 1666 fabriquei um prisma triangular para tentar obter o célebre "fenómeno" das cores. Etendo, para esse efeito, posto o meu quarto mais escuro e feito uma pequeno orifício nas cortinas para deixar entrar uma quantidade conveniente de luz solar, coloquei o meu prisma junto à entrada da luz para que esta pudesse ser refratada em direção à parede oposta. A princípio, foi um divertiment o muito agradável observar as cores vivas produzidas .....

Violeta

-=.@!: i-VT

Anil Azul

U

Verde Amarelo Laranja Vermelho

Figura 1- Desenho baseado num diagrama de Newton para o fenómeno que ocorre quando a luz solar in-

cide num prisma.

Ofeixe cilíndrico da luz solar proveniente da abertura circular passou através do prisma e produziu na parede oposta uma mancha alongada de cor colorida. Esta mancha era violeta num das extremos, vermelha no outro e apresentava uma gradação contínua de cores entre esses extremos. Paro este conjunta de cores Newton inventou o nome de Spectrum. In Projeto Física Unidade 4. Fundação (alouste Gulbenl:lan, 1985, p. 16

56

Refira, com base nos estudos de Newton evidenciados no texto anterior, como se designa

(5 )

o fenómeno que ocorre quando a luz solar atravessa o prisma,

Através dos estudos de Newton pode verificar-se que a luz solar é:

(5)

(A) uma luz branca monocromática, (B) uma luz branca poli cromática, (C) uma luz amarela monocromática,

(D) uma luz amarela policromática,

- Indique uma situação da Natureza que ocorre devido ao fenómeno evidenciado no texto,

(5)

No dia a dia é frequente conseguirmos ouvir uma pessoa que se encontra numa divisão afastada de onde nos encontramos, mesmo que não a estejamos a ver. Num texto indique qual a propriedade das ondas que permite que tal situação aconteça, a que tipos de ondas está associada e qual a condição necessária para que possa ocorrer.

Grup

G

Durante os Campeonat os Mundiais de Atletismo em Daegu, Coreia do Sul, em 2011, decorreu a

-"

prova de lançamento do martelo. O martelo está preso a um arame, e uma alça permite ao atleta agarrar no conjunto, rodá-lo em torno do seu corpo e, a dada altura, largá-lo para que atinja a maior distância possível. A figura seguinte permite a visualização de um lançamento.

Figura 2

O martelo tem 7,261
1.1 Suponha que quando o martelo é largado a sua velocidade de saída é 25 m/s.

(5)

A força centrípeta exercida por um homem de 80 kg no martelo imediatamente antes da largada é:

25'

(A) Fc=BO x 2,0

25

(C) Fc = 7,26 x 2,0'

(8) Fc=BO x -

25

2,0

,

25' (O) Fc= 7,Z6 x 2,O

1.2 Compare a força exercida pelo martelo no homem com a força exercida pelo homem no

(lO)

martelo.

1. g Calcule o trabalho da força resultante sobre o martelo na prova masculina desde o instante

(101

em que o martelo é largado até ao instante em que está imobilizado sobre o chão,

1.4 Quando uma mulher se coloca na posição de lançamento, o martelo está pousado sobre o

(S I

chão, Durante o movimento de rotação que a mulher origina, o martelo atinge uma altura de 1,80 m. O trabalho do peso durante o percurso mencionado é: (A) Wp =-4,Ox g x l,BOj

(8) Wp =4,Ox g x l,BOj

(C) Wp =-7,26 x g x 1.BOJ

(D) Wp =7,26 x g x l,BOj

A invenção de um balão capaz de voar levando pessoas consigo foi um das criações do Homem para desafiar a natureza da força gravltica, A subida e a descida do balão é controlada por uns sacos presos ao balão que podem ser largados, mas essencialmente pelo controlo do

do ar na parte inferior do

balão.

Figura 3 2.1 Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respetivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte, "A subida do balão é feita através do aquecimento do ar no interior do balão, que se torna _(a)_ denso, originando por isso movimentos de _(b)_ que permitem que o balão ganhe altura."

58

(A) mais ... condução

(8) mais .. , convecção

(C) menos ... condução

(D) menos ... convecção

15)

Cotilções

2.2 Durante uma fase de descida do balão:

(5)

(A) a componente vertical da força resultante é necessariamente diferente de zero. (8) se a componente vertical da força resultante se igualar a zero, O balão deixa de descer.

(C) a componente vertical da força resultante pode ser diferente de zero e no sentido de

baixo para cima. (D) se a componente vertical da força passar a ser diferente de zero e no sentido de baixo

para cima, o balão começa a subir imediatamente.

2.3 Numa fase de subida do balão é largado um dos sacos presos ao balão. Indique as forças

(5)

que passam a atuar sobre um desses sacos largados.

Grupo 111

3

A central solar fotovoltaica de Amareleja, tem uma potência máxima instalada de 46.41 megawatts (MW). A capacidade total deste empreendimento permite produzir cerca de 93 mil MWh de energia por ano, o suficiente para abastecer 30 mil residências.

A central solar fotovoltaica de Amareleja teve um investimento de 237,6 milhões de euros com o objetivo de produzir energia

Figura 4

"limpa" para a rede elétrica nacional durante 25 anos. Foi construída num terreno de 250 hectares, perto daquela vila do distrito de Moura, considerada a "terra mais quente de Portugal" devido aos valores de temperatura máxima que se atingem no verão. Possui 2520 seguidores solares azimutais, equipados com 104 painéis solares cada um. Os seguidores solares azimutais são dispositivos mecânicos que orientam os painéis solares perpendicularmente ao sol, durante o dia. Sem custos de emissões, a central, por cada 90 mil MWh de energia produzida, permite evitar 152 mil toneladas de emissões de gases com efeito estufa (CO,) em comparação com uma produção equivalente a partir de combustíveis fósseis.

1.1 Determine a potência média de cada painel fotovoltaico em watts.

(10)

59

Selecione a única opção que permite calcular corretamente a energia média diária fornecida

(5)

!

pela central fotovoltaica da Amareleja, expressa em J. (A) 93x3,5 x lD12 365

(B) 93 x 3,5 x 10' J 355

(C) 93 x 355

(D) 93 x 355 J 3,5 x 10'

3.6 x l0 12

A utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica tem muitas vanta-

(lO)

gens, nomeadamente do ponto de vista ambiental. No entanto, a produção de eletricidade por métodos fotovoltaicos ainda é muito reduzida a nível mundial. Evidencie dois fatores que impeçam a sua utilização em larga escala.

G

O

Uma das teorias científicas mais aceite para explicar a origem do Universo é a teoria do Big-

C5

Bang ou da Grande Explosão, segundo a qual o início do Universo ocorreu há cerca de 15 000 milhões de anos.

_ Indique duas evidências da teoria do Big Bang.

Dado que as distâncias no Universo são muito elevadas, utilizam-se unidades de compri-

(lO)

(lO)

menta apropriadas, nomeadamente o ano-luz, que representa a distância percorrida pela luz no vazio durante um ano. Sabendo que a estrela Sirius se encontra a aproximadamente

8,60 a.1. da Terra, expressa o valor dessa distância em unidades 51.

13 Nos núcleos das estrelas com massa semelhante à do 501 ocorrem reações de fusão nuclear em que o hélio se transforma em berílio, carbono e oxigénio. Relativamente aos elementos berílio, carbono e oxigénio, selecione a única alternativa correta. (A) O que possui maior energia de ionização é o berílio. (B) Situam-se no mesmo grupo da tabela periódica.

(C) Situam-se no mesmo período da t abela periódica. (D) O que possui menor energia de ionização é o carbono.

50

il

(5)

Cotações

Selecione a alternativa incorreta.

{SI

o ião fluoreto, o átomo de néon e o ião oxigênio são isoeletrónicos. Estas três partículas:

.

(A) têm o mesmo número de eletrões.

(B) têm a mesma carga nuclear.

(C) são eletricamente estáveis.

(O) têm diferente número de protões .

Selecione a alternativa que apresenta, por ordem decrescente, a sequência correta dos

(SI

raios do ião fluoreto, do átomo de néon e do ião óxido. (A) R(o'·) > R(Ne) > R(F')

(B) R(Ne) > R(O" ) > R(F')

(C) R(Ne) > R(F') > R(o" )

(O) R(O" ) > R(F) > R(Ne)

A composição atua l da atmosfera da Terra é muito diferente da composição da atmosf era primitiva, sendo que a grande evolução ocorreu fundamentalmente após o aparecimento de vida.

Relativamente à evolução e composição da atmosfera terrestre selecione a única alterna-

(5)

tiva correta. (A) Os gases mais abundantes na atmosfera primitiva eram o vapor de água e o dióxido de carbono. (B) O gás mais abundante da atmosfera primitiva era o azoto, mantendo-se na atmosfera atual como um dos gases maioritários (78%). (C) A atmosfera atual é constituída por dois componentes maioritários: azoto (78%) e dió-

xido de carbono (21%). (O) A atmosfera atual é constituída por dois componentes maioritários: oxigénio (78%) e vapor de água (21%).

: .2 As moléculas de O, existentes nas diversas camadas da atmosfera podem sofrer fotodis-

(5)

sociação e ionização, consoante a energia da radiação que nelas incidente. Relativamente à fotodissociação e à ionização pode afirmar-se que: (A) a fotodissociação só ocorre para valores de energia incidente superiores aos necessários para ocorrer ionização. (B) a ionização ocorre nas camadas inferi ores da atmosfera, como a troposfera, e a fotodissociação ocorre nas camadas superiores da atmosfera, como por exemplo a termosfera. (C) Na ionização há formação de radicais livres.

(O) A ionização corresponde à remoção de eletrões de átomos ou moléculas.

61

2.3 As radiações UV podem ser classificadas em três grupos: UVA, UVB e UVc.

(5)

(A) As radiações UVA, UVB e UVC são todas absorvidas pelo ozono. (B) As radiações UVB são as que apresentam maiores valores de frequência e são maioritariamente filtradas pelo ozono existente na estratosfera. (C) As radiações UVC são as mais energéticas, mas não chegam à superfície da Terra.

(D) As radiações UVA são as mais energéticas e são absorvidas na tropas fera.

GõlJfJO V Na produção de cobre são usados 500 em' de cloreto de cobre e zinco com 10% de impurezas,

'u

de acordo com a equação química seguinte. (uCC,(aq)+Zn (s)-. ZnCl,(aq)+Cu (s)

o rendimento da reação é 85%. 1.1 Calcule a concentração da solução de cloreto de zinco e a massa de zinco necessária para

(15)

se obter 10,0 g de cobre.

1.2 Com base nesta equação de oxidação-redução, selecione a única afirmação correta.

(5)

(A) o Zn oxida-se e os iões Cu'· atuam como oxidantes. (8) O Zn é o redutor e os iões Cu'· e CI· são ambos reduzidos. (C) O Zn reduz-se e os iões Cu" e CI· atuam ambos como oxidantes.

(O) O Zn é oxidante e os iões CI· nem sofrem oxidação nem sofrem redução.

Gmpo VI Numa aula laboratorial pretende-se preparar 100,0 em' de uma solução de cloreto de potássio

20

(1«1) com a concentração de 0,150 mol/dm'.

L1 A solução a preparar deve ser armazenada:

(A) num gobelé. (8) num frasco de vidro. (C) numa pipeta volumétrica.

(D) num balão volumétrico.

62

(5)

_---

--...."... .

-

.

CatLlções

Calcule a massa necessária a utilizar para preparar a solução anterior, tendo à disposição

.- -' 110)

um frasco de cloreto de potássio 85,0 % (mim), Apresente o resultado final com atenção ao número de algarismos significativos.

",: Selecione a alternativa que contém os termos que develll substituir as letras (a) e (b), res-

15)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte, "Na aula laboratorial seguinte os alunos tinham como objetivo preparar 200,0 em' de uma solução de concentração 0,007 50 molldm' a partir da solução aquosa de cloreto de potássio preparada na atividade anterior, Na preparação da solução diluida o fator de diluição considerado foi _(a)_ e utilizou-se _(b)_ em' da solução inicial de cloreto de potássio," (A) 10 .., 20,0

(8) ! . , 20,0 2 (C) 20 ,.. 10,0

(D) 20 .. , 0,500

1,,' Selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), res-

15)

petivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte, "Sobre a solução diluida de cloreto de potássio preparada fez-se incidir um feixe de luz visível. Ofeixe _(a)_ visualizado através da solução uma vez que _(b)_ o ef eito de Tyndall," (A) não foi .., ocorreu (8) não foi ,.. não ocorreu

(C) foi .., ocorreu (D) foi .. , lIão ocorreu

O número total de iões presentes em 100,0 em' de uma solução de cloreto de potássio, de

(SI

concentração 0,150 molldm', é dado por: (AllOO,O xlO-' xO,150 x 6,02 x lO" iõe5 (8ll00,O x 10-' x 0,150 iõe5 6,02 x l0"

(C) 100,O xlO" x O,150 x 2x 6,02 x l0" iõp< (Dl lOO,O x I0-' x 0,150 lões 2x 6,02 x lO"

63

.. '1'

(págs. 11-18)

·rUí)

:.. 1.1 Deswbri u que quando inseria ou removia uma barra ma§nética numa bobina induzia uma corrente elétrica no (ircuito. 1.2 (8). Quando toda a barra magnética entra dentro da bobina, não ocorre variação de flu xo magnético na bobina. Consequentemente, não se induz uma força eletromotriz no circuito, por isso o ponteiro do galvanómetro encontra-se no zero da escala. 1.3 O processo de modulação consiste na alteração das características da onda portadora. que possui elevada frequência, por combinação com a onda que possui a informação a transmitir. A alteração da frequênda e da amplitude da onda portadora, de acordo com as caracterlstlca da onda a transmitir, consiste na modulação em frequência (FM) e em amplitude (AM), respetivamente. As ondas moduladas em amplitude possuem elevados comprimentos de onda, motivo pelo qual contornam obstáculos, não sendo por isso necessários muitos retransmissores. Por outro lado, na modulação em frequêncla os ruídos e as interferências que alteram a amplitude da onda não afetam a Informação transmitida, ou seja, ocorrem menos inlerferên(las.

C. 2.1 T= 24 h e a única força que atua sobre os satélites quando estão em órbita terrestre é a força gravítlca, 2,2 (A). A equação que permite o cálculo do valor da 2rrr o que permi.te verificar ve I0(1'd ade I'rnear e. v=T' que é independente da massa do satélite. logo, se a massa do satélite duplicar, a velocidade linear do mesmo manter-se-á constante. Gnr pl 11 1. 1.1 T

2,898xlO-'

2,898 x 10-' SOO x 10-'

5 80 O' ' xl K

A= 4rrR;., = 4n:(6,96 x 10')' = 6,09 x lO" m'

P=l x5, 67 x10-' x6,09xlO" x (5,80 x 10' )' P=3,9lxlO" W 1.2 (O), Segundo a lei de Stefan·80Itzmann, P = errAT', o que permite concluir que a potência emit ida por um corpo é diretamente proporcional à quarta potência da sua temperatura absoluta, Como a temperatura da estrela Y (14 452 K) é o dobro da temperatura da estrela Sirius (72261<) tem-se que: Py = PSilws Py = 15PSiriUl , ou

64

às opções (C) e (O), Pela lei de Wi en, Àmd,. = co;s, pode concluir-se que o comprimento de onda, onde é máxIma a potência emitida, é inversamente proporcional à temperatura absoluta. Por isso a estrela que apresenta maior compri mento de onda tem menor temperatura superficial. logo, a opção (C) é a correta dado que a estrela Antares apresenta maior comprimento de onda do que a estrela Sirius. 2,1 (A). Consegue-se que haja menor dissipação de energia sob a forma de calor utilizando materiais com baixa condutividade térmica. O ar parado é um mate· rial que apresenta baixa condutividade térmica, logo devem ser usadas janelas de vidro duplo com caixa de ar. 2.2 (O). Os coletores solares têm como funcão utilizar a radiação solar para o aquecimento de fluidos. As op· ções (A), (8) e (C) são aplicáveis aos painéis fotovoltai(Os que têm como prinCipal função o aproveitamento da radiação solar para a produção de energia elétrica, Li ru jlO IfI

'1. 1.1 (8). Pelo Teorema da Energia Cinética, óE, =W" Como a caixa parte do repouso no ponto [e é deixada em repouso no ponto A, a sua variação da energia cinética é nula. logo, o trabalho da força resultante que atua no sistema caixa + pedras é nulo. 1.2 Força compressora ou tipo de superfícies em contacto. 1,3 uErn = + tiE p

W" +W':1l =O+mgtih W", =200xlOx30-100x10' W,.= -4,O x lD'J W,(o=Foxdxcosa

P=eaAT'

eaA(14452)' ecrA(7226)"

1.3 (C). O espetro do visivel é constituido por cores desde o vermelho (menos energético) até ao violeta (mais energético). Como LI primeira estrela emite no vermelho, a sua temperatura tem de ser menor do que a temperatura da segunda estrela, logo fica-se limitado

16, logo P'( =

F ,

-4,O x 10' J 800N 50 x (-1)

1.4 (C). A equação do movimento que nos permite calcular o tempo de queda é: 1 , y=y,+vot+z:ot Considerando que y, = h, y = O m, v, = O m/s, o sentido do ei xo Oy é de baixo para cima, 0= 9 dado que é desprez:óvel o efeito da resistência do ar, tem-se que:

1.1 (C). I-I.,CO,(0
=

HCO, (aQ) + H,ü' (aq)

Pares ác ido-base: I-I,cO,tI-lCO J

1-1,0' 11-1,0 1. 2 (O) . A equaç50 di] titulação relerida é dada pOl:'

H,CO,(aq) + ZKOH(oq)

" ,CO ,(aQ) -;-

No ponto de equivalência,

n,t.LU! -

[H,CO, [x V".oo, = 2 x V,,(KOH) x [I
X

I.

2 :v: n. Cr I

v

'\

IKOH I

Neutrão. Urna rcaçao nuc lear de fissão IIU bombardea mentO de núc leo s por ncutrões. ni:mdo núcleos atómicos de menor rnassa, mai s e!stdve is f:! co m grande IIbenaçdo de enell] la. A ftldiação gr'lmJ L1presenta elevados va lores de fre quéncia e bai xos va lores de comprimento de onda. (B). O fogo de arlifício tem como base a desexci l ação rio s ele1 rões (pr'l ssaeem dos elelrões de um nível energético superior pLlra um nível enf:!Jgético inferior). que coflesponde à emiss ão de rJd iiJç50. Neste cuso especifico, a emissão de riJdiiJç50 ocorre nli zoniJ do visíve l dLldo o vermelllo ser umiJ cor que percec ionada pelo ser humnno .

e

H,_LO ,

1.3 CO,(g) .,. H,O (I)

H,C0 3 (aq)

m" ., 15.2 O 1 50 I 1 , 1 11'-'1:=-" = -787= ' mo . 10. Pel a es tequiornetria da reaçao. n".1

1.1 CH" fonte: decomposição de PIOdUIOS orgânicos. 1.2 (8). A molécula de dióxido de carbo no apresenta linear, uma vez que u ci tomo cemral. C. estabelece duas ligações cova lentes duplas e não possui eletrões não liE:ilntes. 1.3 (A). A distribui ção eletrón ica do estado íundul1'len-

ta l para o atamo de carbono e doda por r,C·ls' 2s' 2p:. O ótomo de carbono possui 4 elelrões de volência, que se encontram nas orbita is 25 e Zp.

Aopção (C) nao esta correta porque o conjun to cle nCI' meros quânticos indicados correspondem tI uma orbi10115. que não e LIm o orbital de valência. A opção (O) nao está correta porque quando o nu mero quânUco principal. n, ê igual a 1. o número quãntico momento angular sô pode ser O. dado Que este número quântico sô assume valores compreen didos entre O e n - 1. A opção (8) não esla correta porque quando o número quântico momento anGular tem valo r 1, o número quântico miJgnético só pode assumir valores compreendidos entre ·1 e + L LOBO. a opção CO rf el a é a (A) dado que 05 eletrões que se encontram na orbital 2s têm: - número quântico principal. n: Z - número Quântico momento iJ.ngulLlr, l: O (dado ser urna orbi ta l s) - número quãntico mognético. m/: O (dado que este número quânrico aSSUlI1E Vi1I01 eS compreendidos entre -( e +/:) . ,. d . 1 1 - numeraS qU.Jntlcos e Spln: +'2 e - '2 1.4 (D). De urna for ma generCll izada verií ica-se Que ao lonBo de um periodo o raio atômico diminui e lun to a energia de iOllização como II eleuollegatividade iJUmentam.

=

111,." = o,," x N,." = 0,075 x 207.2 = 15.5 g 1.2 (C) . fi.. re!uç50 que ocorre: pode ser traduzida pela elluLlç50 química seguin te. Pb (s) .,. 2I\gNO,(aq) -

Pb(NO, ),(aq) + 2Ag (5)

Os nt'lIneros de oxid;)çi:ia das espécies interveniel1le$ são: • No Pb: 11. 0. (Pb) = O Ag: 11.0. (Ag) =0 • • No AgNO,: n.o. (Ag) = +1. n.o. (N) = +5 e n.o. (O) =·2 • No Pb(NO,),: n.o. (Pb) = +2. n.o. (N) = +5 e n.O. (O) =·2 Pode verificar-Se! que: - u núrnero de oxidação do Pb passou de O para +2, o

que signi fica Que perdeu eletrões. Logo. sofreu oxidação. sendo por isso a espécie redutora. · o número de oxidação do Ag ' passou de + 1 para O. o qUe! significa que ganhou eletrões. Logo, so freu redução. sendo por isso a espécie oxidanl e. lem-se como pares de oxidação-redução: Pb e Agl'O,/Ag. Uma vez que a reuç 50 ocorre no sentido indicado, Q ch umbo é um redutor mais forte do que a pra ta, e a prata um oxidanle mllis 'forte do que o chumbo, uma vez que quem cede os eletrões e o c/lUlTlbo e quem as recebe é a prata.

1. 3

m.

200

1'1", 207.2

N =o x N., =0.955 x 6.02 x 10" N::: 5.80

X

10 23 alamoS de ch um bo.

55

-L 4.1 mjrura =1,5 x l03 x O,80=1,2xl03g

:::504,31g Imol

Grupo!

a

1. 1.1 Nas crianças a extensão da reação 2 é superior da reação 1, uma vez que no texto é referido que "nas crianças o crescimento da camada de esmalte (mineralização, reação 2) supera a desmineralização (reação 1)". 1.2 Os compostos que podem contribuir para a desmineralização do esmalte, de acordo com o texto, são o ácido acético e do ácido lácteo (bastava refErir um deles). 1.3 (C). De acordo com o texto, a hidroxiapatite é formada através da reação, na presença do ião OH': 5Ca" (aq) + 3PO:-(aq) + OH" (aq) ..., Cas(PO,),OH (s) (equação 2)

e a fluorapatite é formada a partir da seguinte reação, na presença do ião fluoreto. presente nas pastas dentffricas. 5Ca" (aq)+ (equação 4)

+ F(aqh Ca,(PO,j,F (s)

2. (O) As opções (A) e (C) são corretas. uma vez que o flúor e o oxigênio se encontram no mesmo período, e de uma forma geral ao longo de um períOdO o raio atômico diminui e a energia de ionização aumenta. Uma vez que o oxigênio precede o flúor. no mesmo periodo terá um raio atômico maior e uma energia de ionização menor. A opção (8) é correta porque num estado excitado um eletrão pode ocupar orbitais de maior energia, sem ter preenchido completamente as de menor energia. A opção (O) é a incorreta porque o flúor, como é um elemento que pertence ao 17.' grupo da Tabela periôdica, possui sete eletrões de valência. Logo, tem tendência a captar um eletrão de forma a ter a configuração eletrônica de um gás nobre. 3. (A) Esta opção é a correta porque: - a carga nuclear do ião F é inferior à carga nuclear do ião Mg"; - os iões F e Mg" apresentam a mesma configuração eletrônica [no estado fundamental]. o núcleo do ião F exerce menor atração sobre os eletrões do que o núcleo do ião Mg" ; Logo, o ião Mgz, tem um raio inferior ao da ião F. A opção (8) é incorreta porque através da configuração eletrônica do átomo de magnésio no estado fundamentai, que é 1s' 2s' 2p' 3s', verifica-se que a orbital de valência é a 3s, cujos números quãnticos sãon=3,I=Oem(=0. A opção (C) é incorreta porque o magnésio pertence ao grupo dos metais alcalino-terrosos. A opção (O) ê incorreta porque a configuração eletrônica do ião magnésio à configuração eletrônica do néon, que é um gás nobre.

66

m

1.2x 10' 504,31

2,38mol

Pela estequiometria da reação: n(H1 SO.J

7

="2 x

C;:;>

n

n

V

C

nIH.SOrl

7

== 2' x 2,38 = 8.33 mal

C,II .SO ,=-';:::'v= -

.'

"" v =

= 16, 7 dm'

4.2 (8). As opções (A) e (C) não podem ser concluidas com a informação apresentada, pois não é indicado o volume de ácido utilizado. A opção (O) é incorreta, pois as cuidados de segurança no uso de ácidos mais concentrados são maiores. A opção (8) está correta porque para a mesma quantidade de ácido a reagir, quanto maior a concentração, menor é o volume necessário a utilizar. 4.3 (C). A opção (A) é incorreta porque a base conjudo H,SO., é A opção (B) é incorreta porque o ácido sulfúrico é um ácido muito forte, logo tem uma constante de acidez muito elevada. A opção (O) é incorreta porque o ácido sulfúrico em solução aquosa sô tem comportamento ácido. A espécie HSO.; é que possui comportamento anlotérico. A opção (C) é correta porque o HzSO., pode sofrer duas ionizações sucessivas, ou seja, por cada molécula de H, SO.\ podem formar-se duas espéCies de H,O- . 4.4 (O). 2x n.o. (H)+n.o. (5)+4 x n.o. (0)=0 ",,2x(+1)+n.o. (S)+4x(-Z)=0

"" n.o. (5) = +6 Grupo 11

1. (8). A incerteza associada a um instrumento digitai é dada pelo menor valor lido nesse aparelho. Como a massa determinada é 50,0 g, implica que o menor valor lido na balança é 0,1 g. 2. 2.10eterminaçãocdl@a. 2.2 Com base nos resultados registados na tabela I e o recurso à calculadora gráfica verifica-se que a energia cinética é diretamente proporcional à distãncia percorrida. 3. (A). A energia cinética pode ser calculada por 1 Ec =zmv l , ou seja, a energia cinética é diretamente

proporcional à massa do corpo. Logo, um corpo com o dobro da massa terá o dobro da energia cinética. -L De acordo com o teorema da energia cinética, ôfc =Wfr' tem-se que:

llE, = E" - E,. = 7,65 x 10-'-0 = 7,65 x 10-' J

\

\

.

w"

= F, x dxcosa "" 7.55xlO-' =F, x 0.510 x cos(O')

F "",

7.65x10-' O.510x1

3.2 O fluxo magnético é determinado pela expressão =BAcos a. O valor de IX é 50' (90'- 30'). Logo. lI)rn=BAcosa (Il m

1.50x10-' N

Grupo 111

1.1.1 (C). <=>

O

Ilt

r

T

"" 'I'm = 2.5 x 10-' x 2,0 X 10-' x cos(50')

Q=kx!i x tlT x .ó.t

(

0.8x1.5x5x5x50 1 x 10-'

"" 0=0.8xl.5xl0' x25x50 J 1.2 (D). A diferença entre a temperatura exterior e In-

terior passa de 5 'C para 25 'C. ou seja. o calor transferido aumenta cinco vezes relativamente à situação iniciaI. 1.3 O mecanismo de transferência de energia sob a forma de calor que ocorre é a convecção. O ar que se encontra perto do aparelho está a uma temperatura inferior, sendo por isso mais denso do que o restante e, por esse motivo. desce. À medida que desce, vai cebendo energia das regiões vizinhas, pelo que vai aquecendo. A sua densidade vai assim diminuir de novo. voltando esse ar a subir até ao aparelho. onde volta a ceder energia ao ar que provém do aparelho. Este mecanismo só é eficaz se o aparelho estiver numa zona superior de uma divisão.

"" q'm = 2.5 x 10-5 Wb ·L As ondas sonoras são mecânicas, uma vez que neces· sitam de um meio material para se propagarem (sólido. liquido ou gasoso). Em dias secos o ar atmosférico tem uma constituição essencialmente gasosa, enquanto que em dias húmidos ou de chuva a sua constituição liquida é bastante superior. (amo a velocidade de propagação das ondas sonoras nos líquidos é superior à velocidade de propagação das ondas sonoras nos gases, o som do comboio melhor. Grupo V 1. 1.1 A expressão do quociente da reação é dada por;

Q=

[NH,l' , [N,][H,]

[N,] = 1 0 0 = 10 mol·dm-' 10 40 , [H, ] = 10 =4mol·dm-

Grupo IV 1. 1.1 (B). O ângulo de incidência é o ângulo formado

I f

1

entre o ralo incidente e a normal à superficie do espelho. que neste caso é um ângulo de 55". Pelas leis da Reflexão o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. logo também ser;; 55'. 1.2 (A). O ângulo crítico ou limite é o ãngulo de incidência para o qual o raio refratado faz 90' com a normal à superflcle de separação de dois melas. e que só ocorre quando se passa de um meio onde a dade de propagação é menor para um meio onde a velocidade de propagação é maior. 2. (C). A opção (A) é incorreta uma vez que os pares ação-reação também ocorrem em interaçõE!s à distância. A opção (B) é incorreta uma vez que a ausência de movimento não Implica a inexistência de forças eletromagnéticas. As forças eletromagnéticas podem não superar a força de atrito e, por esse motivo, o gundo iman não se move. A opção (D) é incorreta uma vez que o par ação-reação da força exercida pelo segundo íman no primeiro íman é a força exercida pejo primeiro íman no segundo íman. A opção correta é a (C). uma vez que a densidade das linhas de campo aumenta com a proximidade dos dois imanes. 3.3.1 No espaço compreendido entre as duas barras paralelas do íman o campo magnético é unl- 1-;;] forme. Nesse espaço as linhas de campo são retas paralelas e igualmente espaçadas entre \ \ J I si, cujo sentido é do pala norte para o pala sul.

n

:===:.

[NH,]=

=3 mol·dm-'

3' 0= 10 x 4' =0.014 1.2 (B). Q < Kc. pelo que o sistema vai evoluir no sentido direto, ou seja. na sentido de formar mais produtos da reação. 1.3 A adição de um catalisador não tem influência no rendimento do processo. ou seja. não há maior produção de amoníaco. A adição de um cata lisa dor apropriado ao sistema quimico tem como principal vantagem o facto de aumentar a velocidade de produção de amonfaco, ou seja, produz-se a mesma quantidade de amoníaco em menos tempo. Gru po VI 1. 1.1 A substância que apresenta menor valor de Dl" é o ecstasy. Quanto menor for a dose letal por kg de massa corporal, mais tôxica é a substância. Logo, a substância mais tóxica é o ecstasy. 1.2 (C). Esta opção corresponde definição de Dlso. segundo a qual a Dl" de uma substância corresponde quantidade de substância (em mg) necessária por cada quilograma de massa corporal dos individuas da população testada para que morram 50% desses indivíduos. 1500(mg)xlO' 1500 1.3 (B). ppm 10'(mg)

a

a

57

(págs.27-33) 3.2 (A)

2

a =v = r

r

1.1 Convecção. 1.2 (8). Um material com baixa condutividade térmica tem uma taxa de transferência energética menor; Quanto maior a sua capacidade térmica mássica maior é a energia absorvida pelo material necessário para Que a sua temperatura se eleve. 1.3 (C). Q=mcllT .,.2.=Cl!.T

m

.2.= 4,1BxlO' x (4-0)= 1,67 x 10' j/lcg

m

Quer no verão quer no inverno o nosso corpo irradia energia na zona do Infravermelho de acordo com a sua temperatura, Que é aproximadamente constante. Por Isso, a radiação Que o corpo emite não depende da estação do ano. O nosso corpo também transfere energia sob a forma de calor. Neste caso, a taxa de transferência de energia sob a forma de calor é superior no inverno pois a diferença de temperatura entre o corpo humano e o melo ambiente é superior. Por isso. a maior sensação de frio no inverno está relacionada com a maior transferência de energia sob a forma de calor, e não de radiação, do corpo humano para o meio ambiente.

.'j IU r')O

(2"X4)2 (2"r)2 T z;r 4

r

42 4

111

_. 1.1 (O). Quando um raio de luz passa de um meio mais refringente para um meio menos refringente. o raio refratado afasta-se da normal ao plano, uma vez que no meio mais refringente a velocidade de propagação é menor e no meio menos refringente a velocidade de propagação é maior. 1.2 Quanto maior o índice de refração do meio, menor é a velocidade de propagação da onda nesse meio . 1.3 Vz n1 5

vl =n 2 ='4 .

n1 sincx2 5 -=--1--=-4

I naz

n1slna1

n2

s na}

O ângulo a partir do qual ocorre reflexão total da luz é quando o ângulo incidente é igual ao ângulo crítico (limite): neste caso o ângulo de refração é de 90'. sin90

g

sinO,

4

5

c

O, = sin-' (

53,1·

Ocorre reflexão total para ângUlos incidentes com valores superiores a 53,1 11, Outra sugestão de resolução

1.1 (B). O atleta muda de sentido de movimento duas vezes, pois aos cinco segundos e aos sete segundos o valor da velocidade muda de sinal. 1.2 (O). Correspondem a intervalos em que a velocidade e a aceleração têm sentidos opostos. 1.3 No intervalo entre os 9 s e os la s, porque neste intervalo a velocidade mantém-se constante, pelo que a aceleração é nula. Pela segunda lei de Newton, F. =mã, quando a aceleração é nula a força resultante também é nula. Como a velocidade é constante, a aceleração é nula. Pela segunda lei de Newton, F. = mã, quando a aceleração é nula a força resultante também é nula. WI, =W,+W", =Oj W", =-W,

v2 =? . Isto pode ocorrer Quando a onda passa do v, 4 meio C para o meio B. pois a razão entre as velocida-

des destes dois meios é v,

2,5xl0' 2,O x l0'

v,

5 4'

nl sinal = nzsinaz 1,5slno, = 1,2sin90'"" sinO,

o,

,,;sina,

sin-'

2. (C). Y = 5,0 x la" sin(2rr x lO"!) m

Pela expressão tem-se Que: = 5,0 x 10" m e w (velocidade ou frequência angular) = 2n x lO' radls, A (amplitude)

1

2Ir

T

2"

-'

2" x I0'=1O s,logo

W, = F x d x cosa = 160 x 5x l= BOa j =10' Hz.

W"

2" e T = 2n, tem-se Que: . 3.1 (C). Como w = T

w= 2" =lradç' 2"

68

3. (O). Como o som se propaga no mesmo meio, a sua velocidade manter-se-á constante: como T =

y' se a

frequência passa para metade, o perfodo passa para o dobro.

Gru po I

IMI=IE,-E.,I =1-2, 42x lO' " - (-1,36 X 10'" li=

1.3 Após estabelecido o equilíbrio químico, a consNO tante de equilíbrio é dada pela razão r , 1'1' tendo r NzD-\ o viJlor de 0,0046. A constünte de equilíbrio não depende das concentrações Iniciais dos reagentes, como se pode verificar ao analisar a última coluna da tabela onde estão registados os dados obtidos experimentalmen te. 2.1 (C). átomo central (N) estabelece três ligações cova lentes simples com os átomos de hidrogénio.

=1,06 ,:10-"J

2.2 (A). Vm=!::

1. 1.10 terceiro estado excitado corresponde ao quarto nivel energético e o segundo estado excitado corres· ponde ao terceiro nlvel energético.

E, =-

2.18 x 10·" 3'

2,42 x 10·19 J

E, = -

2,18 x 10'" 4'

1.36x10-19 J

(amo a transição ocorre de um nfvel superior para o nivel 3, tal corresponde uma emissão na zona do in· fravermelho. 1.2 (8). A opção (A) ê incorreta porque corresponde ao conjunto de números quânticos do eletrão do átomo de hidrogênio quando se encontra no estado fundamental de energia. A opção (C) ê Incorreta por· que quando o número quântico principal, n, é igual a 1, o número quãntlco momento angular só pode ser O, dado que este número quântico só assume valores compreendidos entre Oe n-1. A opção (O) ê incorreta porque quando o número quântico momento anBular tem valor O, o número quântico magnético só pode assumir o valor O. A opção (8) é correta porque significa que o eletrão do atamo de hidrogênio se encontra numa das orbitais 2p. 2. Oespetro do átomo de hidrogênio ê descontinuo. uma vez que a energia do eletrão no atamo esta quanti· zada. A energia estar quantizada significa que existem estados fixos de energia para o eletrão no átomo. com certos níveis de energia, e entre esses níveis existem intervalos de energia. No entanto, o eletrão nunca poderá ter valores de energia que se situem nesses Intervalos. Cada risca que aparece no espetro do átomo do hidrogênio corresponde a uma radiação emitida pelo átomo quando o eletrão sofre um pro· CESSO de desexcitação (passagem de um nível energético superior para um nivel energético inferior). Gru po \I

\

1. 1.1 A razão

é tanto maior quanto maior for a

°

V

n

Vm 67,2 (:::)n=-- mal 22.4 2.3 Quando ocorre uma diminuição da temperatura, pelo Principio de Le Chateller o sistema ira evoluir no sentido de contrariar a perturbação efetuada, ou seja, no sentido de libertação de energia. Por esse motivo a diminuição da temperatura favorece as reações exotérmicas, (orno a reação de produção de amoníaco é: exotérmica no sentido direto, ê nesse sentido que o sistema irá evoluir e o rendimento aumen ta.

,.

Grll p IJI 1. 1.1 05 iões que mais contribuem para a dureza de uma agua são os catiões câlcio e magnésio.

1.2 (8). Algumas das manifestações indesejaveis das utilização de aguas duras são a diminuição do poder espumante, a formação de Incrustações nas canaliza· ções de águas e caldeiras, a corrosão de equipamen· tos, etc. A dureza da água pode ser mlnlmlzada pela adição de agentes complexantes que reagem com o catião cálcio e o catião magnésio, formando complexos solúveis. A adição de metais pesados, como o alumínio, aumentaria a dureza da água. 2.1 (A). A troca iónica é usada como processo de mio nimização da dureza da água, enquanto a osmose inversa e a destilação são as técnicas de dessalinização mais usadas. 2.2 (D) . Dcorre vaporização quando se aquece a água do mar e ocorre condensação quando o vapor de água entra em contacto com as paredes do condensador.

concentração Inicial de NO, e quanto menor for a con· centração inicial de N2D".

1'J é independente da concentração ini·

A razão ,

.1

dai de N0 2 e da concentração inicial de N2D.j' 1.2 Ao adicionar N,O., provocar-se·á um desequllibrio. De acordo com o Principio de Le Chatelier, o sistema Irá evoluir no sentido de contrariar a perturbação efetuada, ou seja, no sentido de consumir N,O, (sentido direto).

69

,I I

das radiações ultravioleta, os CFC geram quantidades significativas de radicais livres de Ct ', Os radicais livres de [C, por sua vez, reagem com o ozone, dando origem a outros compostos. Este processo pode ser descrito pelas equações químicas seguintes.

Grupo I 1, 1.1 Azoto (N) 1.2 (D), So:-(aq) + H,O (I) ;::± HSo;(aq) + oW(aq)

CFU, --""-, CFU; +U'

Espécies com caráter básico: e OW Espécies com carater acido: HSo; e H,o 1.3 2NH3 (aq) + CO,(aq) + H,o (I) --> (NH,),CO,(aq) (equação 4)

[f' +03 -..,.

(NH" ),C0 3 (aq) +CaSo.,(aq) --> (NH,),So, (aq) + CaC03 (s) (equação 5) (UH)

=

v.-- (: :) ntlH,

nNH J

crO+0 2

Clo+o' --> C,.' +0, Salienta-se o facto do [f não ser consumido, apenas funciona como catalisador. 2.2 Nome: triclorofluorometano Cf

I

Fórmula de estrutura: F - C- Cf:

I

= CrIH) X V;lH!

([

UH)

",n,,", =1O.oxo.50=S.omol Pela estequiometria da reação 4: 1 1 = Z'n(IIH1J ="2 x 5,0 = 2,Smol C

nCilSO.

= -1/(.:ISO,

nLlSO•

=C050, X 1/Cil50,

{:::)nCil50, =20,OxO,30=6,Omol

Pela estequiometrla da reação S. verifica-se que o reagente limitante é o (NH,hCO,. Logo. tem-se que: n(NtI.),CO j =n(C;;C0 1)

= 2.5mol

M,r.co" = 100.09 glmol m(CJC011

((ilCOjl <:=)

=

x M[cJcoJ ) = 2,5 x 100,09 = 2,5 x 10 2 g

Grupo II I L 1.1 O titulante é a solução de NaoH, dado se conhecer rigorosamente a sua concentração. NaoH (aq) -4 Na'(aq) + oW(aq) Como NaoH é uma base forte

Grupo II

[NaoH]=[oW]=o,loo molldm'

1. 1.1 (D). O dióxido de carbono é a única substância composta referida na tabela I, dado ser constituida por átomos de elementos químicos diferentes. 1.2 (B). A ligação que se estabelece entre os atamos de oxigênio, na molécula considerada, é cova lente dupla, ou seja, ocorre com partilha de dois pares de

A 25 'C, K", = 1,00 X 10-14

eletrões. que corresponde a quatro eletrões Iil5antes.

=!'2= nxM P V Vmxn Vm 22.4 1.4 (A), Oozono estratosférico por vezes é designado por "bom ozono", uma vez que filtra as radiações UVB. Oozono troposiérico por vezes é designado par "mau azone': uma vez que produz efeitos tóxicos nos seres vivos. Z. 2.1 Esta ide ia deixou de ser aceite, uma vez que os CFC são compostos quimicamente estavels na troposfera, No entanto, revelaram-se muito reativos a nível da estratosfera. Na estratosfera/camada de ozone, os CFC sofrem a ação das radiações ultravioleta. Por ação 1.3

70

2.3 (D). A configuração eletrónlca do estado fundamentai do atomo de flúor é ,F: 1s22S2 2ps. As opções (A) e (B) são incorretas porque são orbitais 2s e 2p, respetivamente. que correspondem a orbitais de valência. A opção (C) é incorreta porque quando o número quântico principal, n. é igual a 1, o número quântico momento angular só pode ser O, dado que este número quântico só assume valores compreendidos entre Oe n -1. A opção (O) é correta porque corresponde à orbital 15, que é a única orbital que não é de valência relativamente à configuração eletrónica do estado fundamental do atomo de flúor.

1(., = [H,o' J [oW J '" [H,o' J=

J

H o'J 1,00x10" " [ "', 0.100 '" [H,o' J = 1,00 x lO-l 'molldm' pH=-log[H,o' J=-log(1,oOx10-13 ) = 13 1.2 (C), O sal resultante da titulação é NaCH,COo, constituído pelos iões Na' e CH,COO', Oião Na' é neutro, enquanto que o ião CH,COo' reage com a agua de acordo com a reação seguinte: CH,COo-(aq) + H,o (r') ;::± CH,COoH (aq) + oW(aq) tendo por isso um comportamento de uma base fraca, uma vez que a sua hidrolisação não é completa, 2, (D). Ozinco só poder.i proteger o ferro se o seu poder redutorfor superior ao do ferro. Pelo mesmo motivo os iões ferro são oxidantes mais fortes do que os lões de zinco.

Grupo IV

2

v Gx m m X _Ç) __ f =v 2 ' r r

1. 1.1 (O). Uma voz que o trabalho de força de resistên cia do ar e desprezável. a energia mecânica mantém-se constante, O gráfico A adequar-se ia à energia potencial e o gráfico O adequar-se ia à energia cinética, 1.2 (O). Pela conservação da enorgia mocãnica, tem-se que:

6,67 x 10-11 x S,98 x lO' " 6.4 x lO' + 3,O x 10'

3,3 x 10' m/s

Grupo V 1. 1.1 (C). P

." v' = 9,8 x 12 x 2 '" v = ,,"'2-=,3'"'S'-x""1-:0"" = lS,3m/s 1.3 (C). Depois de at ingir a altura máxima, a água cai sujeita à aceleração gravitica. Logo, a sua velocidade aumenta uniformemente ao longo do tempo, adquirindo por isso movimento retilíneo uniformemente acelerado. 2. 2,1 (O), A opção (A) é incorreta, uma vez que o par ação-reação da força gravítica que atua no livro é a força que o livro exerce sobre o planeta Terra. As opções (8) e (C) são incorretas porque a aceleração gravítica é independente da massa dos objetos. A opção (O) é correta porque a força exercida pelo ch50 na mesa não o par ação-reação da força gravítica que atua no corpo, pois ambas atuam no mesmo corpo (possuem o mesmo ponto de aplicação). 2,2 Usando a equação das velocidades, tem-se que: vy=VOy+ot

e

."4,0=0-lO x t.,,t=

:g

=0,40s

Pela equação das posições, tem-se que: 1 Y=Yo+VOY + D x t 2

Z

1

O=h+O- x lO x 0,40'''' h=O,80m

Z

3. 3.1 (A). De acordo com a expressão F, =

verir fica-se que a força gravítica depende da massa da Terra, da massa do satélite e da distãncia entre o centro da Terra e o centro de massa do satélite. [orno as massas da Terra e do satélite não variam e o ra io da órbita se mantém constante, a intensidade da força gravitaclonal também se mantém constante. A opção (8) é incorreta porque a força exercida pelo satélite na Terra tem como par ação-reação a força exercida pela Terra no satélite, pelo que a intensidade das forças é a mesma. A opção (C) é incorreta pois a aceleração do satélite tem a direção perpendicular à da velocidade orbital, A opção (O) é incorreta pois a aceleração do satélite tem a direção da força gravitacional. / 3.2 A força gravitacional é a responsável pelo movimento circular do satélite em torno da Terra. 3.3 Operíodo dos satélites geostacionarios (24 h) é o dobro do perrodo dos satélites do sistema GPS (12 h).

LIt= f= 2090 x 6,0 s ót

P

20

1.2 Sendo que a energia que não se dissipou corresponde à energia efetivamente utilizada no aquecimento (energia útil).

Q=m x c xlH "" Q=0,200 x 4,18x 10' x 2,0 =1, 7 x lO' J 1.3 Otermámetro de mercúrio é um Instrumento analógico, a incerteza associada às leituras nele efetuadas determina-se pela metade da menor divisão, Assim. tem-se: 02 Incerteza = -t= 0,1 ' C 8=(4,0 ± 0,1) ' C GiUpO VI

1, 1.1 (C) [orno o albedo terrestre ê 30%. sô 70% da radiação solar é que contribui para o aumento da energia interna do planeta. Por isso a fração da constante solar na expressão solicitada é 0,70. Como só o equivalente a um quarta da superfície da Terra é que absorve a radiação solar, em cada momento, na expressão solicitada devera estar escrito um quarto da area total da superfície da Terra, ou seja,

x 4" R" = "R".

1.2 (B). O aibedo nos palas é superior ao albedo nas zonas tropicais uma vez que as superfícies brancas e geladas são boas refletoras de radiação. 2. (C) O principal gás responsável pelo efeito de estufa é o cai'! ' Este deixa transmitir parte significativa da radiação UV e visível emitida pelo Sol. No entanto, absorve a radiação infravermelha emitida pela Terra, contribuindo para o aumenta da sua temperatura global média. 3, Os cobertores tradicionais não são fontes de energia, ou seja, não transferem energia sob a forma de calor para as pessoas, Um bom cobertor tem uma baixa condutividade térmica, ou seja, a ta xa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução. do ser humano para o exterior, é bastante menor se o cobertor estiver muita perta de nós,

71

,."

II

,

I

(pags.41-47)

Vy

= VOy + at

Vv =0- gt

Vv =-lO x 0,49

",v,.=-4,9m/s . 1.1 (A). Para haver produção de neve, é necessário haver diminuição da energia interna do sistema. [orno a troca de calor com o exterior é praticamente nula, lal como é referido no texto, a diminuição de energia interna é feita pela perda de energia sob a forma de trabalho. Logo, é o sistema que efetua trabalho sobre o exterior. 1.2 Deposição (ou sublimação, pela passagem da água diretamente do estado gasoso para o estado sólido). '_. 2.1 Para haver elevação máxima da temperatura, considera-se que todo o trabalho realizado contribuiu para o aumento da energia interna do sistema. E/,,,,"", =Px M = 1,5x10' x 60x2 = 1.8x10' J EJCI1Ie":kl

= EU'iI =1.8 x l0' J

EIiIil =m x cxAT

." V = J8,0'·H-4.9)'

"" v = 9,4 m/s O alcance da água é de 3,9 m e o valor da velocidade com que a agua atinge o sola é de 9.4 m/s. " 2.1 (O). As opções (A) e (8) são incorretas pois, apesar do valor da velocidade e do valor da aceleração se manterem constantes, a direção da velocidade e a direção da aceleração alteram-se a todo o momento. A

opção (C) é incorreta pois a altura da cadeira altera-se a todo o momento. Logo, a todo o momento altera-se a sua energia potencial. A opção (O) é a correta pois, como o valor da velocidade se mantém constante. é constante também a energia cinética da cadeira.

60 2.2 T=-=15s 4 z'rxr

mx[

= ilT=

v=JV 2, +V y2

v=-T

1,8xlO' 5,Ox4,18xl0'

= v= 2;r x 40 =16,8m/s 15

""
v'

2.2 A energia fornecida não é totalmente convertida

a=, r

num aumento de energia interna. uma vez que hâ perda de energia sob a forma de calor para o exterior.

"" a, =

= 7,1 m/s '

3. 3.1 (O). W, =-l>E,

Grllr JI L 1.1 (C). As opções (A) e (8) são incorretas porque, considerando desprezável o efeito de resistência do ar. a força resultante sobre a agua é igual aforça gravltica. A força gravitica mantém-se praticamente constante durante a queda da água. A opção (O) é incorreta porque, considerando desprezavel o efeito de resistência do ar. a velocidade da água aumentará devido à acele· ração gravitica. A opção (C) é correta porque o tempo de queda é independente da velocidade horizontal da água. A componente vertical da velocidade aumenta nearmente com o tempo e de igual forma, seja numa queda livre ou num movimento com componente horizontal. logo, o tempo de queda é o mesmo. 1.2 Pelas equações do movimento tem-se:

1

1

Y = y, +Vo/+ ot' "" 0= h+O-zgt; "" t" = z

lXl,2

=t,= -w""t,=0,49S

12Xh

= 250 x g x (lD-l)=250 x gx 9 J

W,=-250 x g x 9J 3.2 .6.Em =W"tI,=óE, + ilEp 1 ,r =Zxm 'E , 1 ,= E cr- E a =lZ xmxv/-Z"xmxv x (v/" - vsl 1 '" E, = E" -E. =mgh, - mghi =mg(h, -h,)=

=250 x lO x (10-1)=2,25 x l0' J l>E. = E, =-1.80 x10' +2,25 x lO" =

= 0,45 x lQ"' =4.5 x l0' J

Wi N' = 4,5 x 10' J Grur 111

. 1.1 Cálculo do valor mais provavel:

'" x =0 +8,Ox0,49 ""x=3,9m

72

0= 5,18+5,20+5,21+5,19+5,20+5,16 -5,19 V 6

Determinação dos módulos dos desvios de cada valor medido em relação ao valor mais provável:

2.2 (8). A opção (A) é incorreta, pois o raio do catião formado é inferior ao do átomo que lhe deu origem. As opções (C) e (O) são incorretas, pois apesar de

dI =15,18 - 5,191=0,01 V

d, = 15,20-5,191= 0,01 V

ambos os iões terem a mesma configuração eletrônica, o Mg tem maior número de protões a exercer

d, =15,21-5,191= 0,02 V

atração sobre os eletrões, pelo que o raio do ião mag-

d, =15,19-5,191=DV

nésio é inferior ao raio do ião sódio. A opção (B) está

ds =15,20-5,191=0,01 V

correta pois, de uma forma geral, entre elementos do

d, =15,16 - 5,191= 0,03 V d

0,01+0,01+0,02+0+0,01+0,03

6

m

mesmo período o aumento da carga nuclear contribui para a diminuição do raio atómieo, 2.3 (C). Apesar de ter valores muito elevados, o hélio tem dois eletrões, pelo que existe a l.aenergia de io-

0,01 V

O valor solicit ado pode ser apresentado pelo valor

médio com o valor médio dos desvios, ou pelo valor médio com o maior valor dos desvios. u= (5,19±0,01) V ou U=(5,19±0,03)V

nização e a 2.' energia de Ionização para o átomo de hélio. Gru po II !.

1.2

p=D xT T 8,35 ·,·8,37+B,36+8,35+8,36+8,37

B,36A

6

1.1 a ligação existente entre os átomos de oxigénio é covalente dupla (ocorre com partilha de dois pares de eletrões). 1.2 (D). A geometria da molécula de dióxido de carbono é linear porque o átomo central (C) estabelece

duas ligações covalentes e não possui dupletos não

p=D xT=5,19xB,36=43,4W 1.3 Uma das razões justificativas para a diferença

entre o valor experimental e o valor teórico pode ser o facto de o bloco em estudo não ser de cobre 100% puro. Outra razão justificativa para a diierença obtida pode ser o facto de haver perdas de energia sob a

forma de calor para o exterior através das paredes do bloco, Nesse sentido, o bloco não deveria ter sido colocado diretamente sobre a bancada, mas sim revestido por um material isolante como, por exemplo, a cortiça.

ligantes. A geometria da molécula de água é angUlar porque o átomo central (O) estabelece duas ligações covalentes e possui dois dupletos não ligantes que repelem os pares de eletrões ligantes. 1.3 M(CH.,)= 16,01 glmol

M='!!. n

3,00 x 10' 16,01

m

M

187 lO' I , x mo

L\H= -B90,4 x lO' x 1,87 x 10' =-l,66 x 10' J

o sinal negativo significa que são libertados l.66xl0 BJ GnlllO 1\1

para o exterior.

1. 1.10 tH e o iH são isótopos.

nH;O

= 2 x nOl,

1.2 (8)

B

,

1

E=5,2 x lO xlO x 6 ,02 x 10"

602 :< 10Z3

nH,o- N

"

B

5,2x10 x 10' 6,02 x 10"

J

m H, Q

.

nu;o =

• Pela conservação do número de protões, tem-se que:

2+1= x+1<=> x =2 • Pela conservação do número de massa, tem-se que: 3+1=y+0<=>y=4 .. O elemento que tem 2 como número atômico ó o He. 2. 2,1 Na': 1s' 2s' 2p' Mg" : 1s' 2s' 2p'

O elemento com a mesma configuração eletrônica destes iões é o gás nobre Ne (néon).

moi

.

MH" =18,02 glmol

1.3 (O)

I

2

_

1 mal 6,02 x 10-

-;:-;:-0;--:;-;::",,

MHj O x nu"o 18,02 x 2

Ç:;) mll;D

5,02 x l0 B g

1.4 (A). Pela estequiometria da reação química, tem-se que:

C. 2.1 Por exemplo: inflamável, tóxico por inalação, provoca lesões graves na pele, nos olhos e nos pulmões,

consoante o tempo de exposição e/ou a concentração.

73

J

2.2 (A). óH::::

-

:L

E'KJ Itlf'[Idutas]

ClH = E".(N '" N) + 3 x E".(H-H)- 6 x E".(N -H) ClH=956,2+3 x 436,4-6 x393 ClH = -92,6 kJ/mol

Quando 6H , Oa reação é exotérmica, o que significa que a energia libertada na formação de ligações (dos produtos) é superior à energia absorvida na rutura de ligações (dos reagentes), Gru po VI

°

1. 1.1 (8). ferro encontra-se na forma oxidada nos minérios. Para a extração do ferro é necessário proceder à sua redução. O redutor dos iões ferro é o carbono, que durante o processo vai se oxidar. 1.2 (C). Fe,O, 2x n.o (Fe)+3xn.o. (0)=0 2xn.o. (Fe)+3x(-2)=0 n.o. (Fe)=+3 2. 2.1 (D). A opção (A) é incorreta, uma vez que como o 1( •• do AgCl é superior ao 1(,. do AgI. Com a adição de iões prata e iões cloreto, a primeira espécie contendo prata a precipitar será o AgI. As opções (8) e (C) são Inconclusivas, pois consoante a concentração do AgCl adicionada, a concentração de Ag' pode ultrapassar o limite da solubilidade e o Agi precipita, ou o volume adicionado pode contribuir para a diluição das soluções para que estas não precipitem. Como não é indicada a concentração de AgCl adicionado, não é possível concluir quanto à formação de um precipitado. 2.2 k,, =[Ag' ]x[CI-] kps:::::sxs

<=> 5 = .J'rI':".6-x-I-0C:--""'1O <=> 5 = 1,3 X 10-Smolldm'

' 1:1'111 '

48·55)

Grupo I

1. 1.1 Para valores abaixo du frequêncla mínima de remoção. a emissão de eletrões é Independente da duração da iluminação do metal (não ocorre emissão de eletrões abaixo desse valor de frequência). 1.2 (O). A opção O é incorreta uma vez que a energia cinética dos eletrões aumenta linearmente com o aumento da frequência da radiação incidente, mas só para valores superiores ao da frequência mínima de remoção. A opção A é correta porque o valor da frequência minima de remoção de cada um dos metais representados é igual ao valor da frequêncla de radiação incidente para o qual a energia cinética é nula. Desta forma. pode verificar-se que o metal que apresenta menor frequência mínima de remoção é o sódio e o que apresenta maior frequência minima de remoção é o níquel. A opção 8 é correta porque o met.al que apresenta maior frequência mínima de remoção é o níquel. (orno a frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda, será o níquel o elemento que apresenta menor comprimento de onda correspondente à respetiva frequência mínima de remoção. A opção ( é correta uma vez que Emu :: E,em + E{' segundo a informação contida no texto E = hf, tem-se E, =E",,- E.m" E, =hf- hfo" E, =h(f-fo!, em que ié a frequência da radiação e ia é a frequêncla mínima de remoção, característica de cad a metal em causa. De acordo com a expressão E, = hlf - fo!, verifica-se efetivamente que h (constante de Planck) representa o declive das retas representadas. Por observação do srãfico verifica-se que as três retas apresentam a mesma inclinação, logo terão o mesmo valor de clive. 1.3 = h x f .. r ......

Emm:n1JdCremo,Jc =6,626 xl0- H x 8,89xl0 E mlnlmJ dCtemo\Jc

=5,89 X lO-I!] J

= 1,50 x l0- 1!l J =

=

EtlnéllGl

+ E Wm'r;J

=

-

1,SO x l0-11i - S,89x 10- 19 j

1

E Cine"Q

= '2 x m clcuJc x v

,

2X mc lCIIJc

<=>v

74

I'

;

19

Zx9.11x10- =141 x 10' mls 9,l l x 10-11 •

H

1.4 (D). A opção D é correta uma vez Que EraUiaç,'iO

=

+

Logo. EclnállCJ = e se o valor da ener§ia da radiação incidente for i§ual ao valor da energia de remoção a energia cinética do eletrão removIdo será nula, A opção A é incorreta uma vez que aumentando a intensidade da radiação incidente aumenta o número de eletrões emitidos. Quando se aumenta a frequên da da radiação incidente a energia do eletrão removido aumenta. A opção B é incorreta uma vez que o eJetrão é removido quando a ener§ia da radiação incidente é igual

ou superior à energia mínima de remoção, e não só quando a energia da radiação incidente é superior. A opção C é incorreta uma vez que, para valores de frequência sucessivamente maiores, superiores ao da frequência minima de remoção. o eletrão é removido

com valores de velocidades sucessivamente maiores, dado a energia cinética do eletrão removido ser sucessivamente maior. 2. 2,l

1.3 M" ,.\.I = 30.0S glmol

ECIIlÓllcJ'

l7 (r

1s' 2s' 2p' 3s' 3p'

"5"

1s' 2s' 2p' 3s' 3p'

Os iões cloreto e sulfureto são isoeletrónicos, uma vez que possuem o mesmo número de eletrões (lS). 2.2 (D), A opção D é a correta e a (é incorreta porque:

- a carga nuclear do ião cr é superior à carga nuclear do ião sz-; - os iões cr e 5z- apresentam a mesma configuração eletrónica (no estado fundamental). o núcleo do ião

er exerce maior atração sobre os eletrões do que o núcleo do ião 52-; -logo o ião 52- tem um raio superior ao do ião eL As opções A e B são incorretas porque o raio do ião cloreto é superior ao raio do átomo de cloro, assim como o raio do ião sulfureto é superior ao raio do átomo de enxofre, uma vez Que o raio de um anião é sempre superior ao ralo do átomo que lhe deu ori-

_ m"",.,

_ 75.0 _ 2 49

n((.H. )---<:::;on(C,Hd - - - S - '

,•

""" ''''

,"

mo I

30.0

Pela estequiometria da reação: 2C,H, (g) + 7 O, (§)-. 4 CO, (g) +6H,O(g)

7

7

n,o, ,=2 x n","" =2 x 2.49 =8,72mol Vm

v n

m

xn

"" V = 22.4 x S. 72=1.95 x lO' dm' 1.4 (C). Pela estequiometria da reação: 2C,H, (g)+ 7 O, (§)-+ 4 CO, (§) +6H,D(g)

6

n(H;O)

=Z x

n(C;fi;)

=3 x n{C"H,; )

Cada molécula de ógua possui dois pfJres de eletrões ligantes, Como por cada molécula de etano consumida se obtêm três moléculas de água. o número total de pares de eletrões ligames formados é seis. Grupo III

1. 1.1 A equação de ionização do ácido nitroso é: HNO, (aq)

+

H,O (I') : ' NO;(aq) + H,O' (aq)

I:m que NO, é a base conju§ado do HNO, e H,O é a base conjugada do H,O-. 1.2 (S).

°

HF é um ácido mais forte. uma vez que a

sua constante de acidez é a maior de todos os ácidos apresentados na tabela I, Como o CN' é a base conjugada do H(N (ácido mais fraco apresentado) e quanto

mais fraco for um ácido mais forte é a sua base conjugada. CN' é a base conjugada mais forte.

1.3 A equação de ionização do ácido fluorídrico é: HF (aq) + H,O (i.)

F'(aq) + H,O- (aq)

gem. O raio dos aniões é sempre superior ao raio dos átomos que lhes deram origem porque. para a mesma

carga nuclear, os aniões possuem maior repulsão eletrónica. Grupo II 1.1.1

A geometria é tetraédrica em torno de cada

átomo de carbono. As ligações estabelecidas entre os átomos de carbono entre si e com os átomos de hidrogénio são cova lentes simples. 1.2 (8). A opção correta é a B uma vez que todas as

reações de combustão são exotérmicas. Logo, quando realizadas em sistemas fechados libertam energia

para o exterior.

[F').,=[H,D-),,= X [HF) ".= 0,400 - X = DADO molldm'

IC

[F-JCf! x [H3D']

eq

,

[HFl"

6 S 0-1 X X X "" • x l =0400

X'

",,6.Sx10-1 =D.400 "" x=

x 10 " x 0.400 =O.0165moll dm'

pH = -lo§[H 3 0·) = -log(0.0165) = 1.78

75

r

lA De acordo com o gráfico 2 verifica-se que o pH do ponto de equivalência é 8,5. Consultando a tabela 11. tanto a fenolftaleína como o azul de timol são adequados para esta titulação, uma vez que o pH do ponto de equivalência (8,5) está contido na zona de viragem dos dois indicadores. No entanto, o azul de tlmol é o indicador mais adequado porque a sua zona de viragem (8,0-9,6 ) é mais estreita do que a zona de viragem da fenolftaleína (8,0-10,0), sendo por isso um indicador âcido-base mais preciso. Grufl O IV

1. 1,10 sistema GPS é descrito em termos de três componentes: componente do utillzador, componente espocial e a componente de controlo, 1.2 Como os dois ciclistas se movimentam com a mesma velocidade e esta é constante, a distância que os separa pode ser calculada por: Ax v <=> Llx lf x ót M ." Ax = 15 x 40=600m

Se o ciclista que se encontra mais afastado está a 8 km da meta, ou seja 8000 m, a distância do outro ciclista à meta pode ser calculada por: 8000 - 600 = 7400 m 1.3 Os ciclistas usam folhas de papel debaixo do equipamento porque o papel possui uma baixa condu ti vidade térmica, logo funciona como um bom isolador térmico. Desta forma, reduz as perdas de energia sob a forma de calor do corpo do ciclista para o exterior. 1.4 (B). Quando uma bicicleta se desloca numa trajetória retilínea, a velocidade linear é igual para ambas as rodas. Como v:: wr, tem-se que. quando o raio da roda de trás se reduz para metade, a velocidade angular duplica de forma que a velocidade linear se man-

I,

tém constante. 2 . Se a inclinação da espira variar, a area da espira Que vai ser atravessada pelo campo magnético vai Vari
V

1. 1.1 (C). A opção A é incorreta uma vez que a variação da energia potencial nos dois percursos indicados é a mesma porque as alturas iniciais e finais são

AE, =mg(hl-h,) . A opção B é incorreta uma vez que W. =-AE,. Se óE, é a mesma nas duas si tuações o trabalho do peso também. A opção D é incorreta porque AEm AE, + AE, e como o corpo parte do repouso do ponto B e fica em repouso no ponto C tanto a velocidade final como a

76

inicial são nulas. o que implica que a variação da energia cinética é nula, Logo, AEm=AE p =W,. e, por• tanto, e Independente do percurso seguido. A opção C é correta porque, tal como indicado anteriormente. o trabalho da força externa é indepen-

dente do percurso seguido. Para o percurso BC a distância percorrida é maior, logo para o mesmo valor do trabalho realizado pela força exterior, menor terá de ser a intensidade da força externa. 1.2 (6). AEm = IlEp + IlE, Como o corpo parte do repouso no ponto Be fica em repouso no ponto Ctanto a velocidade final como a inicial são nulas, o que implica que a variação da energia cinética é nula. Logo, AEm=AEp co óEm=mg(h,-h,) Como h, =0

AEm=mgh 1.3 (8). Quando o corpo é largado do ponto Ce segue o percurso até B. considerando a ausência de atrito, a força resultante tem como valor da componente tangencial o peso. Como o peso é constante, também é constante a aceleração sentida pelo corpo. Desta forma ficará animado com movimento retilíneo uniformemente acelerado. lA Durante a descida só atuam no corpo forças conservativas (forças internas), nomeadamente o peso e a reação normal. Oeste modo existe conservação da energia mecânica, pelo que a energia mecânica em C é Igual à energia mecânica em B.

1 ::::m x g x h+ x mx v2

z

1 ." E"" =10,O x lOx2,O+'2 x lO x O' ."E""

J

E", = Em, =2,Oxl0' J 1.5 Para que o trabalho do peso fosse nulo o corpo teria de se deslocar numa superflcle horizontal, pois dessa forma o peso e o deslocamento têm direções perpendiculares (o peso teria direção vertical e o deslocamento teria direção horizontal). Como W = Fdcosa, se IX = 90' , então W, = OJ. irUI,O VI

1. 1.1 (A). A temperatura ambiente é a registada antes do arrefecimento da água com os blocos de gelo, e também a temperatura para a qual a água tende depois dos cubos de gelo terem fundido. 1.2 Quanto maior for a temperatura da água maior é a diferença entre a temperatura da água e a temperatura dos blocos de gelo, pelo que a transferência de energia da água para os blocos de gelo é mais rápida.

ProposíUJJS de tresolução lA De amrdo mm o gr.ifico 2 verifica-se que o pH do ponto de equivalência é 8.5. Consultando a tabela 11. tanto a fenolftaleína (orno o azul de timoI são adequados para esta titulação. uma vez que o pH do ponto de equivalência (8.5) está contido na zona de viragem dos dois indicadores. No entanto. o azul de timol é o indicador mais adequado porque a sua zona de viragem (8.0-9.6 ) é mais estreita do que a zona de viragem da fenolftaleína (8.0-10.0). sendo por isso um indicador ácido-base mais preciso. Irupo 1\1

1. 1.10 sistema GPS é descrito em termos de três componentes: componente do utillzador. componente espoeial e a mmponente de controlo. 1.2 (orno os dois ciclistas se movimentam com a mesma velocidade e esta é constante. a distância que os separa pode ser calculada por:

llX V=-e:>óx=vxót

M ... llX=lS x 40=600m

I

Se o ciclista que se encontra mais afastado está a 8 km da meta. ou seja 8000 m. a distância do outro eiclista à meta pode ser calculada por: 8000 - 600 = 7400 m 1.3 Os ciclistas usam folhas de papel debaixo do equipamento porque o papel possui uma baixa condutivldade térmica. logo funciona como um bom isolador térmico. Desta forma, reduz as perdas de energia sob a forma de calor do corpo do ciclista para o exterior. 1.4 (8). Quando uma bicicleta se desloca numa trajetória retilínea, a velocidade linear é igual para ambas as rodas. Como v = "'r. tem-se que, quando o raio da roda de trás se reduz para metade. a velocidade angular duplica de forma que a velocidade linear se mantém constante. 2. Se a inclinação da espira variar, a área da espira que vai ser atravessada pelo campo magnétiCO vai variar, o que vai provocar uma variação do fluxo magnético.

\!

Havendo variação de fluxo magnêtico na espira,

induz-se desta forma uma força eletromotriz. Grup o V 1. 1.1 (C). A opção A é incorreta uma vez que a variação da energia potenCial nos dois percursos indicados é a mesma porque as alturas iniciais e finais são iguais,

llE, =mg(h,-h,) . A opção 8 é incorreta uma vez que W; = -óEp ' Se llEr

é a mesma nos duas situações o trabalho do peso também. A opção Oé incorreta porque llEm = llE, + óE, e mmo o corpo parte do repouso do ponto B e fica em repouso no ponto C. tanto a velocidade final como a

76

inicial são nulas, o que implica que a variação da energia cinética ê nula. Logo, âEIII =llEp=WF.. e, por· tanto. é Independente do percurso seguido. A opção C é correta porque. tal como indicado anteriormente, o trabalho da força externa é indepen· dente do percurso seguido. Para o percurso BC a distância percorrida é maior, logo para o mesmo valor do trabalho realizado pela força exterior. menor terá de ser a intensidade da força externa. 1.2 (8). "Em =llE, + llE, Como o corpo parte do repouso no ponto 8e fica em repouso no ponto C. tanto a velocidade final como a inicial são nulas, o que implica que a variação da energia cinética é nula. Logo, llEm = llE,

... llEm=mg(h,-h,) Como h, =O

llEm=mgh 1.3 (B). Quando o corpo é largado do ponto C e segue a, considerando a ausência de atrito, a força resultante tem como valor da componente tangeneial o peso. Como o peso é constante. também é constante a aceleração sentida pelo corpo. Desta forma ficará animado com movimento retilíneo unifar· memente acelerado. lA Durante a descida só atuam no corpo forças conservativas (forças internas), nomeadamente o peso e a reação normal. Deste modo existe conservação da energia mecânica, pelo Que a energia mecânica em [ é Igual à energia mecânica em B.

o percurso até

EI71.' =EI!tJ

1 1 ... E"" =1O.O x lO x 2.0 + 2'x10 x O'

... E"" =2.0 x 10' J E" = Em, =2.0 x 10' J 1.5 Para que o trabalho do peso fosse nulo o corpo teria de se deslocar numa superffcle horizontal, pois dessa forma o peso e o deslocamento têm direções perpendiculares (o peso teria direção vertical e o deslocamento teria direção horizontal). Como W= Fdcosa. se O{ 90', então W, = OJ. Grupo VI 1. 1.1 (A). A temperatura ambiente é a registada antes do arrefecimento da água com os blocos de gelo, e também a temperatura para a qual a água tende depois dos cubos de gelo terem fundido. 1.2 Quanto maior for a temperatura da água maior é a diferença entre a temperatura da água e a temperatura dos blocos de gelo. pelo que a transferência de energia da água para os blocos de gelo é mais rápida.

Quanto maior for a temperatura da água menor é a di-

(págs.56-63)

ferença entre a temperatura da água e a temperatura

do meio exterior, pelo que a transferência de energia do meio exterior para a água é mais lenta. À medida que a temperatura da água diminui, menor

é a diferença entre a temperatura da água e a temperatura dos blocos de gelo, pelo que aqui as transferências energéticas são sucessivamente mais lentas. A diferença entre a temperatura da água e a tempefatura do meio exterior é maior, pelo Que aqui as transferências energéticas são sucEssivamente mais rápidas. Desta a forma, a temperatura da água decresce a uma taxa temporal cada vez mais baixa. 1.3 (D), A opção D equivale a afirmar que a energia recebida pela água sob a forma de radiação e sob a forma de calor do exterior é ligeiramente superior à energia transferida sob a forma de calor da água para os blocos de gelo. Logo, a temperatura da água aumenta ligeiramente, como se pode verificar no gráfico. A opção A está incorreta porque quanto maior for o diferencial de temperatura entre um sistema e o meio exterior, maior é a velocidade de transferência de energia sob a forma de calor. A opção B está incorreta porque não é o gelo que transfere energia sob a forma de calor para a agua, uma vez que a temperatura da gelo é mais baixa e as tran
iruf10 ! 1. 1.1 Dispersão da luz branca. 1.2 (B) A luz solar é uma luz branca poli cromática, isto é, constituída par radiações de diferentes cores, que constituem o espetro visível da luz branca. Newton verificou que a IU2 solar era uma mistura de várias cores quando num dos lados do prisma Incidiu luz solar (luz branca) e do outro lado saiu um feixe de luz colorida. 1.3 Uma situação da Natureza que acorre com base no fenómeno evidenciado no texto é o arco-íris. 2. A propriedade das ondas que permite que tal situação aconteça é a difração e está associada à capacidade que as ondas possuem em contornar os obstáculos. O fenómeno da difração só ocorre de forma apreciável quando a ordem de grandeza do comprimento de onda da radiação é a mesma das dimensões do obstáculo. Pode ocorrer com qualquer tipo de ondas, mecânicas ou eletromagnéticas, no entanto as ondas sonoras (e as eletromagnéticas de maior comprimento de onda) contornam com facilidade obstáculos de grandes dimensões, pais possuem maiores comprimentos de onda. Desta forma, propagam-se em todas as direções, o que permite que consigamos ouvir uma pessoa que se encontra numa divisão afastada de onde nos encontramos, mesmo que não a estejamos a ver. As ondas eletromagnéticas também podem sofrer difração, mas é mais diffcil porque de uma forma geral, para as observações do dia a dia, a ordem de grandeza das dimensões dos obstáculos é superior à do comprimento de onda da radiação. Gmp li L 1.1 (D). O valor da força centrlpeta é calculado através

da expressão:

Fc = mmouelo x v2r '" F, = 7,26 x 2522 1.2 A força exercida pelo martelo no homem e a força exercida pelo homem no martelo constituem o chamado par ação-reação. Como tal, possuem a mesma intensidade, a mesma direção, sentidos opostos e pontos de aplicação em corpos diferentes. A força exercida pelo martelo no homem tem o ponto de aplicação no homem e a força exercida pelo homem no martelo tem o ponto de aplicação no martelo. 1.3 Pelo teorema da energia cinética tem-se:

t1Ec=E't -Ec, fiE,

1

= Z'x mx{v; - v;)

77

Grupo IV

"",:,.E , 2

1. 1.1 Oeteção de radiação cósmica de fundo, expansão do Universo, abundância dos elementos mais leves (hldrogénio e hélio). 1,2 O ano-luz corresponde adistância percorrida pela luz durante um ano, logo 8,26 a.1. corresponde " distância percorrida pela luz durante 8,26 anos. 1 an9 =365 dias x 24 horas X 60 min X 60 s = = 31 536 000 = 3,15 X lO' 5

"" ':"E, =2,27 x 10' J

I

I

Wn. =M, =2,27x10' J 1.4 (A). W, = -Mp IiEP =EPJ -Ep,

"" IiE, =mxgx(h, -hi )

""dE, =4,O x gx(1,80-0) ""t,Ep =4,O xgx1,80J

W,=-dE, =-4,O x g x 1,80J 2. 2.1 (O). A opção O é a correta, uma vez Que o ar aquece torna·se menos denso, tendo por ISSO um movimento ascendente enquanto o ar frio tem um movimento descendente. A estes movimentos cíclicos damos o nome de movimentos de convecção. 2.2 As opções A e 8 são erradas porque a força resultante pode ser nula durante uma fase de descida. al

I'

:r

não implica Que o corpo deixe de apenas pllca Que mantenha a componente vertical da veloCi-

dade constante. A opção ( é a correta e a opção O esta errada porque, mesmo que a componente vertical da força resultante seja de baixo para cima, o balão não sobe imediatamente. OQue acontece é Que a componente vertical da velocidade diminui no seu valor, uma vez Que a veloCidade e a força resultante na componente vertIcal têm

sentidos opostos, 2.3 Força gravítica e força de resistência do ar. Grupo 111 1. 1.1 Número total de painéis fotovoltaicos = = 2520 x 104 = 262080 Prn.\ ..m3 = Pt."ldJ número de painéis 46.41 MW 1,77 x lO-"W 262080 Como 1 MW = 1 X lO' W, tem-se:

p

cadl

'

1.2 (A).

. = 93 x 10' MWh = 93 x 10' x lO' Wh = EmeliJa anual

=93x10'Wh E .. = 93 X lO' x 3600 = 93 x 3,6 X 10" J medlJ anual

E

. = 93

IllJrjJ

X 3,6

x 1012365 J

1.3 Alguns fatores Que impedem a produção de tricidade por métodos fotovoltaicos a I.arga escala sao, por exemplo, a ocupação de areas de terreno para produzir Quantidades de energia, o baixo rendimento na conversa0 da energia solar para energia elétrica e o elevado custo do equipamento e tecnologias utilizadas, entre outras.

8,26 anos = 8,26 x 3.15 x lO' = 2,60 x 10' s d c=l1t d= ex ôt '" d = 3,00 x 10' x 2.60 X 10' "" d = 7,8 X 1016 m 1.3 (C). ,8e -ls' 2s', situa-se no segundo periodo e no segundo grupo da tabela periódica. sC -ls' 2s' 2p' , situa-se no segundo periodo e no décimo quarto grupo da tabela periódica. ,O -1s' 2s' 2p' , situa-se no segundo período e no décimo sexto grupo da tabela periódica. A opção C esta correta e a opção 8 esta incorreta, uma vez Que o berflio. o carbono e o oxigênio situam-se no mesmo per iodo (segundo) e em diferentes grupos da tabela periódica. As opções A e O estão incorretas porque num mesmo período. em Que o número de camadas é a mesmo, prevalece o efeito do aumento da carga nudear, ou seja, maior número de protões, pelo Que a energia ne· cessária para remover os eletrões ê tanto maior quanto maior for a sua atração pelo núcleo. Desta forma, o Que possui maior carga nuclear é o OXigêniO, logo é o que possui maior valor de energia de ionização. Pelo contrário. o berílio é o Que possui menor carga nuclear, pelo Que é o elemento que possui menor energia de ionização. 1.4 (8). A opção A esta correta porque, como indica o enunciado, estas três partículas são isoeletrónicas. o Que implica que possuam o mesmo número de eletrões. Através das suas configurações eletrônicas no estado fundamental tal pode ser comprovado: 002- _ lSlZS2Zp6;9F- - ls22szZp6; Ne_lsZ2st 2p6 A opção C esta correta porque as três especies apresentadas possuem oito eletrões de valência. A opção Oestá correta e a opção 8 esta errada porque têm diferentes números atómicos. 1.5 (O). A opção O é a correta porque: - a carga nudear do Ne é superior à carga nuclear do ião F-, que por sua vez e superior à carga nuclear do ião 0 2-. - os iões F- e 0 2• e o átomo de néon apresentam a mesma configuração eletrónica (no estado fundamental), o núcleo do átomo de néon exerce maior atração

78

\

I

sobre os eJetrões do que o núcleo do ião F-e o núcleo do ião F' exerce maior atração sobre os eJetrões do que o núcleo do ião O' ·. logo o ião oz- tem um raio superior ao do ião F- e o ião F- tem um raio superior ao do átomo de néon. Logo, a sequêncla correta, por ordem decrescente do raio do ião fluoreto, do átomo de néon e do ião óxido é R(O'·) ) R(F·) ) R(Ne). 2.1 (1\). A opção B é incorreta porquc 05 l5a5cs mais abundantes da atmosiera primitiva eram o dióxido de carbono e o vapor de água. As opções C e O são incorretas porque a atmosfera atual é constltulda por dois componentes maioritários: azoto (78%) e oxigénio (21 %). 2.2 (O). A opção A é incorreta porque a fotodisso cia· ção ocorre para valores de energia incidente inferiores aos necessários para ocorrer ionização. A opção B é incorreta porque a fotodissociação ocorre nas camadas inferiores da atmosfera, como a troposfera, e a ionização nas camadas superiores da atmosfera, como por exemplo a termosfera. A opção C é incorreta porque na ionização há forma· ção de lões e na fotodissociação é que ocorre formação de radicais livres. A opção Oé correta porque efetivamente a ionização corresponde à absorção da radiação com energia suficiente para ocorrer remoção de eletrões de átomos ou moléculas e a fotodlssoclação corresponde à absorção de radiação solar menos energética, capaz de provocar a quebra de ligações dentro de uma molé· cuia. 2.3 (C). A opção A é incorreta porque só as radiações UV8 é que são absoruidas na estralosiera pelO ozono. A opção 8 é incorreta porque as radiações UVC são as que apresentam maiores valores de frequência pois são as mais energéticas. A opção Oé incorreta porque o

':'5

radiações UVA são riS mp.nns p.np.rePtir.:.c; p mpnnc;

perigosas. A opção Cé correta porque efetivamente as radiações UVC são as mais energéticas ·e mais perigosas. mas não chegam à superficie da Terra porque são absor· vidas na at1l1osrera . Grupo V 1. 1.1 M ",, ; 63,55 g/mol

Pela estequiometria da reação tem-se que: = O,185mol

n," =0,185mol (

= n"", = 0,185mol 0,500 dm' CU(' 1

,.,c" V.

0,370molidm'

mpUfa2n = nZn x MZrl m r.ur3Zn

= 0,185 x 65,39"" 12,1

GP(%)=

m"", x 100% = 90% ml DIJI

=

12,l x 100 90 13,4 g

m,"; 13,4 g 1.2 (A). A opção A está correta porque o Zn tem uma variação de número de oxidação de O para +2, pelo que é oxidado. Os iões Cui!' têm uma variação de número de oxidação de +2 para O, pelo que são reduzi· dos. Para serem reduzidos têm um comportamento oxidante. A opção 8 está incorreta parque. embora a Zn seja redutor, apenas os iões Cu'- são reduzidos. Os lões CI· nem são oxidados nem reduzidos, uma vez Que o seu número de oxidação não varia. A opção ( esta incorreta porque, embora os iões Cu" atuem como oxidantes, nem os iões CI- atuam como oxidantes nem o Zn é reduzido. A opção O está incorreta porque, embora os iões CI· não sejam oxidados nem reduzidos, o Zn não se com· porta como oxidante. Grupo 11 1 1. 1.1 (8). O gobelé é utilizado na preparação de solu· ções e no aquecimento de IIquldos. O frasco de vidro é utilizado para armazenar reagentes ou soluções pre· paradas. A pipeta volumétrica é utilizada para medir rigorosamente volumes de líquidos. O balão volumé· trico é utilizado para preparar soluções de composição quantitativa conhecida ou para a diluição de soluções a volumes previamente determinados. n = Cr:o x v.:CJ 1.2 (1:0= v'n

"

M {Zn) = 65,39 g/mol

"" n.:a =100.0 x 10 'x 0.150= 0,0150 moi

n = me" = 10,0 = O157 moi " N" 63,55 '

M""" = 74,55g/mol _ffir:o

1],, =

..

n nbM:l nprl'ViSl0

x l00%=8S%

MJ:O-

0.157 x 100% -o 185mol

"" m.:a =74,55 x O,0150=1,118 g

85%

.

<:;:) mW =M':Clx nW

79

m

1.4 (B). Os colo ides provocam a difusão da luz quando são atravessados por um feixe. fenómeno designado por efeito de Tyndall. Assim. é posslvel observar o percurso da luz através de um coloide. ao contrario do que acontece numa solução. (orno neste caso se trata de uma solução de cloreto de potâssio, o feixe não foi visuallzado através da solução. uma vez que não ocor· reu o efeito de Tyndall. 1.5 (C). I(CI é constituldo pelos iôes 1(' e CI-.

% (mim) - -"- x 100

m" msr == Of (m'l' ) x 100 10

mm

1,118 ",m" = - - x lOO=1.32 g 85.0 1.3 (C). Fatordediluição=f= [ WliÇã:J (crw:enll"adJ

n

di

f

V"

0.150 =20 0.0075

c 'lntt.'tãiHan:cll1f.llb

CscllllãD dlllriaJ

",n,a=0.150 x lDO.O x 10" mal

= (:::;)

n,o=n,_ = na- =0.150 x lOO.O x lO" mal X

V

..

C

C

=

)(

X

soTtlt50

0,00750 x 200.0 10.0cm' 0.150

=nt;. +ncr =D.lS0 x l00,O x l0-1 x 2 moi Como N=n x N,

N"",,,,.., =0.150 x 100,O x lO"

x 2 x 6.02x10" iôes

80

\

Exames

EXAME FINAL NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO

Prova Escrita de Física e Química A 11.º Ano de Escolaridade Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho

Prova 715/1.ª Fase

16 Páginas

Duração da Prova: 120 minutos. Tolerância: 30 minutos.

2014

VERSÃO 1 Indique de forma legível a versão da prova. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta. É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora gráfica. Não é permitido o uso de corretor. Deve riscar aquilo que pretende que não seja classificado. Para cada resposta, identifique o grupo e o item. Apresente as suas respostas de forma legível. Apresente apenas uma resposta para cada item. A prova inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.

Prova 715.V1/1.ª F. • Página 1/ 16

TABELA DE CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo

c = 3,00 × 108 m s-1

Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra

g = 10 m s-2

Constante de Gravitação Universal

G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2

Constante de Avogadro

NA = 6,02 × 1023 mol-1

Constante de Stefan-Boltzmann

v = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4

Produto iónico da água (a 25 °C)

Kw = 1,00 × 10-14

Volume molar de um gás (PTN)

Vm = 22,4 dm3 mol-1

FORMULÁRIO • Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = i + 273,15 T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) i – temperatura em grau Celsius

m

• Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... t = — V m – massa V – volume • Efeito fotoelétrico ............................................................................................................. Erad = Erem + Ec Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal Erem – energia de remoção de um eletrão do metal Ec – energia cinética do eletrão removido

n

• Concentração de solução ................................................................................................ c = — V n – quantidade de soluto V – volume de solução • Relação entre pH e concentração de H3O+ ........................................... pH = -log {[H3O+] / mol dm-3} • 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... DU = W + Q + R DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi ) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação • Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo v – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo • Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura ............................................................................................ m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT – variação da temperatura do corpo • Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução ....................................................................................... Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo D t k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l – comprimento da barra DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra


P = e v AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®

• Trabalho realizado por uma força constante, F , que atua sobre um corpo em movimento retilíneo .................................................................... d – módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força a – ângulo definido pela força e pelo deslocamento • Energia cinética de translação ....................................................................................... m – massa v – módulo da velocidade

W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2

• Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência .......................... m – massa g – módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra h – altura em relação ao nível de referência considerado

Ep = m g h

• Teorema da energia cinética ........................................................................................... W – soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam num corpo, num determinado intervalo de tempo DEc – variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo

W = DEc

• Lei da Gravitação Universal ............................................................................................ Fg – módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m1 (m2) na massa pontual m2 (m1) G – constante de Gravitação Universal r – distância entre as duas massas • 2.ª Lei de Newton ............................................................................................................... ® F – resultante das forças que atuam num corpo de massa m ® a – aceleração do centro de massa do corpo

m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

1

• Equações do movimento retilíneo com aceleração constante ................................ x = x0 + v0 t + — at 2 2 x – valor (componente escalar) da posição v = v0 + at v – valor (componente escalar) da velocidade a – valor (componente escalar) da aceleração t – tempo • Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante .................................................................................................... ac – módulo da aceleração centrípeta

v – módulo da velocidade linear r – raio da trajetória T – período do movimento ~ – módulo da velocidade angular • Comprimento de onda ................................................................................................. v – módulo da velocidade de propagação da onda f – frequência do movimento ondulatório • Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal ................................... A – amplitude do sinal ~ – frequência angular t – tempo • Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, ® em que existe um campo magnético uniforme, B ............................................... a – ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície • Força eletromotriz induzida numa espira metálica .............................................. DUm – variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo Dt • Lei de Snell-Descartes para a refração .................................................................... n1, n2 – índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente a1, a2 – ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respetivamente

v2 ac = — r 2rr v = —— T 2r ~ = —— T v m=— f

y = A sin(~t)

Um = B A cosa

|DUm| |fi| = —–—– Dt

n1 sin a1 = n 2 sin a2



88

Ra

[226]

87

[223]

137,33

132,91

Fr

56

Ba

55

Cs

87,62

85,47

39

38

Sr

37

Rb

44,96

40,08

39,10

21

73

232,04

[227]

91

90

Th

89

Ac

140,91

140,12

138,91

59

231,04

Pa

Pr

58

Ce

57

[262]

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

[261]

Rf

104

178,49

Ta

72

Hf

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

La

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

Sc

20

Ca

3

K

24,31

22,99

19

12

Mg

11

9,01

6,94

Na

4

Be

3

2

Li

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

78

Pt

Ir

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

50

Sn

49

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

[262]

Lr

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Escreva, na folha de respostas, o número do item e a letra que identifica a opção escolhida. Nas respostas aos itens em que é pedida a apresentação de todas as etapas de resolução, explicite todos os cálculos efetuados e apresente todas as justificações ou conclusões solicitadas. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado dos itens, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens.

GRUPO I Em 1831, Michael Faraday (1791-1867), um dos mais extraordinários homens do século XIX, descobriu a indução eletromagnética. Este fenómeno, na sua impressionante simplicidade, pode ser observado com uma montagem semelhante à representada na Figura 1: liga-se um galvanómetro G (aparelho que indica a passagem G de corrente elétrica) a uma bobina B (fio condutor enrolado em espiral) e introduz-se, ao longo dessa bobina, uma barra magnetizada M. Imediatamente a agulha do galvanómetro se desloca, provando, assim, que o fio é percorrido por uma corrente elétrica, embora na montagem não exista M nem pilha, nem gerador de qualquer espécie. O simples movimento da barra magnetizada dá origem à corrente elétrica. B Só existe corrente elétrica no fio enquanto a barra se move. Se a barra parar, a agulha do galvanómetro regressa imediatamente Figura 1 a zero. Rómulo de Carvalho, História do Telefone, 2.ª ed., Coimbra, Atlântida, 1962, pp. 67-69 (adaptado)

1. A partir da experiência descrita no texto, conclui-se que (A) um campo elétrico origina sempre um campo magnético. (B) um campo magnético origina sempre uma corrente elétrica. (C) uma corrente elétrica pode originar um campo magnético. (D) uma barra magnetizada em movimento pode originar uma corrente elétrica.


2. Na experiência descrita no texto, enquanto a barra magnetizada M estiver parada em relação à bobina B, a agulha do galvanómetro G estará no zero, porque, nesse intervalo de tempo, (A) a força eletromotriz induzida nos terminais da bobina é elevada. (B) o campo magnético criado pela barra magnetizada é uniforme. (C) o fluxo magnético através da bobina é pequeno. (D) a variação do fluxo magnético através da bobina é nula.

3. Numa experiência semelhante à descrita no texto, o módulo da força eletromotriz induzida nos terminais da bobina será tanto maior quanto (A) menor for o número de espiras da bobina e menor for a área de cada espira. (B) menor for a área de cada espira da bobina e mais rápido for o movimento da barra magnetizada. (C) maior for o número de espiras da bobina e mais rápido for o movimento da barra magnetizada. (D) maior for o número de espiras da bobina e menor for a área de cada espira.

4. Qual é o nome da unidade do Sistema Internacional em que se exprime a força eletromotriz?

GRUPO II O alumínio é um metal que tem diversas aplicações tecnológicas. Na tabela seguinte, estão registados os valores de algumas propriedades físicas do alumínio.

Ponto de fusão / °C

660

Capacidade térmica mássica (a 25 °C) / J kg-1 °C -1

897

Variação de entalpia (ou calor) de fusão / J kg-1

4,0 × 105

Considere que uma barra de alumínio, de massa 700 g e, inicialmente, a 25,0 °C, é aquecida.

1. Que energia é necessário fornecer à barra, para que a sua temperatura aumente de 25,0 °C para 27,0 °C? (A) (2,0 × 897) J

(B) (1,4 × 897) J


(C) e 897 o J

2,0

(D) c 897 m J

1,4

2. Considere que a área e a emissividade da superfície da barra se mantêm constantes, durante o aquecimento. Quantas vezes é que a potência da radiação emitida pela superfície da barra à temperatura de 200 °C (473 K) é superior à potência da radiação emitida pela superfície da barra à temperatura de 25 °C (298 K)? (A) Cerca de 1,6 vezes. (B) Cerca de 6,3 vezes. (C) Cerca de 8,0 vezes. (D) Cerca de 4,1 × 103 vezes.

3. Admita que é transferida energia para a barra de alumínio considerada a uma taxa temporal constante de 1,1 kW. Determine o tempo que a barra demora a fundir completamente, a partir do instante em que atinge a temperatura de 660 °C, admitindo que a totalidade da energia transferida contribui para o aumento da energia interna da barra. Apresente todas as etapas de resolução.

GRUPO III

Com o objetivo de investigar a dissipação de energia em colisões de bolas com o solo, um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial, na qual deixou cair bolas de diferentes elasticidades. Os alunos consideraram o solo como nível de referência da energia potencial gravítica.

1. A tabela seguinte apresenta a altura máxima atingida por uma dessas bolas, após o primeiro ressalto no solo, em três ensaios consecutivos, nos quais a bola foi abandonada sempre de uma mesma altura.

Ensaio

Altura máxima atingida após o primeiro ressalto / m

1.º

0,52

2.º

0,52

3.º

0,54

Apresente o resultado da medição da altura máxima atingida pela bola, após o primeiro ressalto, em função do valor mais provável e da incerteza relativa (em percentagem). Apresente todas as etapas de resolução.


2. O coeficiente de restituição, e, na colisão de uma bola com o solo pode ser calculado pela raiz quadrada do quociente da altura máxima atingida pela bola após um ressalto, hapós , e da altura da qual a bola caiu, hqueda :

e=

hapós hqueda

2.1. Na tabela seguinte, estão registadas as alturas máximas atingidas, em sucessivos ressaltos, por uma bola que foi inicialmente abandonada a 1,20 m do solo.

Ressalto

Altura máxima atingida após o ressalto, hapós / m

1.º

0,82

2.º

0,56

3.º

0,38

4.º

0,27

Para determinar o coeficiente de restituição, e, na colisão da bola com o solo, comece por apresentar uma tabela, na qual registe, para cada um dos ressaltos, a altura de queda, hqueda , e a altura máxima atingida pela bola após o ressalto, hapós . Calcule o coeficiente de restituição, e, na colisão da bola com o solo, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores registados nessa tabela. Apresente todas as etapas de resolução.

2.2. Os alunos determinaram um coeficiente de restituição de 0,76 na colisão de uma bola X com o solo e um coeficiente de restituição de 0,65 na colisão de uma bola Y com o solo. Estes resultados permitem concluir que, em cada ressalto, (A) cerca de 76% da energia mecânica do sistema bola X + Terra é dissipada na colisão com o solo. (B) a energia mecânica inicial é menor no caso do sistema bola Y + Terra. (C) cerca de 35% da energia mecânica do sistema bola Y + Terra é dissipada na colisão com o solo. (D) a percentagem da energia mecânica dissipada na colisão com o solo é menor no caso do sistema bola X + Terra.


GRUPO IV O

1. A Figura 2 (que não está à escala) representa uma criança a descer um escorrega cuja secção inclinada tem um comprimento de 4,0 m.

x

Considere que a criança desce o escorrega partindo do repouso, e que a sua aceleração se mantém constante durante a descida.

4,0

m

Admita que a criança pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). Figura 2

1.1. Considere duas situações distintas: – Situação I: a resultante das forças dissipativas que atuam na criança é desprezável; – Situação II: a resultante das forças dissipativas que atuam na criança não é desprezável. →

Nos esquemas seguintes, o vetor a I representa a aceleração da criança na situação I. Em qual dos esquemas o vetor

→

a II pode representar a aceleração da criança na situação II ?

(A)

(B)

a→II →

→

aI

→

a II

I

aI

II

I

(C)

II

(D) →

a II

→

a II

→

aI

I

→

aI

II

I

II

1.2. Considere que a criança, de massa 30 kg, demora 2,1 s a percorrer a secção inclinada do escorrega. Calcule a intensidade da resultante das forças que atuam na criança, na situação considerada. Apresente todas as etapas de resolução.


2. Na Figura 3, está representado um carrossel. Quando o carrossel está em movimento, cada um dos cavalinhos move-se com movimento circular uniforme.

B A

Figura 3

2.1. Se um cavalinho efetuar quatro rotações por minuto, o módulo da sua velocidade angular será (A)

2 r rad s -1 15

(B) 8 r rad s -1

(C) 1 r rad s -1

2

(D) 30 r rad s -1

2.2. Quando o carrossel está em movimento, os cavalinhos A e B descrevem circunferências de raios diferentes. Conclua, justificando, qual dos cavalinhos, A ou B, tem maior aceleração.

GRUPO V

1. Considere a configuração eletrónica do átomo de nitrogénio no estado fundamental.

1.1. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões desse átomo? (A) Sete.

(B) Cinco.

(C) Três.

(D) Dois.

1.2. Quantos eletrões se encontram em orbitais caracterizadas pelo número quântico secundário l = 0 , nesse átomo? (A) Dois.

(B) Três.


(C) Quatro.

(D) Cinco.

2. A tabela seguinte apresenta os valores de energia dos níveis n = 1, n = 2, n = 3 e n = 4 do átomo de hidrogénio.

n

En / J

1

-2,18 × 10-18

2

-5,45 × 10-19

3

-2,42 × 10-19

4

-1,40 × 10-19

2.1. Qual é a energia mínima necessária para remover o eletrão de um átomo de hidrogénio no estado fundamental?

2.2. Considere um átomo de hidrogénio no estado fundamental, no qual incide radiação de energia 1,80 × 10-18 J. Conclua, justificando, se ocorre, ou não, transição do eletrão.

2.3. As transições eletrónicas no átomo de hidrogénio originam riscas diferenciadas nos espectros atómicos deste elemento. O espectro de emissão do átomo de hidrogénio na região do visível apresenta, entre outras riscas, uma risca a uma energia de 4,84 × 10-19 J. Considerando a transição que origina essa risca, a energia do nível em que o eletrão se encontrava inicialmente pode ser calculada pela expressão (A) (-5,45 × 10 -19 + 4,84 × 10-19 ) J (B) (-5,45 × 10 -19 - 4,84 × 10-19 ) J (C) (-2,18 × 10 -18 + 4,84 × 10-19 ) J (D) (-2,18 × 10 -18 - 4,84 × 10-19 ) J


GRUPO VI

A reação de síntese do amoníaco pode ser traduzida por

N2(g) + 3 H2(g) ? 2 NH3(g)

DH = - 92 kJ mol -1

Considere que se introduziu, num reator com a capacidade de 1,00 L, uma mistura de nitrogénio, hidrogénio e amoníaco, em fase gasosa, em diferentes concentrações. O gráfico da Figura 4 representa a evolução, ao longo do tempo, t, das concentrações, c, dessas substâncias, à temperatura T .

c / mol dm−3 0,500

0,400

H2

0,367

0,200

N2

0,156 0,139

NH3

0,050

0

t

t1

Figura 4


1. Qual foi a variação da concentração de H2(g) no intervalo de tempo [ 0, t1 ] ?

2. A fração molar de NH3 , na mistura gasosa inicialmente introduzida no reator, é (A) 7,1 × 10 -2 (B) 6,7 × 10 -2 (C) 3,6 × 10 -1 (D) 2,1 × 10 -1

3. Calcule o rendimento da reação de síntese do NH3(g), nas condições consideradas. Apresente todas as etapas de resolução.

4. Na reação de síntese do NH3(g) considerada (A) libertam-se 92 kJ por cada mole de NH3(g) que se forma. (B) libertam-se 92 kJ por cada duas moles de NH3(g) que se formam. (C) são absorvidos 92 kJ por cada mole de NH3(g) que se forma. (D) são absorvidos 92 kJ por cada duas moles de NH3(g) que se formam.

5. Preveja, justificando, como variará a composição da mistura reacional se ocorrer um aumento da temperatura do sistema em equilíbrio.


6. A representação da molécula de NH3 através da notação de Lewis evidencia (A) a geometria da molécula. (B) apenas os eletrões de valência partilhados da molécula. (C) a orientação espacial da molécula. (D) todos os eletrões de valência da molécula.

7. Qual das opções seguintes pode representar um modelo tridimensional da molécula de NH3 que evidencie as ligações que se estabelecem entre os átomos?

(A)

(B)

(C)

(D)


GRUPO VII

A ionização do amoníaco em água pode ser traduzida por

NH3(aq) + H2O(l ) ? OH -(aq ) + NH 4+ (aq)

1. Considere uma solução aquosa de amoníaco, de concentração 0,10 mol dm-3, cujo pH, a 25 ºC, é 11,1.

1.1. Verifique que a ordem de grandeza da constante de basicidade do NH3(aq), à mesma temperatura, é 10-5. Apresente todas as etapas de resolução.

1.2. Retiraram-se 50,0 cm3 da solução aquosa de amoníaco referida e transferiu-se esse volume de solução para um balão volumétrico de 250,0 mL, adicionando-se, em seguida, água destilada até ao traço de referência do balão. A concentração da solução de amoníaco obtida será (A) 2,0 × 10 -2 mol dm-3 (B) 2,5 × 10 -2 mol dm-3 (C) 4,0 × 10 -2 mol dm-3 (D) 5,0 × 10 -2 mol dm-3

2. Escreva a equação que traduz a reação da espécie NH 4+ com a água.

FIM


COTAÇÕES

GRUPO I

GRUPO V

1. ...................................................

5 pontos

1.

2. ...................................................

5 pontos

1.1. ...........................................

5 pontos

3. ...................................................

5 pontos

1.2. ...........................................

5 pontos

4. ...................................................

5 pontos

2.1. ...........................................

5 pontos

2.

20 pontos

2.2. ........................................... 10 pontos

GRUPO II

2.3. ...........................................

1. ...................................................

5 pontos

2. ...................................................

5 pontos

30 pontos

GRUPO VI

3. ................................................... 10 pontos 20 pontos

GRUPO III

5 pontos

1. ...................................................

5 pontos

2. ...................................................

5 pontos

3. ................................................... 15 pontos

1. ................................................... 10 pontos

4. ...................................................

5 pontos

2.

5. ................................................... 10 pontos 2.1. ........................................... 15 pontos

6. ...................................................

5 pontos

2.2. ...........................................

7. ...................................................

5 pontos

5 pontos 30 pontos

50 pontos

GRUPO IV

GRUPO VII

1.

1. 1.1. ...........................................

5 pontos

1.2. ........................................... 10 pontos 2. 2.1. ...........................................

5 pontos

1.1. ........................................... 10 pontos 1.2. ...........................................

5 pontos

2. ...................................................

5 pontos 20 pontos

2.2. ........................................... 10 pontos 30 pontos


TOTAL ...................................... 200 pontos

Exame disponível em http://www.gave.min-edu.pt.

Grupo I

Grupo III

1. cotação: 5

1. cotação: 10

(D) A corrente elétrica apenas surge na bobina enquanto há movimento do íman. Faraday descobriu que a taxa de variação do campo magnético criado pelo íman está diretamente relacionada com a força eletromotriz induzida no circuito da bobina, detetada no galvanómetro G.

Altura máxima atingida após o primeiro ressalto: 0,52 m + 0,52 m + 0,54 m = 0,526667 m = 0,53 m 3

2. cotação: 5 (D) Quando o íman está parado, não há variação do campo magnético na bobina. Logo, não há corrente induzida. 3. cotação: 5 (C) A força eletromotriz é tanto maior quanto maior for a taxa de variação do campo magnético. Se o movimento do íman for mais rápido, maior é essa taxa de variação. Por outro lado, quando maior for o número de espiras na bobina, maior é a quantidade de cargas elétricas que é influenciada pelo variação do campo magnético e, por conseguinte, maior é a força eletromotriz da corrente induzida. 4. cotação: 5 Unidade SI de força eletromotriz: volt (ou joule por coulomb). O símbolo do volt é V. A “força eletromotriz” não é uma “força”, no sentido da grandeza mecânica “força”: representa o quociente entre a energia das cargas elétricas na corrente (unidade SI: joule) e a quantidade de carga (unidade SI: coulomb).

;

Incerteza absoluta desta altura máxima (os desvios, em módulo, entre cada medida e a média são sempre 0,01 m): 0,01 m + 0,01 m + 0,01 m = 0,01 m = 0,01 m 3 Em percentagem, esta incerteza vale: 0,01 m × 100 = 1,887% = 2% 0,53 m Portanto, a altura máxima atingida após o primeiro ressalto é 0,53 m ± 2% 2. 2.1. cotação: 15 Altura de queda e altura de ressalto, nos 4 ressaltos: altura de queda hqueda / m

altura de ressalto hapós / m

1.º

1,20

0,82

2.º

0,82

0,56

3.º

0,56

0,38

4.º

0,38

0,27

Gráfico e equação de regressão linear do gráfico da altura de ressalto em função da altura de queda:

1. cotação: 5 Q = m c Δθ J × 2,0 °C kg × ºC = 0,700 × 897 × 2,0 J = 1,4 × 897 J

= 0,700 kg × 897

2. cotação: 5 (B) A potência da radiação emitida é dada por: P = e Aσ T

4

Comparando a potência emitida às duas temperaturas referidas, pelo mesmo objeto, vem: e A σ 4734 4

e A σ 298 3. cotação: 10

=

4734 2984

= 6,35

;

A barra recebe energia (sob a forma de calor) à taxa de J 1,1 kW = 1100 s O calor de fusão da barra é 4,0 × 105 J/kg. Energia necessária para fundir a barra: 4,0 × 105 J × 0,700 kg = 2,8 × 105 J kg O intervalo de tempo necessário para obter esta energia é: 1100 J 2,8 × 105 J = 1s t t=

2,8 × 105 J × 1s 1100 J

= 2,5 × 102 s

Quanto maior for e, menor é a energia mecânica dissipada na colisão. Se e = 1, não há dissipação de energia. Para a bola X, tem-se: e = 0,76 e2 = 0,58 Para uma colisão da bola X, 58% da energia conserva-se como energia mecânica e 42% dissipa-se. Para a bola Y, tem-se: e = 0,65 e2 = 0,42 Para uma colisão da bola Y, 42% da energia conserva-se como energia mecânica e 58% dissipa-se. Grupo IV 1. 1.1. cotação: 5 (C) Como “a aceleração se mantém constante durante a descida” a soma das forças na criança é constante e aponta segundo Ox, em qualquer das situações I ou II. Na situação II, com forças dissipativas não desprezáveis, a soma das forças é menor. Logo, a aceleração é também menor. 1.2. cotação: 10

Grupo II (B)

1 2 2 m vdepois 2 v ⎛ vdepois ⎞ depois 2 2 = = ⎜ ⎟ =e 1 vantes 2 ⎝ vantes ⎠ m vantes 2 2 Portanto, o quadrado do coeficiente de restituição pode também ser calculado do seguinte modo: energia mecânica depois da colisão e2 = energia mecânica antes da colisão

O modelo matemático que descreve a altura após o ressalto em função da altura antes do ressalto é: hapós = 0,675 hqueda + 0,00820 O valor da ordenada na origem neste modelo, 0,00820, surge como consequência da incerteza nas diversas medidas nas alturas. O valor teórico é nulo, uma vez que uma bola deixada cair de uma “altura nula” tem necessariamente uma altura de ressalto nula. Assim, podemos escrever: hapós = 0,675 hqueda hapós hqueda

= 0,675

O coeficiente de restituição é, pois: hapós e= hqueda = 0,675 = 0,82 2.2. cotação: 5 (D) O coeficiente de restituição é o quociente entre a magnitude da velocidade depois da colisão e a magnitude da velocidade antes da colisão: vdepois e= vantes Comparando a energia mecânica depois da colisão com a energia mecânica antes da colisão, tem-se (a energia potencial é nula):

;

A criança percorre 4,0 m em 2,1 s, com aceleração constante e sem velocidade inicial. Tendo em conta estes dados, a equação que descreve a posição x da criança no referencial indicado na imagem é: 1 x = x0 + v0x t + ax t 2 2 1 x = 0 + 0 × t + ax t 2 2 1 2 x = ax t 2 Ao fim de 2,1 s, tem-se: 1 4,0 = ax 2,12 2 2 × 4,0 m/s ax = 2,12 s = 1,81

m/s s

A magnitude (ou intensidade) da soma das forças (ou resultante das forças) na criança é, pois: Fres = m × a = 30 kg × 1,81

m/s s

= 54 N 2. 2.1. cotação: 5 (A) Um cavalinho do carrossel faz 4 voltas completas em 60 s. Portanto, cada volta completa demora 60 s / 4 = 15 s. Em cada volta completa, descreve o ângulo de 2π radianos = 6,28 radianos = 360°. Portanto, a velocidade angular é: 2π rad 2π = rad/s 15 s 15

Facilidade de cada item: cotação média, numa escala de 0 a 1.

Resolução do Teste Intermédio de Física e Química A (11.º ano), 2014 (12-2) Resolução do Exame de Física e Química A (11.º ano), 2014, 1.ª Fase

2.2. cotação: 10

ac =

v2 r

⎞ ⎛ perímetro da circunferência ⎝⎜ tempo que demora a percorrer a circunferência ⎠⎟

2

r

⎛ 2π r ⎞ ⎜⎝ 15 ⎟⎠ = r

4,84 × 10−19 J = En,inicial − E2 Resolvendo em ordem à energia do nível inicial, vem: En,inicial = 4,84 × 10−19 J + E2

Esta equação pode ser escrita como: ac =

4. cotação: 5

dada por:

;

Num movimento circular uniforme, a aceleração é radial e centrípeta, de magnitude constante dada por:

(

En,inicial = 4,84 × 10−19 J + −5,45 × 10−18 J

5. cotação: 10

Grupo VI 1. cotação: 5

2

No intervalo de tempo [0, t1], a concentração de H2 diminuiu de 0,500 mol/L para 0,400 mol/L. Portanto, a variação da concentração foi: –0,100 mol/L

2

⎛ 2π ⎞ 2 ⎜⎝ 15 ⎟⎠ r = r

2. cotação: 5

2

⎛ 2π ⎞ =⎜ r ⎝ 15 ⎠⎟

Portanto, quanto maior for o raio, maior será a aceleração centrípeta. Como o cavalinho A tem uma trajetória com maior raio, é esse que tem maior aceleração centrípeta. Grupo V 1.

(B) A fração molar de NH3 é o quociente entre a quantidade de matéria de NH3 e a quantidade de matéria de todas as espécies químicas no sistema: 5 0,05 mol = 0,500 mol + 0,200 mol + 0,050 mol 50 + 20 + 5 5 = 75 = 0,067 = 6,7 × 10−2

1.1. cotação: 5 (C) O nitrogénio N (ou azoto) tem n.º atómico 7. A configuração eletrónica do nitrogénio no estado fundamental é: (1s)2 (2s)2 (2px)1 (2py)1 (2pz)1 Há 5 orbitais, três das quais com energias iguais. 1.2. cotação: 5

3. cotação: 15 Estequiometria da reação, variações das concentrações na reação e variações das quantidades de matéria: + 3 H 2 (g) ! 2 NH 3 (g) N 2 (g) 1 mol

(C) As orbitais com número quântico secundário l = 0 são as orbitais do tipo s. Há, pois, 2 + 2 = 4 eletrões em orbitais s. 2. 2.1. cotação: 5

)

3 mol

2 mol

volume do reator: 1 L 0,500 mol/L

0,050 mol/L

quantidades de matéria no reator de 1 L no início da reação:

;

No estado fundamental, no átomo de hidrogénio, n = 1. A energia do eletrão neste nível de energia é: –2,18 × 10–18 J. Portanto, é necessário que cada fotão tenha a energia de 2,18 × 10–18 J para poder arrancar o eletrão ao átomo, de acordo com a teoria de Bohr. 2.2. cotação: 10 De acordo com a teoria de Bohr, os eletrões do átomo de hidrogénio apenas podem transitar entre níveis de energia quantizados, discretos, com valores bem definidos. Se um eletrão no estado fundamental recebesse a energia 1,80 × 10–18 J de um fotão, a sua energia passaria a ser: −2,18 × 10−18 J + 1,80 × 10−18 J = −0,38 × 10−18 J = − 3,8 × 10−19 J Consultando a tabela, conclui-se que não há nenhum nível de energia com este valor. Logo, os fotões de energia 1,80 × 10–18 J não provocam transições eletrónicas nos átomos de hidrogénio no estado fundamental. 2.3. cotação: 5 (A) No caso do átomo de H, as transições para o nível 2 correspondem a riscas espectrais na zona da luz visível, entre 400 nm e 700 nm. Consultando a tabela, observa-se que a energia do nível 2, o nível para onde se dá a transição do eletrão, é –5,45 × 10–19 J. A energia da radiação emitida é a diferença entre a energia do estado inicial e a energia do estado final: E = En,inicial − En,final E = En,inicial − E2 A energia dos fotões da radiação da risca é, pois,

0,200 mol

0,500 mol

0,367 mol/L

0,139 mol/L

quantidades de matéria no reator de 1 L no final da reação: 0,156 mol

0,367 mol

0,139 mol

variação das quantidades de matéria no reator de 1 L: –0,044

–0,133 mol

6. cotação: 5 (D) Notação de Lewis: cerne do átomo representado pelo simbolo químico e eletrões de valência representados por pontos e, ou, cruzes. 7. cotação: 5 (A) Molécula de amoníaco: um átomo de N ligado a 3 átomos de H; as opções (B) e (C) não fazem sentido. A molécula de amoníaco tem uma geometria piramidal. Apenas a opção (A) representa uma estrutura piramidal. Grupo VII 1.

= 10−11,1 = 7,943× 10−12 mol/L Na solução aquosa de amoníaco, tem-se, para o produto iónico da água: K w = ⎡ H 3O+ ⎤ × ⎡OH − ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ −14 −12 ⎡ 1,0 × 10 = 7,943× 10 × OH − ⎤ ⎣ ⎦ Donde: −14 ⎡OH − ⎤ = 1,0 × 10 ⎣ ⎦ 7,943× 10−12

+0,089 mol

Reagente limitante: De acordo com a estequiometria da reação, 1 mol de N2 reage com 3 mol de H2. No início, no reator há 0,200 mol de N2. A quantidade de H2 devia ser 3 × 0,200 mol = 0,600 mol, para se manter a proporção estequiométrica, e é apenas 0,500 mol. O H2 é, pois, o reagente limitante. Rendimento da reação: De acordo com a estequiometria da reação, 3 mol de H2 produzem 2 mol de NH3. Portanto, se a reação fosse completa, 0,500 mol de H2 produziriam: 0,500 mol de H 2 3 mol de H 2 = 2 mol de NH 3 n 0,500 mol × 2 mol 3 mol = 0,333 mol

n=

Como se calculou na tabela acima, a partir dos dados do gráfico, a quantidade de NH3 apenas aumentou 0,089 mol. Portanto, o rendimento da reação é, em percentagem: 0,089 mol × 100 = 27% 0,333 mol

;

A concentração do ião hidrónio na solução de amoníaco é: ⎡ H O+ ⎤ = 10−pH ⎣ 3 ⎦

0,050 mol

concentrações no final da reação: 0,156 mol/L

;

Segundo o Princípio de Le Châtelier, um aumento de temperatura favorece a transformação que contraria esse aumento de temperatura. Aumentando a temperatura do sistema, fornece-se energia ao sistema. Como a reação direta (formação de NH3) é exotérmica, o aumento de temperatura favorece a reação endotérmica, que é a reação inversa (formação de H2 e de N2). Portanto, o aumento de temperatura aumenta a concentração de H2 e de N2, diminuindo a concentração de NH3.

1.1. cotação: 10

concentrações no início da reação: 0,200 mol/L

(B) A entalpia da reação é negativa (reação exotérmica), logo o sistema transfere energia para o ambiente. As opções (C) e (D) não fazem sentido. Na equação, o coeficiente estequiométrico do amoníaco, NH3, é igual a 2. Logo, ∆H refere-se a duas moles de NH3.

= 1,26 × 10−3 mol/L Tendo em conta a estequiometria da reação e desprezando a autoionização da água, podemos concluir que [OH−] = [NH4+]. Por outro lado, a concentração de NH3 no equilíbrio é praticamente igual à concentração de NH3 no início, porque a ionização do amoníaco é relativamente pequena. Assim, a constante de basicidade do NH3 é: ⎡ NH + ⎤ × ⎡OH − ⎤ 4 ⎦ ⎣ ⎦ Kb = ⎣ ⎡⎣ NH 3 ⎤⎦ =

1,26 × 10−3 × 1,26 × 10−3 0,10

= 1,59 × 10−5 ≈ 10−5 1.2. cotação: 5 (A) O volume aumenta 5 vezes, de 50,0 mL para 250,0 mL. Como a quantidade de soluto se mantém, a concentração diminui 5 vezes, de 0,10 mol/L para 0,02 mol/L = 2,0 × 10–2 mol/L. 2. cotação: 5 NH 4 + (aq) + H 2O (l) ! NH 3 (aq) + H 3O+ (aq)

EXAME FINAL NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO

Prova Escrita de Física e Química A 11.º Ano de Escolaridade Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho

Prova 715/2.ª Fase

16 Páginas


2014

VERSÃO 1 Indique de forma legível a versão da prova. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta. É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora gráfica. Não é permitido o uso de corretor. Deve riscar aquilo que pretende que não seja classificado. Para cada resposta, identifique o grupo e o item. Apresente as suas respostas de forma legível. Apresente apenas uma resposta para cada item. A prova inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.



c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


v = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1


m


n



P = e v AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®


W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h


W = DEc


m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

1



v2 ac = — r 2rr v = —— T 2r ~ = —— T v m=— f

y = A sin(~t)

Um = B A cosa

|DUm| |fi| = —–—– Dt




88

Ra

[226]

87

[223]

137,33

132,91

Fr

56

Ba

55

Cs

87,62

85,47

39

38

Sr

37

Rb

44,96

40,08

39,10

21

73

232,04

[227]

91

90

Th

89

Ac

140,91

140,12

138,91

59

231,04

Pa

Pr

58

Ce

57

[262]

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

[261]

Rf

104

178,49

Ta

72

Hf

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

La

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

Sc

20

Ca

3

K

24,31

22,99

19

12

Mg

11

9,01

6,94

Na

4

Be

3

2

Li

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

78

Pt

Ir

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

50

Sn

49

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

[262]

Lr

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Escreva, na folha de respostas, o número do item e a letra que identifica a opção escolhida. Nas respostas aos itens em que é pedida a apresentação de todas as etapas de resolução, explicite todos os cálculos efetuados e apresente todas as justificações ou conclusões solicitadas. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado dos itens, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens.

GRUPO I Eis-nos diante desse divertimento popular chamado montanha-russa. Um carrinho, levado ao ponto mais alto de uma linha de carris e aí abandonado à força da gravidade, cai, subindo e descendo depois pela linha fantasticamente curva, dando aos que vão dentro dele todas as sensações violentas das súbitas mudanças de velocidade… Partindo sempre do ponto mais alto, situado, por exemplo, a cem metros do chão, em parte nenhuma do percurso alcança ponto mais alto do que aquele. Vamos supor que alguém descobriu como eliminar totalmente as forças dissipativas e quer aplicar a sua descoberta à construção de uma montanha-russa. Nessa construção, deve seguir uma regra muito simples: não deve haver pontos situados a uma altura superior à do ponto de partida, embora a linha de carris possa ter qualquer comprimento. Se o carrinho puder mover-se livremente até ao final da linha de carris, poderá, no seu percurso, atingir várias vezes cem metros de altura, mas nunca poderá ultrapassar esse valor. Nas montanhas-russas reais, não será assim: depois de abandonado, o carrinho nunca atingirá a altura do ponto de partida, devido à ação das forças dissipativas. A. Einstein, L. Infeld, A Evolução da Física, Lisboa, Livros do Brasil, pp. 43-45 (adaptado)

1. No texto, são referidas «todas as sensações violentas das súbitas mudanças de velocidade». Qual é o nome da grandeza a que se refere a expressão em itálico?

2. Um carrinho, abandonado no ponto mais alto da linha de carris de uma montanha-russa em que as forças dissipativas tenham sido totalmente eliminadas, passa no ponto mais baixo dessa linha, situado ao nível do chão, com uma velocidade cujo módulo é (A) diretamente proporcional à energia mecânica inicial do sistema carrinho + Terra. (B) diretamente proporcional à altura do ponto de partida. (C) independente da massa do carrinho. (D) independente do módulo da aceleração gravítica local.


3. O trabalho realizado pelo peso do carrinho, entre o ponto de partida e o final da linha de carris, (A) é independente do comprimento da linha de carris. (B) depende do número de vezes que o carrinho atinge o ponto mais alto. (C) é independente da massa do carrinho. (D) depende da intensidade das forças dissipativas que atuem no carrinho.

4. Explique porque é que, nas montanhas-russas reais, «depois de abandonado, o carrinho nunca atingirá a altura do ponto de partida».

GRUPO II 1. A Figura 1 representa um plano inclinado, no topo do qual se abandonou uma bola. A bola desce o plano com aceleração constante. Considere que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Figura 1

Na tabela seguinte, estão registados os tempos, t, que a bola demorou a percorrer distâncias, d, sucessivamente maiores, sobre esse plano, assim como os quadrados desses tempos, t 2.

d/m

t/s

t 2 / s2

0,80

2,14

4,580

1,00

2,40

5,760

1,20

2,63

6,917

1,40

2,84

8,066

1,60

3,03

9,181

Calcule o módulo da aceleração da bola, no movimento considerado, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto dos valores de d e de t 2 registados na tabela. Apresente todas as etapas de resolução.


2. Numa outra situação, uma bola é abandonada de uma certa altura em relação ao solo, caindo verticalmente em condições nas quais a resistência do ar pode ser considerada desprezável. Considere que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

2.1. Considere um referencial unidimensional Oy, vertical, com origem no solo e sentido positivo de baixo para cima. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a componente escalar da velocidade da bola, vy , em relação ao referencial considerado, em função do tempo, t , desde o instante em que é abandonada até chegar ao solo? (A)

vy

(B)

0

(C)

vy

0

t

vy

(D)

0

t

vy

0

t

t

2.2. A bola cai e ressalta no solo. →

Nos esquemas seguintes, o vetor ad representa a aceleração da bola num ponto da descida situado a uma determinada altura em relação ao solo. →

Em qual dos esquemas seguintes o vetor as representa a aceleração da bola no ponto da subida situado à mesma altura? " as

(A)

(B)

descida

descida subida

" as subida

" ad

" ad solo

(C)

descida

solo

(D)

subida

descida

subida

" as " ad

solo

" ad

" as

solo


GRUPO III

Com o objetivo de estabelecer o balanço energético de um sistema gelo + água líquida, um grupo de alunos realizou uma experiência, na qual adicionou 30,0 g de gelo fragmentado, à temperatura de 0,0 ºC, a 260,0 g de água líquida, a 20,0 ºC. Os alunos consultaram tabelas de constantes físicas e registaram os seguintes valores:

c água líquida (capacidade térmica mássica da água líquida) = 4,18 × 103 J kg-1 ºC-1 ΔH fusão gelo (variação de entalpia (ou calor) de fusão do gelo) = 3,34 × 105 J kg-1

1. Identifique a fonte e o recetor, quando se inicia o processo de transferência de energia que ocorre no interior do sistema considerado.

2. Qual das expressões seguintes permite calcular a energia, em joules (J ), necessária para fundir completamente o gelo? (A) ^30,0 × 3,34 × 10 5 h J (B) c

3,34 × 10 5 mJ 0,0300

(C) ^0,0300 × 3,34 × 10 5 h J (D) c

3,34 × 10 5 mJ 30,0

3. Com base nos resultados obtidos experimentalmente, os alunos estabeleceram o balanço energético do sistema.

3.1. Em que lei se baseia o estabelecimento do balanço energético do sistema?

3.2. Os alunos calcularam a energia recebida pelo gelo, desde que este foi adicionado à água líquida até toda a mistura ter ficado à mesma temperatura de 11,0 ºC, tendo obtido 1,140 × 104 J. Calcularam também a energia cedida pela água líquida, inicialmente a 20,0 ºC, no mesmo intervalo de tempo. Com base nos resultados obtidos, concluíram que, naquele intervalo de tempo, tinha ocorrido transferência de energia entre o sistema considerado e o exterior. Conclua, justificando, em que sentido terá ocorrido aquela transferência de energia. Apresente todas as etapas de resolução.


–––—––––––––––—–——–—— Página em branco ––––––––—–—–—–————–-––


GRUPO IV

A medição do índice de refração de soluções aquosas pode ser usada na determinação da concentração do soluto. Esta técnica de análise quantitativa requer o traçado de curvas de calibração, que relacionam os índices de refração, n, de soluções desse soluto com as respetivas concentrações, c. A Figura 2 representa uma curva de calibração, obtida a partir de várias soluções aquosas de ácido acético de diferentes concentrações. Os índices de refração das soluções, para uma determinada radiação monocromática, foram medidos à temperatura de 20 ºC.

n 1,3520 1,3500 1,3480 1,3460 1,3440 1,3420 1,3400 1,3380 1,3360 1,3340 1,3320 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

c / mol dm−3 Figura 2

1. Das várias soluções aquosas de ácido acético a partir das quais se obteve a curva de calibração representada na Figura 2, considere as soluções de concentração 0,50 mol dm-3 e 1,34 mol dm-3 . Sobre cada uma dessas soluções, a 20 ºC, fez-se incidir um feixe, muito fino, da radiação monocromática referida, segundo um mesmo ângulo. A velocidade de propagação dessa radiação será maior na solução de concentração (A) 1,34 mol dm-3 , e o ângulo de refração será menor na mesma solução. (B) 1,34 mol dm-3 , e o ângulo de refração será maior na mesma solução. (C) 0,50 mol dm-3 , e o ângulo de refração será menor na mesma solução. (D) 0,50 mol dm-3 , e o ângulo de refração será maior na mesma solução.


2. A Figura 3 representa uma tina contendo uma solução aquosa de ácido acético de concentração 1,20 mol dm-3 , à temperatura de 20 ºC, sobre a qual incide um feixe, muito fino, da radiação monocromática referida, segundo a direção representada.

40,0º )

Determine o ângulo de refração que se deverá observar. Apresente todas as etapas de resolução.

Figura 3

nar (índice de refração do ar) = 1,000

3. Quando a luz se propaga numa solução de ácido acético e incide na superfície de separação entre a solução e o ar, segundo um ângulo superior ao ângulo crítico, ocorre reflexão total da luz. O ângulo crítico depende do (A) ângulo de incidência. (B) ângulo de refração. (C) índice de refração da solução. (D) volume da solução.

4. As soluções aquosas de ácido acético a partir das quais se obteve a curva de calibração representada na Figura 2 foram preparadas a partir de uma solução inicial de concentração 4,50 mol dm-3. Qual é o fator de diluição a considerar na preparação da solução de ácido acético de concentração

0,50 mol dm-3 ? (A) 9 (B) 5 (C) 4 (D) 2

5. A densidade de uma solução de ácido acético de concentração 0,50 mol dm-3 é 1,0025 × 103 g dm-3, a 20 ºC. Qual das expressões seguintes permite calcular a quantidade de ácido acético que existe em 100 g da solução? (A) c

0,50 × 100 m mol 1,0025 × 10 3

(B) c

100 m mol 0,50 × 1,0025 × 10 3

(C) c

1,0025 × 10 3 m mol 0,50 × 100

(D) c

0,50 × 1,0025 × 10 3 m mol 100


GRUPO V O ácido acético, CH3COOH(aq), é um ácido monoprótico fraco, cuja ionização em água pode ser traduzida por

CH3COOH(aq) + H2O(l ) ? CH3COO - (aq) + H3O+ (aq)

1. Nesta reação, podem ser identificados dois pares conjugados de ácido-base, segundo a teoria de Brönsted-Lowry. O que é uma base conjugada de um ácido de Brönsted-Lowry?

2. Considere uma solução aquosa de ácido acético de concentração 0,100 mol dm-3, à qual foi sendo adicionada uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH(aq). A tabela seguinte apresenta os valores de pH, a 25 ºC, da solução inicial e das soluções resultantes das adições efetuadas, em função do volume total de NaOH(aq) adicionado.

Volume total de

NaOH(aq) / cm3

pH

0,00

2,88

10,00

4,16

25,00

4,76

40,00

5,36

50,00

8,73

2.1. Determine a percentagem de ácido acético não ionizado na solução inicial. Apresente todas as etapas de resolução. 2.2. Quando o volume total de NaOH(aq) adicionado é 40,00 cm3, verifica-se que a concentração hidrogeniónica, em relação ao valor inicial, diminui cerca de (A) duas vezes. (B) três vezes. (C) trezentas vezes. (D) mil vezes. 2.3. O ácido acético é um ácido fraco e, assim, a sua ionização em água ocorrerá em pequena extensão. Conclua, justificando com base no Princípio de Le Châtelier, se a ionização deste ácido em água é favorecida pela adição de NaOH(aq).


GRUPO VI 1. O ácido acético (M = 60,06 g mol-1) pode formar-se a partir do etanal, CH3CHO (M = 44,06 g mol-1), segundo uma reação que pode ser traduzida por

5 CH3CHO(l) + 2 MnO4- (aq) + 6 H 3O+ (aq)

"

5 CH3COOH(aq) + 2 Mn 2+ (aq) + 9 H2O(l)

1.1. Na reação considerada, o número de oxidação do manganês (Mn) (A) aumenta, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como redutor. (B) aumenta, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como oxidante. (C) diminui, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como redutor. (D) diminui, atuando o ião permanganato ( MnO4- ) como oxidante. 1.2. Considere uma amostra impura de CH3CHO, de massa 1,0 × 103 g, que contém 64% (em massa) de CH3CHO. Qual das expressões seguintes permite calcular a massa, em gramas (g), de CH3COOH que se poderia formar a partir da reação de todo o CH3CHO existente na referida amostra? (A) c

64 × 60,06 × 10 3 mg 44,06

(B) c

0,64 × 60,06 × 10 3 mg 44,06

(C) c

0,64 × 44,06 × 10 3 mg 60,06

(D) c

64 × 44,06 × 10 3 mg 60,06

1.3. Admita agora que, noutras condições, o rendimento da reação considerada é 85%. Determine a massa de CH3CHO que tem de reagir para que se possa obter, na prática, 15 g de CH3COOH. Apresente todas as etapas de resolução.


2. A molécula de CH3COOH pode ser representada através da notação de Lewis por

——

••

—

O

••

H H — C — C

O — H

••

—

—

••

H

A molécula de CH3COOH apresenta, no total, (A) 24 eletrões de valência. (B) 16 eletrões de valência. (C) 12 eletrões de valência. (D) 8 eletrões de valência.

3. Quantos átomos de hidrogénio existem em 5,0 moles de moléculas de ácido acético, CH3COOH? (A) 2,4 × 10 25 (B) 3,0 × 10 24 (C) 2,4 × 10 24 (D) 1,2 × 10 25


GRUPO VII 1. «Por oposição a estado fundamental, que é o estado natural dos átomos, existem estados que correspondem à excitação dos átomos por fornecimento de energia.» J. L. da Silva, P. F. da Silva, A Importância de Ser Eletrão, Lisboa, Gradiva, p. 99, 2009

1.1. O que se designa por estado fundamental de um átomo? 1.2. Considere um átomo do elemento que pertence ao 2.º período e ao grupo 15 da tabela periódica. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões de valência desse átomo no estado fundamental? (A) Dois. (B) Três. (C) Quatro. (D) Cinco. 1.3. Considere um átomo do elemento cujo número atómico é 8. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a esse átomo num estado excitado? (A) 1s2 2s1 2px3 2py1 2p1z (B) 1s2 2s1 2px2 2py2 2p1z (C) 1s2 2s2 2px1 2py2 2p1z (D) 1s1 2s3 2px2 2py1 2p1z

2. «Existem vários átomos cujas configurações eletrónicas de valência são semelhantes, diferindo apenas no facto de envolverem diferentes números quânticos principais.» J. L. da Silva, P. F. da Silva, A Importância de Ser Eletrão, Lisboa, Gradiva, p. 101, 2009

Esta afirmação refere-se a átomos de elementos de um mesmo _______________ da tabela periódica, que apresentam um número _______________ de eletrões de valência. (A) período … igual (B) grupo … diferente (C) período … diferente (D) grupo … igual

3. Explique porque é que a energia de ionização dos átomos dos elementos representativos da tabela periódica diminui ao longo de um mesmo grupo (à medida que o número atómico aumenta).

FIM Prova 715.V1/2.ª F. • Página 15/ 16

COTAÇÕES

GRUPO I

GRUPO V

1. ...................................................

5 pontos

1. ...................................................

2. ...................................................

5 pontos

2.

3. ...................................................

5 pontos

5 pontos

2.1. ........................................... 10 pontos

4. ................................................... 15 pontos

2.2. ...........................................

30 pontos

5 pontos

2.3. ........................................... 10 pontos 30 pontos

GRUPO II 1. ................................................... 10 pontos

GRUPO VI

2. 2.1. ...........................................

5 pontos

1.

2.2. ...........................................

5 pontos

1.1. ...........................................

5 pontos

20 pontos

1.2. ...........................................

5 pontos

1.3. ........................................... 10 pontos

GRUPO III 1. ...................................................

5 pontos

2. ...................................................

5 pontos

2. ...................................................

5 pontos

3. ...................................................

5 pontos 30 pontos

3. 3.1. ...........................................

5 pontos

GRUPO VII

3.2. ........................................... 15 pontos 30 pontos

1. 1.1. ...........................................

5 pontos

1.2. ...........................................

5 pontos

5 pontos

1.3. ...........................................

5 pontos

2. ................................................... 10 pontos

2. ...................................................

5 pontos

3. ...................................................

5 pontos

3. ................................................... 10 pontos

4. ...................................................

5 pontos

30 pontos

5. ...................................................

5 pontos

GRUPO IV 1. ...................................................

30 pontos


TOTAL ...................................... 200 pontos


Resolução do Teste Intermédio de Física e Química A (11.º ano), 2014 (12-2) Resolução do Exame de Física e Química A (11.º ano), 2014, 2.ª Fase Grupo I 1. cotação: 5 Aceleração. A aceleração é, por definição, a grandeza física que mede a taxa instantânea de variação de velocidade. Note-se que a velocidade é uma grandeza vetorial. Deste modo, para haver aceleração, deve haver mudança de velocidade (aumentar, ou diminuir, e/ou mudar de direção). 2. cotação: 5 (C) À medida que o carrinho diminui de altura, a sua energia potencial diminui proporcionalmente à altura (Ep = m g h). Não havendo forças dissipativas, a diminuição de energia potencial surge como energia cinética, Ec = ½ m v2: 1 m g h = m v2 2 Resolvendo em ordem a v, vem: 1 g h = v2 2 v = 2g h Portanto, a velocidade v após a queda da altura h depende da aceleração gravítica g e da altura h, mas não depende da massa do carrinho. 3. cotação: 5 (A) Por definição, o trabalho do peso (força gravítica) quando o corpo se move entre dois pontos é simétrico da variação de energia potencial. Portanto, como a variação de energia potencial só depende da diferença da altura dos pontos, o trabalho do peso não depende do comprimento da linha de carris mas sim da diferença de alturas entre o ponto de partida e o ponto de chegada. 4. cotação: 15 Nas montanhas-russas reais há forças dissipativas no movimento do carrinho: forças de atrito no contacto entre as rodas e os carris, forças de atrito nos eixos e forças de resistência do ar. Quando o carrinho é abandonado, diminui de altura e, portanto, diminui de energia potencial. Havendo conservação da energia mecânica, a diminuição de energia potencial é compensada pelo aumento da energia cinética, em igual valor. Não havendo conservação da energia mecânica, devido às forças dissipativas, a energia cinética na parte mais baixa do percurso será inferior à energia potencial na parte mais alta do percurso. Assim, quando o carrinho inicia a subida, inicia-a com um menor valor de energia mecânica. Não havendo intervenção exterior, nunca conseguirá regressar ao ponto de partida, que corresponderia a atingir um valor de energia mecânica superior ao que teria no início da subida. Grupo II 1. cotação: 10 Determinação do modelo matemático (reta ou função linear) que descreve d em função de t2:

Como a situação descrita corresponde a um movimento retilíneo com aceleração constante, a distância percorrida é dada por: 1 d = a t2 2 Desprezando a ordenada na origem (que surge devido à incerteza nas diversas medições), podemos concluir que, em unidades SI: 1 a = 0,1738 2 Logo, a magnitude da aceleração é: m/s a = 0,3476 s m/s = 0,348 s 2 2.1. cotação: 5 (B) O referencial tem origem no solo e o eixo Oy aponta para cima. A velocidade inicial é nula; a aceleração aponta para baixo. A velocidade aumenta, à medida que a bola cai; no eixo referido, a componente escalar da velocidade é cada vez mais negativa, assim que se inicia o movimento. 2.2. cotação: 5 (D) Com excepção do pequeno intervalo de tempo em que se dá a colisão com o solo, no movimento de ressalto do bola a aceleração aponta sempre para baixo e é igual à aceleração da gravidade, que é constante, quer na subida, quer na descida. Grupo III 1. cotação: 5 Fonte: 260,0 g de água líquida, inicialmente à temperatura de 20,0 °C. Recetor: 30,0 g de gelo fragmentado, inicialmente à temperatura de 0,0 ºC. 2. cotação: 5 (C) O calor de fusão do gelo é: 3,34 × 105 J kg Para fundir 30,0 g = 0,0300 kg é necessário fornecer a energia de: 3,34 × 105 J × 0,030 kg = 3,34 × 105 × 0,030 J kg 3.

10,02 × 103 J + 1,38 × 103 J = 11,40 × 103 J Portanto, a água do gelo recebeu maior quantidade de energia (11,40 × 103 J) do que a que foi cedida pela água (9,78 × 103 J) que se encontrava inicialmente no sistema. Logo, houve transferência de energia do exterior (ambiente) para o sistema. Como se pode verificar, a energia cedida pelos 260,0 g de água líquida nem seria suficiente para fundir o gelo. Grupo IV 1. cotação: 5 (D) Índices de refração das duas soluções: 1,3350 para a solução de c = 0,50 mol/L 1,3385 para a solução de c = 1,34 mol/L O índice de refração n de um meio é definido pelo quociente c n= v sendo c a velocidade da luz no vácuo e v a velocidade da luz nesse meio. Quanto maior for a velocidade da luz v no meio, menor é o índice de refração n e menor é a “quebra” ou refração dos raios de luz quando transitam do ar para esse meio. Assim, a velocidade da luz será maior na solução que tem menor indíce de refração (1,3350), a solução de menor concentração (c = 0,50 mol/L). Se tem menor índice de refração, a luz não “quebra tanto” e o ângulo de refração será maior (ângulo entre a reta normal no ponto de incidência e o raio refratado). 2. cotação: 10 O ângulo de incidência i (ângulo entre a perpendicular no ponto de incidência e o raio incidente) vale: 90º – 40º = 50º Segundo a lei de Snell-Descartes, tem-se: nar × sin i = nsol × sin r 1,00 × sin50º = 1,3380 × sin r Donde: 1,00 × 0,766 = 1,3380 × sin r 1,00 × 0,766 sin r = 1,3380 = 0,5725 O ângulo de refração r (ângulo entre a perpendicular no ponto de incidência e o raio refratado), cujo seno é 0,5725 vale: r = arcsin0,5725 = 34,9º 3. cotação: 5

3.1. cotação: 5 Lei da conservação da energia (1.ª Lei da Termodinâmica). 3.2. cotação: 15 Diminuição de temperatura da água líquida: 20,0 ºC – 11,0 °C = 9,0 °C Energia cedida pela água quando arrefeceu: J 4,18 × 103 × 0,260 kg × 9,0 ºC = 9,78 × 103 J kg × ºC Aumento de temperatura da água do gelo, após a fusão: 11,0 °C – 0,0 °C = 11,0 °C Energia recebida pela água do gelo após a fusão: J 4,18 × 103 × 0,030 kg × 11,0 ºC = 1,38 × 103 J kg × ºC Energia recebida pela água do gelo durante a fusão: 3,34 × 105 J × 0,030 kg = 10,02 × 103 J kg Energia total recebida pela água do gelo:

(C) Segundo a lei de Snell-Descartes, tem-se (note-se que a luz provém da solução e emerge no ar): nsol × sin i = nar × sin r Donde: sin i =

nar × sin r nsol

O ângulo crítico de incidência i corresponde a um ângulo de refração de 90º, cujo seno é 1. Portanto, tem-se, para o ângulo crítico: n sin i = ar nsol 4. cotação: 5 (A) A concentração vai diminuir 9 vezes: 0,50 mol/L 1 = 4,50 mol/L 9

desta base aumenta a concentração de CH3COO– (aq).

5. cotação: 5 (A) Volume de 100 g da solução de ácido acético:

Grupo VI

1,0025 × 103 g 100 g = V 1L 100 g × 1 L 100 V= = L 1,0025 × 103 g 1,0025 × 103 Quantidade de matéria, em moles, deste volume de solução: n 0,50 mol = 100 1L L 1,0025 × 103 100 0,50 mol × L 1,0025 × 103 n= 1L 100 = 0,50 × mol 1,0025 × 103

1.

Grupo V Uma base conjugada de um ácido, de acordo com a definição de Brönsted-Lowry, é uma espécie química que resulta da perda de um protão pelo respetivo ácido. Por exemplo, o ião acetato CH3COO– é a base conjugada do ácido acético CH3COOH. 2. 2.1. cotação: 10 O pH da solução inicial (na tabela) é 2,88. Por definição de pH, tem-se, para a concentração de [H3O+] na solução inicial: +

pH = − log[H 3O ]

(D) Número de oxidação do manganês em MnO4–: n + 4 × (–2) = – 1 n=–1+8 n=+7 Número de oxidação do manganês em Mn2+: +2 O número de oxidação diminuiu de + 7 para + 2. Portanto, o ião permanganato reduziu-se e oxidou o etanal.

g mol g M CH CHO = 44,06 3 mol Na reação, a proporção é de 5 moles de CH3CHO para 5 moles de CH3COOH, isto é, de 1 mol para 1 mol. Em massa, essa proporção é de 44,06 g de CH3CHO para 60,06 de CH3COOH. A amostra impura contém 64 1,0 × 103 g × = 0,64 × 103 g 100 3COOH

de CH3CHO. Portanto, com esta massa de CH3CHO obtém-se: 3

0,64 × 10 g de CH 3CHO 44,06 g de CH 3CHO = 60,06 g de CH 3COOH m de CH 3COOH

0,100 mol L

1,318 × 10−3

num litro, há... 0,100 mol

mol L

1,318 × 10−3 mol 1,318 × 10−3 mol

quantidade não ionizada:

0,100 mol − 1,318 × 10−3 mol

Portanto, a percentagem de ácido acético não ionizado é:

Esta proporção estequiométrica também pode ser escrita como: CH 3CHO (l) + ... → CH 3COOH (aq) + ... Para se obter 15 g de CH3COOH com 85% de rendimento é necessário obter 17,6 g: CH 3CHO (l) + ... → CH 3COOH (aq) + ... 44,06

= 302

60,06

g mol

60,06 g m 15 g = 85% 100% m = 17,6 g

Para se obter 17,6 g de ácido acético (CH3COOH), a massa de CH3CHO necessária seria: m de CH 3CHO 44,06 g de CH 3CHO = 60,06 g de CH 3COOH 17,6 g de CH 3COOH m 44,06 g = 60,06 g 17,6 g 44,06 × 17,6 m= g 60,06 = 12,9 g

2.3. cotação: 10 Adicionando NaOH (aq) a uma solução aquosa de ácido acético provoca a diminuição da concentração de H3O+ (aq) devido à presença do ião OH– (aq), que reage com H3O+ (aq) para formar moléculas de água, H2O (l). De acordo com o Princípio de Le Châtelier, o sistema tende a contrariar a perturbação. Portanto, é favorecida a reação que conduz a um aumento da concentração de H3O+ (aq). A ionização do ácido acético na água é, pois, favorecida pela adição de NaOH (aq). Ou seja, a adição

g mol

44,06 g

2.2. cotação: 5 (C) O pH passou de 2,88 para 5,36. Comparando as concentrações correspondentes, tem-se:

1.1. cotação: 5 Por definição, o estado fundamental do átomo é o estado de menor energia dos eletrões.

1.3. cotação: 5 (B) Opção (A) errada, 3 eletrões num orbital 2p... Opção (C) errada, não há eletrões que não estejam no estado fundamental… Opção (D) errada, 3 eletrões num orbital 2s... 2. cotação: 5 (D) “Existem vários átomos cujas configurações eletrónicas de valência são semelhantes”: portanto, pertencem ao mesmo grupo. “(…) diferindo apenas no facto de envolverem diferentes números quânticos principais”: portanto, pertencem a períodos diferentes. 3. cotação: 10

Simplificando a reação, tem-se: 5 CH 3CHO (l) + ... → 5 CH 3COOH (aq) + ...

0,100 mol − 1,318 × 10−3 mol × 100% = 98,7% 0,100 mol

10−5,36

0,64 × 103 × 60,06 g 44,06

1.3. cotação: 10

CH 3COOH (aq) + H 2O (aq) ! CH 3COO− (aq) + H 3O+ (aq)

10−2,88

= 60,06

m=

A dissociação do ácido acético dá-se de acordo com a equação:

Grupo VII 1.

(A) 2.º período, grupo 15... é o elemento N, azoto ou nitrogénio (ver tabela periódica), de número atómico 7. Tem 2 eletrões no nível 1 e 5 no nível 2. Dos 5 que estão no nível 2, dois eletrões estão no orbital 2s e três eletrões em 3 orbitais 2p, degeneradas (têm as três a mesma energia). Os eletrões de valência estão pois em dois níveis de energia, isto é, dois valores diferenciados de energia.

44,06 g 0,64 × 103 g = 60,06 g m

mol L

= 1,2 × 1025 átomos

1.2. cotação: 5

−2,88

= 1,318 × 10−3

5 × 4 × 6 × 1023 átomos = 120 × 1023 átomos

(B) Massas molares:

log[H 3O+ ] = −2,88 [H 3O ] = 10

Por cada 5 moles de moléculas há:

1.2. cotação: 5

2,88 = − log[H 3O+ ] +

(D) Por cada molécula, há 4 átomos de H. Por cada mole de moléculas há: 4 × 6 × 1023 átomos = 24 × 1023 átomos

1.1. cotação: 5

M CH

1. cotação: 5

3. cotação: 5

2. cotação: 5 (A) 4 átomos de H, 4 × 1 = 4 eletrões de valência. 2 átomos de O, 2 × 6 = 12 eletrões de valência. 2 átomos de C, 2 × 4 = 8 eletrões de valência. Total: 4 + 12 + 8 = 24 eletrões de valência.

Ao longo de um mesmo grupo ou coluna da tabela periódica (em particular nos chamados elementos representativos), à medida que o número atómico aumenta, os eletrões de valência encontram-se em orbitais com número quântico principal cada vez maior, em átomos que tendem a ter maior raio. A força de atração entre o núcleo atómico e esses eletrões tende, portanto, a diminuir. Deste modo, é de esperar que a energia mínima necessária para remover um dos eletrões de valência (energia de ionização) tenda também a diminuir.

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho

Prova Escrita de Física e Química A 10.º e 11.º Anos de Escolaridade Prova 715/2.ª Fase

16 Páginas


2013

VERSÃO 1 Na folha de respostas, indique de forma legível a versão da prova (Versão 1 ou Versão 2). A ausência dessa indicação implica a classificação com zero pontos das respostas aos itens de escolha múltipla. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta. Pode utilizar régua, esquadro, transferidor e máquina de calcular gráfica. Não é permitido o uso de corretor. Em caso de engano, deve riscar de forma inequívoca aquilo que pretende que não seja classificado. Escreva de forma legível a numeração dos itens, bem como as respetivas respostas. As respostas ilegíveis ou que não possam ser claramente identificadas são classificadas com zero pontos. Para cada item, apresente apenas uma resposta. Se escrever mais do que uma resposta a um mesmo item, apenas é classificada a resposta apresentada em primeiro lugar. Para responder aos itens de escolha múltipla, escreva, na folha de respostas:

• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. A prova inclui uma tabela de constantes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e uma tabela periódica na página 4. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.



c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


v = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1


m


n



P = e v AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®


W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h


W = DEc


m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

1



v2 ac = — r 2rr v = —— T 2r ~ = —— T v m=— f

y = A sin(~t)

Um = B A cosa

|DUm| |fi| = —–—– Dt




88

Ra

[226]

87

[223]

137,33

132,91

Fr

56

Ba

55

Cs

87,62

85,47

39

38

Sr

37

Rb

44,96

40,08

39,10

21

73

232,04

[227]

91

90

Th

89

Ac

140,91

140,12

138,91

59

231,04

Pa

Pr

58

Ce

57

[262]

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

[261]

Rf

104

178,49

Ta

72

Hf

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

La

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

Sc

20

Ca

3

K

24,31

22,99

19

12

Mg

11

9,01

6,94

Na

4

Be

3

2

Li

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

78

Pt

Ir

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

50

Sn

49

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

[262]

Lr

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado.

GRUPO I

Em 1945, Arthur C. Clarke, numa revista de eletrónica amadora, avançou com uma das maiores ideias das ciências espaciais: o satélite geoestacionário. O artigo especulava sobre a possibilidade de uma rede de satélites fornecer uma cobertura radiofónica à escala mundial. Um satélite geoestacionário devia situar-se numa órbita especial, a chamada órbita de Clarke. Essa órbita, sobre o equador da Terra e a cerca de 3,6 ×104 km de altitude, está hoje povoada de satélites, não só de comunicações, como de meteorologia. Porquê 3,6 ×104 km? É só fazer as contas, usando a segunda lei de Newton e a lei da gravitação universal. Aprende-se na Física do 11.º ano que um satélite a essa altitude demora um dia a dar a volta à Terra. Como a Terra também dá uma volta completa em torno do seu eixo nesse intervalo de tempo, um satélite geoestacionário é visto do equador da Terra como estando permanentemente parado. Carlos Fiolhais, «Arthur C. Clarke: da órbita ao elevador espacial», Gazeta de Física, vol. 30, n.º 3/4, 2007 (adaptado)

1. Considere um local à superfície da Terra situado a 3,6 × 104 km de um satélite geoestacionário. Qual das expressões seguintes permite calcular o tempo, em segundos (s), que um sinal eletromagnético enviado por esse satélite demora a chegar àquele local? (A)

3,6 × 10 4 s 3,00 × 10 8

(B)

3,6×10 4 ×10 3 s 3,00 × 10 8

(C)

3,00 × 10 8 s 3,6×10 4

(D)

3,00 × 10 8 s 3,6×10 4 ×10 3

2. Verifique, partindo da segunda lei de Newton e da lei da gravitação universal, que um satélite a 3,6 × 104 km de altitude demora um dia a dar a volta à Terra. Apresente todas as etapas de resolução. raio da Terra = 6,4 × 106 m massa da Terra = 5,98 × 1024 kg


3. Os satélites estão, geralmente, equipados com painéis fotovoltaicos, que produzem energia elétrica para o funcionamento dos sistemas de bordo. Considere que a intensidade média da radiação solar, ao nível da órbita de um satélite geoestacionário, é

1,3 × 103 W m -2.

3.1. Para que a intensidade média da radiação solar incidente num painel colocado num satélite geoestacionário seja 1,3 × 103 W m -2, esse painel terá de estar orientado segundo um plano (A) perpendicular à direção da radiação incidente, e poderá ter uma área diferente de 1 m2 . (B) perpendicular à direção da radiação incidente, e terá que ter uma área de 1 m2 . (C) paralelo à direção da radiação incidente, e terá que ter uma área de 1 m2 . (D) paralelo à direção da radiação incidente, e poderá ter uma área diferente de 1 m2 .

3.2. Admita que um satélite geoestacionário está equipado com um conjunto de painéis fotovoltaicos, adequadamente orientados, de rendimento médio 20% e de área total 12 m2 . Determine a energia elétrica média, em quilowatt-hora (kW h), produzida por aquele conjunto de painéis fotovoltaicos durante um dia. Apresente todas as etapas de resolução.

4. As comunicações via satélite utilizam, geralmente, radiações na gama das micro-ondas. Indique duas características dessas radiações que as tornam adequadas às comunicações via satélite.


GRUPO II

Nos finais do século XVIII, elevaram-se na atmosfera os primeiros balões, do tipo representado na Figura 1. A história destes balões foi contada por Rómulo de Carvalho no livro História dos Balões (Atlântida, 1959).

1. Para fazer subir o primeiro balão, de volume aproximado 800 m3, «os inventores colocaram na boca do balão uma grelha de ferro, sobre a qual dispuseram palha e pedaços de lã, [...] aos quais lançaram fogo», o que permitiu aquecer gradualmente o ar nele contido.

Figura 1

1.1. Identifique o principal processo de transferência de energia, como calor, que permite o aquecimento de todo o ar contido no balão e descreva o modo como essa transferência ocorre.

1.2. Considere que o ar contém cerca de 21%, em volume, de oxigénio e que Vm representa o volume molar de um gás, em dm3 mol-1, em quaisquer condições de pressão e de temperatura. Qual das expressões seguintes permite calcular a quantidade aproximada de oxigénio que existia no balão? (A) e

800 × 10 × 0,21 o mol Vm

(B) c 800 ×10 × Vm m mol

0,21

(C) c

800 × 10 3 × 0,21 m mol Vm 3

(D) c 800 ×10 × Vm m mol

0,21

2. Jacques Charles (1746-1823), pioneiro do estudo dos gases, conseguiu estimar a variação da altitude de um balão, admitindo que a pressão atmosférica diminuía cerca de 1,32 × 10-3 atm por cada 10 m subidos. Assim, um balão que tivesse sido largado de um local onde a pressão atmosférica fosse 1,00 atm e que se encontrasse num local onde a pressão atmosférica fosse 0,60 atm, teria subido cerca de (A) 1,0 × 103 m (B) 3,0 × 103 m (C) 4,5 × 103 m (D) 7,5 × 103 m


3. A Figura 2 representa um balão, de massa m, que subiu 2,0 × 103 m na vertical e que foi depois desviado pelo vento, deslocando-se 1,0 × 103 m na horizontal.

2,2 ×

2,0 × 103 m

10 3 m

1,0 × 103 m

Figura 2

Qual das expressões seguintes, onde g representa o módulo da aceleração gravítica, permite calcular o → trabalho realizado, no deslocamento considerado, pela força gravítica, Fg , que atua no balão? (A) WF→g = -2,0 × 103 m g (B) WF→g = -1,0 × 103 m g (C) WF→g = -3,0 × 103 m g (D) WF→g = -2,2 × 103 m g

4. Qual é o esboço do gráfico que pode representar, globalmente, a temperatura do ar na troposfera, em função da altitude?

0

altitude

(D)

temperatura

temperatura

(C)

temperatura

(B)

temperatura

(A)

0


altitude

0

altitude

0

altitude

GRUPO III 1. Considere uma bola que, tendo sido abandonada, no instante t = 0,0 s, de uma determinada altura em relação ao solo, cai em queda livre. Em qual dos seguintes diagramas se encontram corretamente marcadas as posições da bola nos instantes t = 0,0 s, t = 0,2 s e t = 0,4 s, em relação ao referencial unidimensional representado?

(A)

(B)

(C)

(D)

0,0

0,0

0,0

0,0

0,5

0,5

0,5

0,5

1,0

1,0

1,0

1,0

1,5

1,5

1,5

1,5

2,0

2,0

2,0

2,0

y /m

y /m

y /m

y /m

2. Considere agora uma bola, de massa 4,0 g, que cai verticalmente, acabando por atingir uma velocidade terminal. Admita que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). Calcule a energia dissipada pelo sistema bola + Terra quando a bola percorre 50,0 cm com velocidade terminal. Apresente todas as etapas de resolução.


3. A Figura 3 representa um plano inclinado, no topo do qual se colocou um sensor de movimento, S. Uma pequena bola foi lançada de modo a subir o plano, segundo uma trajetória retilínea com a direção do eixo Ox do referencial unidimensional representado na figura. Admita que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

0 S

x/m

Figura 3

3.1. Em qual dos seguintes esquemas se encontram corretamente representados os vetores velocidade, → → v , e aceleração, a , num instante em que a bola se encontra a subir o plano?

(A)

(B)

→

v

v

a

a

(C)

→

→

→

→

v

(D)

→

a


→

a

→

v

3.2. Se as forças dissipativas forem desprezáveis, a altura máxima atingida pela bola sobre o plano será (A) diretamente proporcional ao módulo da velocidade de lançamento. (B) inversamente proporcional ao quadrado do módulo da velocidade de lançamento. (C) inversamente proporcional ao módulo da velocidade de lançamento. (D) diretamente proporcional ao quadrado do módulo da velocidade de lançamento.

3.3. A partir dos dados adquiridos com o sensor de movimento, concluiu-se que, durante a subida, a componente escalar, segundo o eixo Ox, da posição, x, da bola sobre o plano variava com o tempo, t, de acordo com a equação

x = 1,5 t 2 − 2,4 t + 2,0

^SIh

Apresente o gráfico da componente escalar da posição, x, da bola em função do tempo, t, desde o instante em que a bola foi lançada ( t = 0 s ) até ao instante em que, sobre o plano, a bola inverteu o sentido do movimento. Utilize a calculadora gráfica. Na sua resposta, deve reproduzir o gráfico obtido com a calculadora, no intervalo de tempo considerado, indicando no gráfico:

• as grandezas representadas e as respetivas unidades; • as coordenadas dos pontos que correspondem ao instante em que a bola foi lançada e ao instante em que, sobre o plano, a bola inverteu o sentido do movimento.


GRUPO IV 1. O trióxido de enxofre, SO3, pode decompor-se, em fase gasosa, originando dióxido de enxofre, SO2, e oxigénio, O2 . A reação pode ser traduzida por

2 SO3(g) ? 2 SO2(g) + O2(g) 1.1. Considere que num recipiente de 2,0 dm3 se introduziram 4,0 mol de SO3(g), à temperatura T . Depois de o sistema químico atingir o equilíbrio, verificou-se que apenas 40% da quantidade inicial de SO3(g) tinha reagido. Determine a constante de equilíbrio, Kc , da reação considerada, à temperatura T . Apresente todas as etapas de resolução.

1.2. A reação de decomposição do SO3(g) é uma reação endotérmica, em que o sistema químico absorve 9,82 × 104 J por cada mole de SO3 que se decompõe. A variação de energia, em joule (J ), associada à decomposição de duas moles de SO3(g) será (A) - ^9,82 × 10 4 × 2h J (B) + c

9,82 ×10 4 m J 2

(C) + ^9,82 × 10 4 × 2h J (D) - c

9,82 ×10 4 m J 2

2. Quantas vezes é que a densidade do SO3(g) é maior do que a densidade do SO2(g), nas mesmas condições de pressão e de temperatura? Apresente o resultado com três algarismos significativos.

3. O SO3(g) é usado na preparação do ácido sulfúrico comercial, por reação com vapor de água. A reação que ocorre pode ser traduzida por

SO3(g) + H2O(g) ? H2SO4(aq) Considere que se obtém uma solução concentrada de ácido sulfúrico, de densidade 1,84 g cm-3, que contém 98%, em massa, de H2SO4. Determine a massa de H2SO4 que existe em 100 cm3 da solução. Apresente todas as etapas de resolução.


GRUPO V 1. Considere que se representa a molécula de O2 utilizando a notação de Lewis. Quantos pares de eletrões de valência não ligantes devem ser representados em cada um dos átomos de oxigénio? (A) Um par.

(B) Dois pares.

(C) Três pares.

(D) Quatro pares.

2. Um dos eletrões de valência menos energéticos de um átomo de oxigénio, no estado fundamental, pode ser caracterizado pelo conjunto de números quânticos (A) c 2, 1, 0, + 1 m

2

(B) c 2, 0, 0, – 1 m

2

(C) c 2, 1, 2, + 1 m

2

(D) c 2, 0, 1, – 1 m

2

3. A energia de ionização do átomo de oxigénio, isolado e em fase gasosa, é a energia mínima necessária para que, a partir do átomo no estado fundamental, se forme o ião (A) O-(g)

(B) O2-(g)

(C) O+(g)

(D) O2+(g)

4. O lítio é um elemento químico que, na tabela periódica, está situado no mesmo período do oxigénio, mas que pertence ao grupo 1. Na Figura 4, está representado, a preto e branco, o espectro de emissão atómico do lítio, na região do visível.

Figura 4

Represente, utilizando a mesma escala, o espectro de absorção atómico do lítio, na região do visível.


GRUPO VI O nitrato de potássio, KNO3, é um sal inorgânico muito solúvel em água. O equilíbrio que se estabelece entre o sal sólido e os iões resultantes da dissolução do sal em água pode ser traduzido por -

KNO3(s) ? K+(aq) + NO3 (aq)

1. Considere que se prepara uma solução aquosa de KNO3 por dissolução do soluto sólido.

1.1. O intervalo de tempo necessário à dissolução completa do KNO3(s) (A) não depende do estado de divisão do sólido, nem da agitação da solução. (B) não depende do estado de divisão do sólido, mas depende da agitação da solução. (C) depende do estado de divisão do sólido e da agitação da solução. (D) depende do estado de divisão do sólido, mas não depende da agitação da solução.

1.2. Admita que a solução aquosa de KNO3 preparada é uma solução saturada e que s é a solubilidade do KNO3 em água, expressa em mol dm- 3, à temperatura a que se encontra a solução. -

Qual é a relação entre a solubilidade, s, e as concentrações dos iões K+(aq) e NO3 (aq), também expressas em mol dm- 3, nessa solução? (A) s =

6K + @ =

6 NO 3 @ −

(B) s = 6 K + @ = 6 NO 3 @ 2 −

2

(C) s =

6K + @ 6 NO 3 @ = 2 2 −

(D) s = 6 K + @ = 6 NO 3 @ −


solubilidade / (massa de sal (g) / 100g de água)

2. Na Figura 5, está representada a curva que traduz a solubilidade do KNO3 em água, expressa em massa de sal, em gramas (g), por 100 g de água, em função da temperatura.

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

temperatura / ºC

Figura 5

2.1. Que massa, em gramas (g) , de KNO3 é possível dissolver em 50 g de água à temperatura de 40 ºC?

2.2. Considere que, ao fazer o estudo experimental da solubilidade do KNO3 em água em função da temperatura, um grupo de alunos obteve o valor de 55 g de KNO3 por 100 g de água à temperatura de 30 ºC. Determine o erro relativo, em percentagem, deste valor experimental. Apresente todas as etapas de resolução.

2.3. Conclua, justificando, se a dissolução do KNO3(s) em água é um processo endotérmico ou um processo exotérmico.

FIM


COTAÇÕES GRUPO I 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. 3.1. .................................................................................................. 3.2. .................................................................................................. 4. ...........................................................................................................

5 pontos 15 pontos 5 pontos 10 pontos 10 pontos 45 pontos

GRUPO II 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 2. ........................................................................................................... 3. ........................................................................................................... 4. ...........................................................................................................


GRUPO III 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. 3.1. .................................................................................................. 3.2. .................................................................................................. 3.3. ..................................................................................................


GRUPO IV 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 2. ........................................................................................................... 3. ...........................................................................................................

10 pontos 5 pontos 5 pontos 10 pontos 30 pontos

GRUPO V 1. 2. 3. 4.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO VI 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. ..................................................................................................

5 pontos 5 pontos

2.1. .................................................................................................. 2.2. .................................................................................................. 2.3. ..................................................................................................


2.

35 pontos TOTAL .........................................


200 pontos


Grupo I 1. cotação: 5

3.2. cotação: 10

; facilidade: 0,71

(B) v=

d t 4

300 000 3,00 × 105 × 103

km 3,6 × 10 km = s t 4

m 3,6 × 10 × 10 m = s t t= =

2. cotação: 15

3

3,6 × 104 × 103 3,00 × 105 × 103 3,6 × 104 × 103 3,00 × 108

s

s

; facilidade: 0,30

Admite-se que o satélite tem uma órbita circular com centro no centro da Terra. O raio dessa órbita é: r = 6,4 + 106 m + 3,6 × 104 × 103 m = 4,24 × 107 m Como a força gravítica no satélite, dada pela lei da gravitação universal, é a única força no satélite, vem, de acordo com a segunda lei de Newton: m × mTerra m× a = G r2 m a = G Terra r2 = 6,67 × 10−11

5,98 × 1024

(4,24 × 10 ) 7

2

= 0,22 m/s2 Esta aceleração permite-nos calcular a velocidade do satélite (constante em magnitude e tangente à trajetória), uma vez que a aceleração centrípeta é dada por:

1. cotação: 5

Energia obtida em kWh durante um dia (24 h), com um rendimento de 20%: 20 15,6 kW × 24 h × = 74,88 kWh → 75 kWh 100 4. cotação: 10

Grupo II 1. 1.1. cotação: 15

; facilidade: 0,42

Convecção do ar. O ar próximo da chama aquece. Esse ar quente tem menor densidade e origina uma corrente ascendente no interior do balão. Essa corrente ascendente “empurra o ar” no interior do balão, originando uma corrente descendente de ar frio, com maior densidade. Estas correntes, ascendente de ar quente e descendente de ar frio, explicam a transferência de energia para todo o ar do balão. 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,76

(C) volume molar = Vm

2 × π × 4.24 × 10 3067 = 86 862 s 86 862 s = 3600 s/h = 24.1 h → 24 h 3.

; facilidade: 0,35

(A) O painel não pode estar paralelo à direção da radiação solar: se estivesse, a sua potência por metro quadrado seria nula porque não incidiria radiação no painel (as opções C e D não fazem sentido). O painel não necessita de ter uma área de 1 m2 para ter uma intensidade de 1,3 × 103 watts por metro quadrado. Se o painel estiver numa direção inclinada, mas não perpendicular, necessitará de uma área maior para receber a mesma potência.

volume do gás dm 3 = mol quantidade de substância

Vm

0,21× 800 m 3 dm 3 = mol quantidade de substância

Vm

dm 3 0,21× 800 m 3 = mol n

= 0.2219 × 4.24 × 107 = 3067 m/s

3.1. cotação: 5

; facilidade: 0,22

As micro-ondas na atmosfera terrestre: (1) não se refletem significativamente; (2) são pouco absorvidas.

n=

7

; facilidade: 0,60

Potência incidente nos painéis de 12 m2: kW 1,3 2 × 12 m 2 = 15,6 kW m

Donde: v = a×r

Conhecendo a velocidade e a distância percorrida numa volta completa, podemos calcular o tempo que demora a percorrer essa volta completa: d v= t d t= v 2× π×r = v

4. cotação: 5

(C) Na troposfera, a temperatura diminui quando a altitude aumenta.

v2 a= r

=

; facilidade: 0,37

Intensidade da radiação em kW por metro quadrado: kW W 1,3× 103 2 = 1,3 2 m m

0,21× 800 m 3 Vm

=

dm 3 mol

0,21× 800 × 103 dm 3 Vm

= 2. cotação: 5

dm 3 mol

0,21× 800 × 103 mol Vm

; facilidade: 0,74

(B) 1,32 × 10−3 atm 1,00 atm − 0,60 atm = h 10 m 0,40 atm × 10 m h= 1,32 × 10−3 atm 3

= 3,0 × 10 m 3. cotação: 5

; facilidade: 0,57

(A) A força gravítica apenas realiza trabalho no percurso vertical porque no percurso horizontal é perpendicular ao deslocamento. No percurso vertical, ascendente, a força gravítica aponta para baixo e o deslocamento é para cima: o ângulo entre a força e o deslocamento é de 180°. Assim, o trabalho da força gravítica é dado por: ! W = Fg × Δr × cos α = m g × 2,0 × 103 m × cos180º

( )

= m g × 2,0 × 103 m × −1 3

= −2,0 × 10 m g

Grupo III ; facilidade: 0,44

(D) Em queda livre, a aceleração é 10 (m/s)/s. No referencial indicado, a posição y da bola é: 1 y = g t2 2 1 = × 10 × t 2 2 Assim, ao fim de 0,2 s e de 0,4 s a posição y da bola, considerada como uma partícula, é, respetivamente: 1 y = × 10 × 0,22 = 0,2 m 2 1 y = × 10 × 0,42 = 0,8 m 2 2 cotação: 10

; facilidade: 0,17

Quando a bola de 4,0 g = 0,0040 kg percorre 50,0 cm = 0,500 m, a soma das forças na bola é nula, porque a bola mantém a sua energia cinética (vai com velocidade constante, a velocidade terminal). O trabalho do peso da bola é positivo (a força e o deslocamento apontam ambos para baixo): W = m g h = 0,0040 × 10 × 0,500 = 0,020 J O trabalho do peso não provoca o aumento da energia cinética da bola porque ela se move com velocidade constante, a velocidade terminal. Este trabalho é, pois, dissipado. Portanto, a energia dissipada é 0,020 J = 2,0 × 10–2 J . 3. 3.1. cotação: 5

; facilidade: 0,65

(A) Enquanto a bola estiver a subir o plano, já depois de ter sido lançada, a aceleração aponta para trás e a velocidade para a frente. Deste modo, a velocidade vai diminuindo até a bola atingir a altura máxima: o movimento é retardado. 3.2. cotação: 5

; facilidade: 0,43

(D) A energia potencial da bola, na altura máxima vai depender da energia cinética inicial da bola, se se desprezarem as forças dissipativas. A energia potencial é diretamente proporcional à altura. Como a energia cinética inicial é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade inicial, a altura máxima é também diretamente proporcional ao quadrado da velocidade inicial. 3.3. cotação: 10

; facilidade: 0,50

A origem do eixo Ox está no cimo do plano e o eixo aponta para baixo paralelamente ao plano. Nesse eixo, a coordenada x é dada por, em unidades SI: x = 1,5 t2 – 2,4 t + 2,0 Tendo em conta a equação geral da posição num movimento retilíneo com aceleração constante, 1 x = ax t 2 + v0x t + x0 2 podemos concluir que: (a) a componente escalar da aceleração é ax = 3,0 (m/s)/s; (b) a componente escalar da velocidade inicial (velocidade no instante em que se começa a medir o tempo) é v0x = –2,4 m/s; (c) a posição inicial é x0 = 2,0 m. Assim, a equação da velocidade desse movimento, no referencial indicado, é: v x = ax t + v0x v x = 3,0 t − 2,4 O tempo decorrido até a velocidade se anular, no


Resolução do Exame de Física e Química A (11.º ano), 2013, 2.ª Fase

ponto mais alto da trajetória, é tal que: 0 = 3,0 t − 2,4 Donde, t = 0,8 s. Ao fim desse tempo, a partícula está na posição: 1 x = ax t 2 + v0x t + x0 2 1 x = 3,0 t 2 − 2,4 t + 2,0 2 2 1 = 3,0 × 0,8 − 2,4 × 0,8 + 2,0 2 = 1,04 m → 1,0 m

( )

O gráfico de x entre t = 0 s e t = 0,8 s, obtido com a calculadora, é:

1.2. cotação: 5

maior for o estado de agitação da mistura.

; facilidade: 0,67

(C) Reação endotérmica: a variação de energia interna do sistema é positiva, as opções (A) e (D) não fazem sentido. Se o sistema absorve 9,82 × 104 J por cada mole de SO3 que se decompõe, então absorve o dobro por cada duas moles. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,38

As massas molares das duas espécies químicas são: g M SO = 32,07 + 3× 16,00 3 mol g M SO = 32,07 + 2 × 16,00 2 mol Admitindo amostras destes gases com volume igual ao volume molar, as massas destas amostras são, respetivamente: m SO = 32,07 + 3× 16,00 g 3

m SO

2

)

2.

(

)

Cada mm da escala vertical corresponde a 2 unidades. Por leitura direta, conclui-se que à temperatura de 40 °C, a solubilidade é 62 g de KNO3 por 100 g de água. Ou seja, para 50 g de água, a massa de KNO3 para se obter uma solução saturada é metade de 62 g, isto é, 31 g.

( ) = ( 32,07 + 2 × 16,00 ) g

(32,07 + 3× 16,00) g = 1,25 (32,07 + 2 × 16,00) g

2,0 m 1,0 m 0m

0s

t/s

0,8 s

Grupo IV 1. 1.1 cotação: 10

; facilidade: 0,31

2 SO3 (g) 2 SO! SO223! (g) SO SO223SO (g) 2! SO ! 2(g) SO O! 22+(g) SO2O (g) + (g) +2 (g) O+2 (g) O2 (g) 32(g) 3 (g) 2+ 2SO 2 (g) 2O no início 4,0 mol

Portanto, a densidade do SO3 é 1,25 vezes maior do que a densidade do SO2. 3. cotação: 10

reagiram 40 % da quantidade inicial de SO3 40% de 4,0 mol = = 0,40 × 4,0 mol = 1,60 mol no equilíbrio 4,0 mol – 1,60 mol = 2,40 mol

Se a percentagem, em massa, de ácido sulfúrico na solução é de 98%, destes 184 g apenas 98% correspondem ao ácido: 98 × 184 g = 180,3 g → 180 g 100 Grupo V

0,80 mol a proporção é de 2 moles de SO3 para 1 mole de O2

Como o volume do recipiente é 2,0 dm3, as concentrações de equilíbrio são: 2,40 mol ⎡⎣SO3 ⎤⎦ = eq 2,0 dm 3

; facilidade: 0,65

(B) Notação de Lewis da molécula O2: O O Em cada átomo de oxigénio há dois pares de eletrões de valência não ligantes. 2. cotação: 5

1,60 mol a proporção é de 2 moles de SO3 para 2 moles de SO2

; facilidade: 0,64

Como a densidade da solução é 1,84 g/cm3, o volume de 100 cm3 da solução tem a massa de: g 1,84 3 × 100 cm 3 = 184 g cm

1. cotação: 5

; facilidade: 0,45

(B) Configuração eletrónica do átomo de oxigénio no estado fundamental: (1s)2(2s)2(2p)4. Os eletrões de valência estão no nível 2. Desses, os de menor energia são os da orbital 2s, cujos números quânticos são (2, 0, 0, + ½) e (2, 0, 0, – ½). Portanto, só a opção (B) pode estar correta. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,24

⎡⎣SO2 ⎤⎦ = eq

1,60 mol 2,0 dm 3

(C) A energia de ionização é a energia mínima necessária para se formar um ião monopositivo a partir do átomo no seu estado fundamental.

⎡⎣O2 ⎤⎦ = eq

0,80 mol

4. cotação: 5

2,0 dm 3

Esquema do espectro de absorção (as zonas a branco devem ser coloridas, de acordo com o respetivo c.d.o., e as zonas a preto são “interrupções” nas zonas coloridas):

Tendo em conta a estequiometria da reação, as concentrações no equilíbrio e o facto da constante de equilíbrio não ter unidades, por definição, vem:

; facilidade: 0,64

2

Kc =

=

⎛ 1,60 ⎞ 0,80 ⎜⎝ 2,0 ⎟⎠ × 2,0 ⎛ 2,40 ⎞ ⎜⎝ 2,0 ⎟⎠

0,802 × 0,40

1,20 = 0,18

2

Grupo VI

2

1. 1.1. cotação: 5

; facilidade: 0,60

(D) A solubilidade s de um sal em água é a concentração do sal dissolvido numa solução aquosa saturada. No caso do nitrato de potássio, KNO3, a proporção entre os iões K+ e NO3– é de 1 para 1. Logo, as concentrações dos iões potássio e nitrato são iguais à concentração do nitrato de potássio que se dissolveu e, portanto, à solubilidade.

(

Comparando estas massas, comparamos as densidades dos dois gases, uma vez que se referem ao mesmo volume:

O esboço do gráfico, tendo em conta as grandezas representadas e as respetivas unidades, é: x/m

1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,80

(C) A dissolução é tanto mais rápida: (a) quanto maior for o estado de divisão do soluto sólido; (b) quanto

2.1. cotação: 5

2.2 cotação: 10

; facilidade: 0,59

; facilidade: 0,46

Por leitura direta do gráfico verifica-se que a 30 ºC a solubilidade de KNO3 é 46 g por 100 g de água. Assumimos este valor como valor tabelado, exato. O valor medido pelo grupo de alunos é 55 g, o que representa um erro absoluto de 9 g face ao valor exato. Em percentagem, este erro é: 9g × 100% = 20% 46 g Portanto, o erro relativo é de 20%. 2.3 cotação: 10

; facilidade: 0,31

Do gráfico conclui-se que à medida que a temperatura da solução aumenta, a solubilidade aumenta também. Ou seja, o aumento da temperatura favorece a dissolução de KNO3. O Princípio de Le Châtelier estabelece que quando se perturba um sistema em equílibrio, este reage à perturbação, contrariando-a, até atingir um novo estado de equilíbrio. Aumentando a temperatura fornece-se energia ao sistema (solução) e este reage de modo a contrariar essa perturbação, isto é, o sistema tende a contrariar o aumento de temperatura, o que implica favorecer o processo endotérmico. Portanto, a dissolução de KNO3 é um processo endotérmico.

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho


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2013


• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. A prova inclui uma tabela de constantes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e uma tabela periódica na página 4. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.



c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


v = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1


m


n



P = e v AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®


W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h


W = DEc


m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

1



v2 ac = — r 2rr v = —— T 2r ~ = —— T v m=— f

y = A sin(~t)

Um = B A cosa

|DUm| |fi| = —–—– Dt




88

Ra

[226]

87

[223]

137,33

132,91

Fr

56

Ba

55

Cs

87,62

85,47

39

38

Sr

37

Rb

44,96

40,08

39,10

21

73

232,04

[227]

91

90

Th

89

Ac

140,91

140,12

138,91

59

231,04

Pa

Pr

58

Ce

57

[262]

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

[261]

Rf

104

178,49

Ta

72

Hf

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

La

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

Sc

20

Ca

3

K

24,31

22,99

19

12

Mg

11

9,01

6,94

Na

4

Be

3

2

Li

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

78

Pt

Ir

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

50

Sn

49

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

[262]

Lr

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível. Utilize unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado, na tabela de constantes e na tabela periódica). Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado.

GRUPO I Quando um sistema químico, no qual ocorra uma reação química reversível, se encontra num estado de equilíbrio – o que, em rigor, só é possível se não houver trocas, nem de matéria nem de energia, entre o sistema e o exterior –, as concentrações dos reagentes e dos produtos envolvidos na reação mantêm-se constantes ao longo do tempo, não existindo alterações visíveis no sistema. O facto de as propriedades macroscópicas de um sistema químico em equilíbrio não sofrerem alteração pode sugerir que terá deixado de ocorrer qualquer reação. No entanto, a nível molecular, tanto a reação direta, na qual os reagentes se convertem em produtos, como a reação inversa, na qual os produtos se convertem em reagentes, continuam efetivamente a dar-se, em simultâneo, ocorrendo ambas à mesma velocidade. O equilíbrio químico não significa, portanto, ausência de reação. Assim, num sistema químico em equilíbrio, os reagentes e os produtos encontram-se todos presentes, em simultâneo, em concentrações que não variam ao longo do tempo. Baseado em A. Pereira e F. Camões, Química 12.º ano, 2001

1. Identifique uma das «propriedades macroscópicas» a que o texto se refere.

2. O equilíbrio que se estabelece num sistema químico é dinâmico porque (A) as concentrações dos reagentes e dos produtos se mantêm constantes ao longo do tempo. (B) não existem alterações visíveis no sistema. (C) tanto a reação direta como a reação inversa se continuam a dar.

3. A Figura 1 apresenta o esboço do gráfico da concentração, em função do tempo, de três espécies que participam numa reação química. Transcreva do texto a afirmação que permite justificar que o esboço do gráfico apresentado não pode traduzir o estabelecimento de um estado de equilíbrio químico.

concentração

(D) os reagentes e os produtos se encontram todos presentes, em simultâneo.

0

0

tempo

Figura 1


4. «[...] se não houver trocas, nem de matéria nem de energia, entre o sistema e o exterior [...]», o sistema químico será um sistema (A) fechado e a sua energia interna manter-se-á constante. (B) isolado e a sua energia interna manter-se-á constante. (C) fechado e a sua energia interna variará. (D) isolado e a sua energia interna variará.

concentração

5. A Figura 2 apresenta o gráfico que traduz a evolução da concentração, ao longo do tempo, das espécies A, B e C que intervêm numa reação química em fase gasosa, à temperatura T.

C

A

B 0

0

tempo

Figura 2


5.1. Na tabela seguinte, estão registadas concentrações de equilíbrio das espécies A, B e C, relativas a um mesmo estado de equilíbrio do sistema químico, à temperatura T.

Espécie

Concentração de equilíbrio/ mol dm–3

A

0,144

B

0,0238

C

0,432

Determine a constante de equilíbrio, Kc , da reação considerada, à temperatura T. Apresente todas as etapas de resolução.

5.2. Considere que a reação de formação da espécie C é uma reação exotérmica. Conclua, justificando, como variará a constante de equilíbrio, Kc , da reação considerada se a temperatura aumentar.


GRUPO II

1. Uma lata contendo um refrigerante foi exposta à luz solar até ficar em equilíbrio térmico com a sua vizinhança.

1.1. Sob que forma foi transferida a energia do Sol para a lata?

1.2. Quando o sistema lata + refrigerante ficou em equilíbrio térmico com a sua vizinhança, a temperatura média do sistema passou a ser constante. Estabelecido o equilíbrio térmico, o sistema (A) deixou de absorver energia do exterior. (B) deixou de trocar energia com o exterior. (C) passou a emitir e a absorver energia à mesma taxa temporal. (D) passou a emitir e a absorver energia a taxas temporais diferentes.

1.3. A lata continha 0,34 kg de um refrigerante de capacidade térmica mássica 4,2 × 103 J kg-1 ºC-1. Considere que a área da superfície da lata exposta à luz solar era 1,4 × 102 cm2 e que a intensidade média da radiação solar incidente era 6,0 × 102 W m-2. Verificou-se que, ao fim de 90 min de exposição, a temperatura do refrigerante tinha aumentado 16,5 ºC. Determine a percentagem da energia incidente na área da superfície da lata exposta à luz solar que terá contribuído para o aumento da energia interna do refrigerante, no intervalo de tempo considerado. Apresente todas as etapas de resolução.

2. Uma cafeteira com água previamente aquecida foi abandonada sobre uma bancada até a água ficar à temperatura ambiente. Conclua, justificando, se a taxa temporal de transferência de energia como calor, através das paredes da cafeteira, aumentou, diminuiu ou se manteve constante, desde o instante em que se abandonou a cafeteira com água sobre a bancada até ao instante em que a água ficou à temperatura ambiente.


GRUPO III

A Figura 3 representa um feixe de luz monocromática, muito fino, que incide na superfície de separação de dois meios transparentes, I e II. Uma parte do feixe incidente sofre reflexão nessa superfície e outra parte é refratada, passando a propagar-se no meio II.

70º

Meio I Meio II

1. Qual é o ângulo entre o feixe incidente e o feixe refletido?

Figura 3

(A) 20º (B) 40º (C) 60º (D) 70º

2. Admita que, para a radiação considerada, o índice de refração do meio I é o dobro do índice de refração do meio II.

2.1. Comparando o módulo da velocidade de propagação dessa radiação nos meios I e II, respetivamente v I e v II , e o seu comprimento de onda nos meios I e II, respetivamente mI e mII , conclui-se que (A) v I = 2 v II e mI = 2 mII

1 2

(B) v I = 2 v II e mI = – mII

1 2 1 1 (D) v I = – v II e mI = – mII 2 2 (C) v I = – v II e mI = 2mII

2.2. Qual é o ângulo de incidência a partir do qual ocorre reflexão total da radiação considerada na superfície de separação dos meios I e II? (A) 10º (B) 28º (C) 30º (D) 40º


GRUPO IV

1. O carbono é um elemento químico que entra na constituição de um grande número de compostos.

1.1. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões de um átomo de carbono no estado fundamental? (A) Seis. (B) Quatro. (C) Três. (D) Dois.

1.2. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a um átomo de carbono num estado excitado? (A) 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0 (B) 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1 (C) 1s2 2s2 2px1 2py0 2pz1 (D) 1s2 2s1 2px0 2py0 2pz3

2. O ião cianeto, CN -, constituído pelos elementos químicos carbono e nitrogénio, é muito tóxico.

2.1. O ião cianeto apresenta, no total, o mesmo número de eletrões que a molécula N2. O ião CN - apresenta, assim, no total, (A) catorze eletrões, seis dos quais são de valência. (B) dez eletrões, sete dos quais são de valência. (C) dez eletrões, seis dos quais são de valência. (D) catorze eletrões, dez dos quais são de valência.

2.2. No ião cianeto, a ligação entre o átomo de carbono e o átomo de nitrogénio é uma ligação covalente tripla, tal como a ligação entre os átomos de nitrogénio na molécula N2. Preveja, justificando com base nas posições relativas dos elementos carbono e nitrogénio na tabela periódica, qual das ligações, C ≡ N ou N ≡ N, apresentará maior energia de ligação.


3. O cianeto de hidrogénio, HCN, que tem um cheiro característico a amêndoa amarga, apresenta um ponto de ebulição de 26 ºC, à pressão de 1 atm.

3.1. Um teor de HCN , no ar, de 0,860 ppm corresponde a um teor, expresso em percentagem em massa, de (A) 8,60 × 10-7 % (B) 8,60 × 10- 5 % (C) 8,60 × 10- 2 % (D) 8,60 × 10 3 %

3.2. Considere que a densidade do HCN (g) (M = 27,03 g mol-1), à pressão de 1 atm e à temperatura de 30 ºC, é 1,086 g dm-3. Qual das expressões seguintes permite calcular a quantidade de HCN (g) que existe numa amostra pura de 5,0 dm3 desse gás, nas condições de pressão e de temperatura referidas? (A) e

1,086 × 5,0 o mol 27,03

(B) e

27,03 o mol 1,086 × 5,0

(C) e

1,086 o mol 27,03 × 5,0

(D) e

27,03 × 5,0 o mol 1,086


GRUPO V O cianeto de hidrogénio dissolve-se em água, dando origem ao ácido cianídrico, HCN(aq), um ácido monoprótico fraco, cuja constante de acidez é 4,9 × 10-10, a 25 ºC. A reação do ácido cianídrico com a água pode ser traduzida por

HCN(aq) + H2O(l ) ? CN -(aq) + H3O+ (aq)

1. Escreva a equação química que traduz a reação do ião cianeto, CN -(aq), com a água. Refira, justificando, se esse ião se comporta, nessa reação, como um ácido ou como uma base segundo Brönsted-Lowry.

2. O ácido nitroso, HNO2(aq), é outro ácido monoprótico fraco, cuja constante de acidez é 4,5 × 10-4, a 25 ºC. A reação do ácido nitroso com a água pode ser traduzida por

HNO2 (aq) + H2O(l ) ? NO-2 (aq) + H3O+ (aq)

2.1. Comparando, em termos das respetivas ordens de grandeza, a força do ácido nitroso com a força do ácido cianídrico, conclui-se que o ácido nitroso é cerca de (A) 106 vezes mais forte do que o ácido cianídrico. (B) 104 vezes mais forte do que o ácido cianídrico. (C) 106 vezes mais fraco do que o ácido cianídrico. (D) 104 vezes mais fraco do que o ácido cianídrico.

2.2. Considere uma solução de ácido nitroso cujo pH, a 25 ºC, é 2,72. Determine a concentração inicial de HNO2 na solução, à mesma temperatura. Apresente todas as etapas de resolução.


GRUPO VI 2,5

Colocou-se um balão cheio de ar (com alguns feijões no seu interior) sob um sensor de movimento ligado a um sistema de aquisição de dados adequado. Seguidamente, largou-se o balão, de modo que caísse verticalmente segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Oy de um referencial unidimensional.

vy / m s -1

2,0

1,5

1,0

0,5

A Figura 4 representa o gráfico da componente escalar, segundo o eixo Oy, da velocidade, vy, do balão em função do tempo, t, no intervalo de tempo em que os dados foram registados.

0

0,5

1,0

1,5

2,0

t /s

Figura 4

1. Considere o deslocamento do balão, de massa 4,8 g , no intervalo de tempo [1,3 ; 1,7] s. Determine o trabalho realizado pelo peso do balão nesse deslocamento. Apresente todas as etapas de resolução.

2. No intervalo de tempo [0,4 ; 1,7] s, a energia mecânica do sistema balão + Terra (A) diminuiu sempre. (B) diminuiu e depois manteve-se constante. (C) aumentou sempre. (D) aumentou e depois manteve-se constante.

3. Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a energia potencial gravítica do sistema balão + Terra em função da altura, h, em relação ao solo?

(A) Ep

0

(B) Ep

h

(C) Ep

0

0

h

(D) Ep

h

0

h


GRUPO VII

Para estudar a relação entre o módulo da velocidade de lançamento horizontal de uma esfera e o seu alcance, um grupo de alunos montou, sobre uma mesa, uma calha polida, que terminava num troço horizontal, situado a uma determinada altura em relação ao solo, tal como esquematizado na Figura 5 (a figura não se encontra à escala). Junto à posição B, os alunos colocaram uma célula fotoelétrica ligada a um cronómetro digital e, no solo, colocaram uma caixa com areia onde a esfera, E, deveria cair. A

h máx B

y O

E x

d Figura 5

Os alunos realizaram vários ensaios nos quais abandonaram a esfera de diversas posições sobre a calha, medindo, em cada ensaio, o tempo, Δt, que a esfera demorava a passar em frente à célula fotoelétrica e o alcance do lançamento horizontal.

1. Num primeiro conjunto de ensaios, os alunos abandonaram a esfera, de diâmetro 27,0 mm, sempre da posição A sobre a calha. A tabela seguinte apresenta os tempos, Δt, que a esfera demorou a passar em frente à célula fotoelétrica.

Ensaio

Δt /s (± 0,0001 s)

1.º

0,0150

2.º

0,0147

3.º

0,0147

Calcule o valor mais provável do módulo da velocidade com que a esfera passa na posição B, em frente à célula fotoelétrica, quando é abandonada da posição A. Apresente todas as etapas de resolução.


2. Os alunos realizaram, ainda, outros conjuntos de ensaios, em cada um dos quais abandonaram a esfera de uma mesma posição sobre a calha. Para cada um desses conjuntos de ensaios, determinaram o módulo da velocidade de lançamento da esfera (módulo da velocidade com que a esfera passava na posição B) e o respetivo alcance. Os valores obtidos estão registados na tabela seguinte. Módulo da velocidade de lançamento / m s–1

Alcance/ m

1,98

0,929

1,86

0,873

1,79

0,840

1,60

0,750

1,48

0,695

Os alunos traçaram, na calculadora gráfica, o gráfico do alcance em função do módulo da velocidade de lançamento, obtendo a equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela.

2.1. Qual é o significado físico do declive da reta obtida?

2.2. Considere que a distância d representada na Figura 5 é 1,10 m. Considere que são desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que a esfera pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). Calcule a altura máxima, hmáx , em relação ao tampo da mesa, da qual a esfera pode ser abandonada, de modo a cair na caixa com areia. Comece por apresentar a equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela. Apresente todas as etapas de resolução.

FIM


COTAÇÕES GRUPO I 1. 2. 3. 4. 5.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


5.1. .................................................................................................. 5.2. ..................................................................................................


GRUPO II 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. .................................................................................................. 2. ...........................................................................................................


GRUPO III 1. ........................................................................................................... 2. 2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................


GRUPO IV 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. ..................................................................................................

5 pontos 5 pontos

2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................

5 pontos 15 pontos

3.1. .................................................................................................. 3.2. ..................................................................................................

5 pontos 5 pontos

2. 3.

40 pontos

GRUPO V 1. ........................................................................................................... 2. 2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................


GRUPO VI 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. ...........................................................................................................


GRUPO VII 1. ........................................................................................................... 2. 2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................


TOTAL .........................................


200 pontos

%


15

11.5 12.0 11.1 8.6

10

9.5

7.7 8.0 5.6 4.8 4.0 3.2 2.5 1.9 1.4 0.9 0.5 0.2

4.8 5 0.0 0.2


1.6

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

GRUPO I 1. cotação: 5

Intensidade média da radiação solar na lata:

Concentrações de reagentes. [OU concentrações de produtos OU temperatura do sistema OU pressão no sistema OU cor do sistema.] 2. cotação: 5

; facilidade: 0,72

⎛ 1 ⎞ 1,4 × 102 cm 2 = 1,4 × 102 ⎜ m ⎝ 100 ⎟⎠ = 1,4 × 102 ×

; facilidade: 0,68

(…) num sistema químico em equilíbrio, os reagentes e os produtos encontram-se todos presentes, em simultâneo (…) 4. cotação: 5

; facilidade: 0,85

(B) Não havendo trocas de massa e de energia, o sistema é isolado. Num sistema isolado, por definição, a energia interna é constante.

6,0 × 102J s × 1,4 × 10−2 m 2 × 5400 s m2 Calor recebido pelo refrigerante no interior da lata durante os 90 minutos: Q = m c Δθ

1 unidade

1 unidade

2 unidades

A (g) + B (g) ! 2 C (g) Cálculo da constante de equilíbrio: Kc =

[C]e 2 0,4322 = = 54,5 [A]e × [B] e 0,144 × 0,0238

5.2. cotação: 10

; facilidade: 0,25

A reação A (g) + B (g) ! 2 C (g) é exotérmica. Aumentando a temperatura, de acordo com o Princípio de Le Châtelier, o sistema reage de modo a diminuir a temperatura, isto é, favorece-se a reação que aumenta a concentração das espécies A e B. Aumentando essas concentrações, aumenta o denominador e diminui o numerador de Kc. Portanto, a constante de equilíbrio diminui. GRUPO II 1. 1.1. cotação: 5

; facilidade: 0,49

4,54 × 104J 2. cotação: 10

1.3. cotação: 10

; facilidade: 0,52

intensidade da radiação 6,0 × 102J 6,0 × 102 W s = m2 m2 área da lata = A aquecimento durante 90 min aumento de temperatura = 16,5 °C

2.2. cotação: 5

; facilidade: 0,49

(C) O ângulo crítico corresponde ao ângulo de refração de 90º. Utilizando a lei da refração, vem: nI × sin θ = nII × sin90º 2nII × sin θ = nII × sin90º 2nII × sin θ = nII × 1 1 2 θ = 30°

sin θ =

índice de refração nI = 2 nII

× 100 = 52%

; facilidade: 0,16

GRUPO III 1. cotação: 5

; facilidade: 0,62

(B) O ângulo de incidência (ângulo entre a normal no ponto de incidência e o feixe incidente) é de 90° – 20º = 70°. Logo, o ângulo de reflexão é também de 20º. O ângulo entre o feixe incidente e o feixe refletido é pois 20º + 20º = 40º). 20º 20º

; facilidade: 0,87

(C) Quando se atinge o equilíbrio térmico, a temperatura do sistema lata + refrigerante permanece constante. Como a energia interna depende da temperatura, também a energia interna se mantém constante. Para que a energia interna se mantenha constante, a energia emitida por unidade de tempo tem de ser igual à energia absorvida por unidade de tempo.

4,2 × 103 J × 16,5 °C kg × °C

A taxa de transferência de energia é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre a água da cafeteira e o ambiente, se tudo o resto se mantiver inalterável. Como a água da cafeteira vai arrefecendo, diminui a diferença de temperatura entre a água e o ambiente. Portanto, a taxa temporal de transferência de energia, como calor, através das paredes da cafeteira, diminui à medida que a água da cafeteira arrefece.

Radiação. 1.2. cotação: 5

vII = λ II f Logo, a relação entre os comprimentos de onda é a mesma que entre as velocidades: 1 λ = λI 2 II

Percentagem da energia incidente na lata que contribuiu para o aumento da energia interna do refrigerante no interior da lata:

A reação pode pois ser escrita como:

1 1 = vII vI

A velocidade e o comprimento de onda, para uma certa frequência (a frequência não se altera na refração), são diretamente proporcionais: vI = λ I f

= 2,36 × 104 J

2,36 × 104 J

2×

2

= 4,54 × 104J

= 0,34 kg ×

c c = vII vI

1 v = vI 2 II

m2

Tempo de aquecimento da lata: 90 × 60 s = 5400 s Aumento de temperatura da lata: 16,5 °C Energia da radiação incidente na superfície da lata durante os 90 minutos:

; facilidade: 0,10

As espécies A e B podem ser considerados como reagentes: a respetiva concentração diminui. A espécie C será então o produto: a sua concentração aumenta. No gráfico, pode estimar-se que por cada mole de A, reage 1 mole de B e formam-se 2 moles de C:

1 104

c vI

2× 2

= 1,4 × 10−2 m 2

5. 5.1. cotação: 10

2 × nII =

Área A da superfície da lata:

(C) Quando se atinge o equilíbrio, a reação direta e a reação inversa continuam a dar-se, à mesma velocidade. 3. cotação: 5

Donde:

6,0 × 102J 6,0 × 102 W s = m2 m2

; facilidade: 0,53

Meio I 90º

Meio II

índice de refração nII GRUPO IV 1 1.1 cotação: 5

; facilidade: 0,27

(C) A configuração eletrónica do átomo de carbono no estado fundamental é (1s)2 (2s)2 (2p)2. Há eletrões com três valores diferentes de energia: os dois da orbital 1s, os dois da orbital 2s e os dois de duas orbitais 2p, que são degeneradas, isto é, as três orbitais 2p têm a mesma energia. 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,57

(B) As opções (A) e (C) representam a configuração no estado fundamental. A opção (B) indica um estado excitado em que um eletrão 2s transitou para uma orbital 2p. A opção (D) tem três eletrões num orbital, o que é impossível. 2. 2.1. cotação: 5

2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,36

(D) Como o índice de refração do meio I é o dobro do do meio II, pode escrever-se: nI = 2 × nII Tendo em conta a definição de índice de refração, tem-se: c nI = vI nII =

c vII

; facilidade: 0,49

(D) No ião cianeto CN– há 4 eletrões de valência do carbono (n.º atómico 6, configuração (1s)2 (2s)2 (2p2), 5 eletrões de valência do nitrogénio (n.º atómico 7, configuração (1s)2 (2s)2 (2p)3 e 1 eletrão adicional. No total, há 6 + 7 + 1 = 14 eletrões, dos quais 4 + 5 + 1 = 10 são eletrões de valência. A molécula N2 tem 7 + 7 = 14 eletrões, dos quais 5 + 5 = 10 são eletrões de valência. 2.2. cotação: 15

; facilidade: 0,15

O raio atómico tende a diminuir ao longo de um período. O nitrogénio é o elemento que se segue ao carbono no mesmo período, logo é de prever que o raio atómico do nitrogénio seja menor do que o raio atómico do carbono. É, pois, possível que o


média = 8,1; desvio-padrão = 3,7; N.º de alunos (internos) = 30 499

comprimento da ligação N ≡ N seja menor do que o comprimento da ligação C ≡ N. Quando o comprimento da ligação é menor, há uma ligação mais forte. A energia de ligação N ≡ N deve ser maior do que a energia de ligação C ≡ N.

[H 3O+ ] = 10−pH = 10−2,72

= 1,905 × 10−3

3. 3.1. cotação: 5

; facilidade: 0,52

(B) “ppm” significa 1 parte por milhão. Logo, vem: 1 0,860 ppm = 0,860 × 6 10 1 1 = 8,60 × × 6 10 10 = 8,60 × 10−7 8,60 × 10 3.2. cotação: 5

× 100 = 8,60 × 10

−5

%

; facilidade: 0,78

(A) Massa molar do HCN (g): 27,03 g mol

dm 3

m=

1,086 g 3

A estequiometria da reação é: HNO2 (aq) + H 2O (l) ! NO2 − (aq) + H 3O+ (aq) Desprezando a autoionização da água (que é muito pequena) e tendo em conta a estequiometria da reação, tem-se: [NO2 − ] = [H 3O+ ]

0

x − 1,905 × 10−3

1,905 × 10−3

1,905 × 10−3

Portanto, as concentrações de equilíbrio são:

( x − 1,905 × 10 ) mol = ( x − 1,905 × 10 ) mol 1L L −3

−3

Ka = 4,5 × 10−4 =

[NO2 − ]eq × [H 3O+ ]eq [HNO2 ]eq 1,905 × 10−3 × 1,905 × 10−3 x − 1,905 × 10−3

−

CN (aq) + H 2O (l) ! HCN (aq) + HO (aq) O ião CN– comporta-se como uma base segundo Brönsted-Lowry, uma vez que aceita um protão H+ da água, originando o ácido cianídrico HCN.

Valor médio do intervalo de tempo na célula: 0,0150 + 0,0147+ 0,0147 s = 0,0148 s 3 Módulo da velocidade v da esfera em B: 27,0 × 10−3 m = 1,82 m/s 0,0148 s 2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,26

Tempo de voo da esfera entre B e E. A coordenada horizontal da posição x da esfera no referencial indicado é dada por x = v0x t sendo v0x a componente horizontal da velocidade de lançamento no ponto B. No eixo Ox a componente da velocidade é constante porque a aceleração é vertical. Representando o alcance por xE, a equação anterior pode ser escrita como xE = v0x t. O alcance é, pois, diretamente proporcional à velocidade de lançamento v0x, sendo t a constante de proporcionalidade. 2.2. cotação: 15

; facilidade: 0,24

Utilizando a calculadora para obter o declive t:

2

Concluindo: no volume de 1 L a quantidade de substância inicial de HNO2 é 1,0 × 10–2 mol. Logo, a concentração inicial de HNO2 é: [HNO2 ]inicial =

1,0 × 10−2 mol mol = 1,0 × 10−2 1L L GRUPO VI

; facilidade: 0,71

(A) Comparando a força dos dois ácidos, calculando o quociente das respetivas constantes de acidez, vem: Ka, HNO2 4,5 × 10−4 = Ka, HCN 4,9 × 10−10

=

; facilidade: 0,50

(1,905 × 10 )

2.

≈

GRUPO VII 1. cotação: 10

x = 0,010 = 1,0 × 10−2

; facilidade: 0,49

=

; facilidade: 0,40

(D) A energia potencial gravítica do sistema balão + Terra é diretamente proporcional à altura h medida em relação ao nível de referência.

x − 1,905 × 10−3 x = 0,0099695

GRUPO V

−4

4,5 10 × 4,9 10−10 10−4 10−10 1 10−6

= 106 O ácido nitroso HNO2 é, pois, aproximadamente 106 vezes mais forte do que o ácido cianídrico HCN. 2.2. cotação: 10

1,905 × 10−3 mol mol = 1,905 × 10−3 1L L

−3

4,5 × 10−4 =

3. cotação: 5

H 3O+ (aq)

Como, por definição, a constante de acidez não tem unidades, vem:

Quantidade de substância n em 5,0 dm3 de HCN (g): 27,03 g 1,086 × 5,0 g = n mol 1,086 × 5,0 g × mol n= 27,03 g 1,086 × 5,0 = mol 27,03

2.1. cotação: 5

+

0

[H 3O+ ]eq = [NO2 − ]eq =

× 5,0 dm 3

−

NO2 − (aq)

x

[HNO2 ]eq =

dm3:

dm = 1,086 × 5,0 g

1. cotação: 10

+ H 2O (l) !

HNO2 (aq)

Densidade do HCN (g) à pressão de 1 atm e à temperatura de 30 °C: 1,086 g Massa m de HCN (g) em 5,0 m 1,086 g = 5,0 dm 3 dm 3

mol L

A concentração inicial de HNO2 pode ser calculada a partir das concentrações de equilíbrio e da constante de acidez, tendo igualmente em conta a estequiometria da reação. Assumindo um volume de solução de 1 L, e representando por x a quantidade de substância inicial de HNO2, temos, no início e no equilíbrio, respetivamente (em moles):

Em percentagem, este valor é −7

A energia mecânica é a soma da energia cinética com a energia potencial. À medida que o balão descia, a diminuição de energia potencial não correspondia exatamente ao aumento de energia cinética, devido à resistência do ar. Na fase final de descida, a diminuição de energia potencial não correspondia a qualquer aumento de energia cinética, uma vez que a velocidade era constante.

mol L mol L

; facilidade: 0,32

O pH da solução de HNO2 a 25 ºC é: pH = 2,72 Com este valor de pH, a concentração de H3O+ é, tendo em conta a definição de pH:

1. cotação: 10

; facilidade: 0,28

Do gráfico, conclui-se que no intervalo [1,3; 1,7] s a velocidade é constante e igual a 1,7 m/s. Portanto, nesse intervalo de 0,4 s, o balão desloca-se verticalmente para baixo na distância de: d = v×t m = 1,7 × 0,4 s s = 0,68 m O peso do balão é: Fg = 4,8 × 10−3 kg × 10

N kg

= 4,8 × 10−2 N O peso realiza trabalho positivo (o peso aponta para baixo, tal como o deslocamento, na mesma direção, ângulo nulo entre o peso e o deslocamento): W = Fg × d × cos0° = 4,8 × 10−2 N × 0,68 m × 1 = 3,3× 10−2 J 2. cotação: 5

; facilidade: 0,20

(A) O balão desceu, inicialmente como velocidade crescente e depois velocidade constante. A aceleração não foi, pois, constante, pelo que a resistência do ar não pode ser desprezada.

O declive é 0,4691 s, que é o tempo de voo entre B e E. Este valor é sempre o mesmo, qualquer que seja a velocidade de lançamento horizontal (e a esfera seja lançada sempre da mesma altura), uma vez que apenas há aceleração na vertical. Se o alcance for de 1,10 m, a velocidade de lançamento é: 1,10 = v × 0,4691 1,10 v= 0,4691 = 2,345 m/s No percurso de A para E desprezam-se as forças dissipativas e considera-se a esfera como uma partícula. Assim, tem-se, considerando que o nível do ponto B é o nível de referência para a energia potencial: energia potencial em A = energia cinética em B Donde: 1 m g hmáx = m v 2 2 hmáx =

v2 2g

2,3452 2 × 10 = 0,275 m =

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Decreto-Lei n.º 74/2004, de 26 de março


16 Páginas


2012


• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova. A prova inclui uma tabela de constantes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e uma tabela periódica na página 4. A ortografia dos textos e de outros documentos segue o Acordo Ortográfico de 1990.



c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


s = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1

FORMULÁRIO • Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = q + 273,15 T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) q – temperatura em grau Celsius • Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... m – massa V – volume

m

r=— V

• Efeito fotoelétrico ............................................................................................................. Erad = Erem + Ec Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal Erem – energia de remoção de um eletrão do metal Ec – energia cinética do eletrão removido

n

• Concentração de solução ................................................................................................ c = — V n – quantidade de soluto V – volume de solução • Relação entre pH e concentração de H3O+ ........................................... pH = -log {[H3O+] / mol dm-3} • 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi ) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação • Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo s – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo • Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura ............................................................................................ m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT – variação da temperatura do corpo • Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução ....................................................................................... Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l – comprimento da barra DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra


DU = W + Q + R

P = e s AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®


W = Fd cos a

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h


W = DEc


m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

• Equações do movimento retilíneo com aceleração constante ................................ x = x0 + v0 t x – valor (componente escalar) da posição v – valor (componente escalar) da velocidade v = v0 + at a – valor (componente escalar) da aceleração t – tempo • Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante .................................................................................................... ac – módulo da aceleração centrípeta

v – módulo da velocidade linear r – raio da trajetória T – período do movimento

w – módulo da velocidade angular

1

+ — at 2 2

v2 r 2p r v = —— T

ac = —

2p T

w = —— v f

• Comprimento de onda ................................................................................................. v – módulo da velocidade de propagação da onda f – frequência do movimento ondulatório

l=—

• Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal ................................... A – amplitude do sinal w – frequência angular t – tempo

y = A sin(w t)

• Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, ® em que existe um campo magnético uniforme, B ............................................... a – ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície • Força eletromotriz induzida numa espira metálica .............................................. DFm – variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo D t

Fm = B A cos a

|DFm|

|ei| = —–—–

Dt

• Lei de Snell-Descartes para a refração .................................................................... n1 sin a 1 = n 2 sin a 2 n1, n2 – índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente a 1, a 2 – ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respetivamente



Be

Li

21

[223]

[226]

88

Ra

87

137,33

Fr

132,91

56

Ba

55

87,62

Cs

85,47

[227]

232,04

231,04

91

90

Th

89

Ac

Pa

140,91

140,12

138,91

59

Pr

58

Ce

57

La

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

Ta

73

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

[262]

Rf

104

178,49

Hf

72

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

[261]

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

39

38

Sr

37

Rb

Sc

44,96

K

3

40,08

20

Ca

19

39,10

24,31

22,99

12

Mg

11

Na

9,01

4

3

6,94

2

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

Ir

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

Pt

78

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

49

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

Sn

50

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

Lr

[262]

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível.

GRUPO I Qualquer que seja a temperatura a que se encontre, um corpo emite sempre radiação eletromagnética, devido aos movimentos de agitação térmica das partículas que o constituem. O espectro da radiação térmica emitida por um corpo é um espectro contínuo em que o comprimento de onda da radiação de máxima intensidade emitida depende da temperatura a que o corpo se encontra: à medida que a temperatura, T, do corpo aumenta, o comprimento de onda ao qual ocorre a emissão de radiação de máxima intensidade, l máxima , diminui proporcionalmente. A taxa temporal de emissão de energia de um corpo, sob a forma de radiação térmica, a partir da sua superfície, é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta da superfície do corpo, dependendo também da sua área superficial e de uma constante chamada emissividade. Ao mesmo tempo que emite, um corpo também absorve radiação eletromagnética da sua vizinhança. Quando um corpo está em equilíbrio com a sua vizinhança, emite e absorve energia, como radiação, à mesma taxa temporal. . A. Ser a , . . e ett, r., Princípios de Física, vol. II, Pioneira Thomson Learning, 2004 (adaptado)

Intensidade da radiação

1. A Figura 1 apresenta uma parte do gráfico da intensidade da radiação emitida por um corpo, a uma determinada temperatura, em função do comprimento de onda.

Comprimento de onda

Figura 1

À temperatura considerada, o corpo emite (A) apenas radiação visível. (B) radiação de máxima intensidade no visível. (C) apenas radiação ultravioleta. (D) radiação de máxima intensidade no ultravioleta.


2. Traduza por uma expressão matemática a lei enunciada no final do segundo parágrafo do texto.

3. Qual é a unidade do Sistema Internacional em que se exprime a taxa temporal de emissão de energia de um corpo?

4. Se a temperatura absoluta da superfície de um corpo aumentar duas vezes, a taxa temporal de emissão de energia do corpo, sob a forma de radiação térmica, a partir da sua superfície, aumentará (A) duas vezes. (B) quatro vezes. (C) oito vezes. (D) dezasseis vezes.

5. A Terra emite e absorve radiação a uma taxa temporal __________, pelo que a temperatura média da sua superfície __________. (A) igual ... varia (B) diferente ... varia (C) igual ... não varia (D) diferente ... não varia


GRUPO II

A composição do gás natural depende, entre outros fatores, da localização do reservatório subterrâneo a partir do qual se faz a sua extração. No entanto, o gás natural é sempre maioritariamente constituído por metano, CH4(g), embora possa conter outros gases, como, por exemplo, metilbutano, dióxido de carbono, vapor de água e sulfureto de hidrogénio.

1. Considere que se extrai, de um determinado reservatório subterrâneo, gás natural contendo 70%, em volume, de metano. Determine o número de moléculas de metano que existem numa amostra de 5,0 dm3 do gás natural, nas condições normais de pressão e de temperatura. Apresente todas as etapas de resolução.

2. Qual das fórmulas de estrutura seguintes pode representar a molécula de metilbutano?

(A)

H

(B)

H

H

H

H

C

C

C

C

H

CH3 H

H

H

H

(C)

H

CH3 H

C

C

H

CH3 H

C

H

H

(D)

H

H

H

H

C

C

C

C

CH3 H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H H

C

H

CH3

3. Explique porque é que a geometria da molécula de dióxido de carbono, CO2, é linear.

4. As moléculas de água, H2O, e de sulfureto de hidrogénio, H2S, apresentam geometria semelhante. Preveja, justificando com base nas posições relativas dos elementos oxigénio e enxofre na tabela periódica, qual das ligações, H – O ou H – S, terá maior comprimento, na respetiva molécula.


GRUPO III O ácido sulfídrico, H2S(aq), é um ácido diprótico muito fraco, cuja ionização global em água ocorre em duas etapas sucessivas. A primeira etapa da ionização ocorre em muito maior extensão do que a segunda e pode ser traduzida por

H2S(aq) + H2O(l) ? HS-(aq) + H3O+(aq) A constante de acidez do H2S(aq), definida para a reação anterior, é 1,32 × 10-7, a 25 ºC.

1. Considere 250,0 cm3 de uma solução de ácido sulfídrico cujo pH, a 25 ºC, é 3,94. Determine a quantidade de ácido sulfídrico não ionizado que existe naquele volume de solução, considerando apenas a contribuição da reação acima indicada para a ionização do ácido em água. Apresente todas as etapas de resolução.

2. O ião sulfureto, S2-(aq), é a base conjugada da espécie HS-(aq) na reação que corresponde à segunda etapa da ionização do ácido sulfídrico em água. A reação entre o ião S2-(aq) e a água pode ser traduzida por (A) S2-(aq) + H2O(l) ? H2S(aq) + 2 H3O+(aq) (B) S2-(aq) + 2 H2O(l) ? H2S(aq) + 2 OH-(aq) (C) S2-(aq) + H2O(l) ? H2S(aq) + 2 OH-(aq) (D) S2-(aq) + 2 H2O(l) ? H2S(aq) + 2 H3O+(aq)


GRUPO IV 1. O etanol, C2H5OH (M = 46,08 g mol-1), pode reagir com o cloro, Cl2 (M = 70,90 g mol-1), formando-se um composto orgânico denominado cloral, CCl3CHO (M = 147,38 g mol-1), e cloreto de hidrogénio, HCl(g). A reação pode ser traduzida por

C2H5OH(l) + 4 Cl2(g) " CCl3CHO(l) + 5 HCl(g)

1.1. Considere que se fez reagir 3,0 mol de etanol com 10,0 mol de cloro. Identifique, justificando, o reagente limitante.

1.2. Determine, numa outra situação, a massa de etanol que é necessário fazer reagir para se obter, na prática, 1,5 kg de cloral, admitindo que aquela reação apresenta um rendimento médio de 30%. Apresente todas as etapas de resolução.

2. Considere a reação traduzida por

Cl2(g) + 2 Na(s) " 2 NaCl(s) Nesta reação, o cloro atua como (A) oxidante, oxidando-se. (B) oxidante, reduzindo-se. (C) redutor, reduzindo-se. (D) redutor, oxidando-se.

3. Considere que a energia necessária para dissociar uma mole de moléculas de Cl2(g) é 242,7 kJ. A variação de energia associada à formação de duas moles de átomos de cloro, em fase gasosa, a partir de uma mole de Cl2(g) é (A) + (2 × 242,7) kJ (B) - (2 × 242,7) kJ (C) + 242,7 kJ (D) - 242,7 kJ


4. Considere átomos de cloro no estado fundamental. 4.1. Num átomo de cloro, no estado fundamental, existem, no total, (A) cinco eletrões de valência distribuídos por três orbitais. (B) cinco eletrões de valência distribuídos por duas orbitais. (C) sete eletrões de valência distribuídos por duas orbitais. (D) sete eletrões de valência distribuídos por quatro orbitais. 4.2. Uma das orbitais de valência mais energéticas de um átomo de cloro, no estado fundamental, pode ser caracterizada pelo conjunto de números quânticos (A) (3, 1, 0) (B) (3, 0, 1) (C) (3, 0, 0) (D) (3, 1, 2) 4.3. Como se designa a energia mínima necessária para remover um eletrão de um átomo de cloro, isolado e em fase gasosa, no estado fundamental?

GRUPO V Um pequeno objeto de papel, abandonado de uma certa altura, cai verticalmente até ao solo, segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Oy de um referencial unidimensional. Admita que o objeto de papel pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

1. Considere, numa primeira situação, que o objeto de papel cai no ar. Na Figura 2, está representado o gráfico da componente escalar, segundo o eixo Oy, da posição, y, do objeto de papel em função do tempo, t. Os dados registados foram adquiridos com um sensor de movimento. 1,40 1,20

y/m

1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

Figura 2


1,20

1,40

1,60

1,80

t/s

(B)

0

(D)

Distância percorrida

(C)

0

Tempo

0

0

Tempo

Tempo



(A)


1.1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a distância percorrida pelo objeto de papel durante o intervalo de tempo em que os dados foram registados?

Tempo

1.2. Em qual dos esquemas seguintes estão corretamente representadas, para o intervalo de tempo [0,90; 1,30] s , as forças que atuam no objeto de papel?

(B)

(C)

Fresistência do ar

Fresistência do ar

Fgravítica

+

+

+

Fresistência do ar Fgravítica

(D)

F

=0

resistência do ar

+

(A)

Fgravítica

Fgravítica

1.3. Admita que a massa do objeto de papel é 0,23 g. Calcule a energia dissipada pelo sistema objeto de papel + Terra no intervalo de tempo [0,90; 1,30] s. Apresente todas as etapas de resolução.


2. Considere agora, numa segunda situação, que o objeto de papel, abandonado da mesma altura, tem um movimento de queda livre. Admita que o eixo Oy do referencial tem origem no solo e sentido positivo de baixo para cima.

2.1. Apresente o esboço do gráfico da componente escalar, segundo o eixo Oy , da posição, y, do objeto de papel em função do tempo, t, desde o instante em que é abandonado até chegar ao solo.

2.2. A equação v(t ) da componente escalar, segundo o eixo Oy , da velocidade, vy , do objeto de papel é (A) vy = 10 t (B) vy = -10 t (C) vy = 1,20 - 10 t (D) vy = 1,20 + 10 t

2.3. Qual das expressões seguintes permite calcular o tempo, em segundos (s), que o objeto de papel demorará a chegar ao solo se a altura da qual é abandonado se reduzir a metade? (A)

2 # 1, 20 g

(B)

1, 20 2g

(C)

1, 20 2 g

(D)

1, 20 g

2.4. Admita que, em simultâneo com o objeto de papel, se abandona da mesma altura uma esfera metálica de maior massa. Se o objeto de papel e a esfera metálica caírem livremente, a esfera chegará ao solo com velocidade de (A) igual módulo e energia cinética maior. (B) igual módulo e energia cinética igual. (C) maior módulo e energia cinética igual. (D) maior módulo e energia cinética maior.


–––—––––––––––—–—–—–——— Página em branco ––––––––––—–—–—–————–-––


GRUPO VI

Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos fez uma montagem semelhante à representada na Figura 3, na qual utilizou um osciloscópio, um gerador de sinais, um microfone, um altifalante com suporte e fios de ligação.

Osciloscópio

Gerador de sinais

Altifalante

Microfone

Figura 3

Os alunos começaram por ligar o gerador de sinais ao osciloscópio para produzir um sinal elétrico que registaram no osciloscópio. Ligaram depois o altifalante ao gerador de sinais e o microfone ao osciloscópio, tendo o cuidado de alinhar sempre o altifalante e o microfone, no decorrer das experiências que realizaram. O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foram realizadas as experiências, é 342,3 m s-1.

1. Indique a razão pela qual os alunos ligaram o altifalante ao gerador de sinais e a razão pela qual ligaram o microfone ao osciloscópio.

2. Os alunos mantiveram o altifalante e o microfone à mesma distância um do outro. A Figura 4 representa o ecrã do osciloscópio onde estão registados os sinais obtidos no decorrer da experiência.

!"#$ Figura 4


2.1. Os sinais registados no ecrã do osciloscópio apresentam (A) igual amplitude e igual frequência. (B) igual amplitude e diferente frequência. (C) diferente amplitude e diferente frequência. (D) diferente amplitude e igual frequência.

2.2. Quanto tempo demorou o sinal sonoro a percorrer a distância entre o altifalante e o microfone? (A) 10 ms (B) 2 ms (C) 1 ms (D) 0,5 ms

3. Os alunos afastaram depois gradualmente o microfone do altifalante e mediram, para cada distância entre estes, o tempo que o sinal sonoro demorava a percorrer essa distância. Os valores obtidos estão registados na tabela seguinte.

Distância / m

Tempo / ms

0,200

0,54

0,400

1,26

0,600

1,77

0,800

2,52

1,000

2,98

Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propagação do som no ar. Comece por obter o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, em metro por segundo (m s–1), a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica). Apresente todas as etapas de resolução.

FIM



........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO II 1. 2. 3. 4.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO III 1. ........................................................................................................... 2. ...........................................................................................................


GRUPO IV 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 2. ........................................................................................................... 3. ........................................................................................................... 4. 4.1. .................................................................................................. 4.2. .................................................................................................. 4.3. ..................................................................................................

10 pontos 10 pontos 5 pontos 5 pontos 5 pontos 5 pontos 5 pontos 45 pontos

GRUPO V 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. ..................................................................................................


2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

.................................................................................................. .................................................................................................. .................................................................................................. ..................................................................................................


GRUPO VI 1. ........................................................................................................... 2. 2.1. .................................................................................................. 2.2. .................................................................................................. 3. ...........................................................................................................


TOTAL .........................................


200 pontos



; facilidade: 0,65

(D) O c.d.o. da radiação mais intensa antecede a zona ultravioleta. O corpo emite radiação de c.d.o. inferior ao ultravioleta, radiação visível e radiação ultravermelha. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,26

“(...) à medida que a temperatura, T, do corpo aumenta, o comprimento de onda ao qual ocorre a emissão de radiação de máxima intensidade, λmáxima, diminui proporcionalmente”: constante λmáxima = T

(a) a raiz “but-” informa que a molécula deve ter 4 átomos de carbono na cadeia mais longa. As opções B e D não respeitam esta regra porque têm apenas 3 e 5 átomos de carbono na cadeia principal, respetivamente; (b) a raiz “met-” refere-se a uma ramificação onde há uma ligação com um só átomo de carbono; acrescenta-se “-il” para indicar quando está numa ramificação. A opção C é, na realidade, um pentano e não um butano porque tem 5 carbonos na cadeia principal, como se ilustra na imagem seguinte, depois de “reorganizada” a fórmula de estrutura: H

Esta equação representa a chamada lei de Wien. A constante de proporcionalidade inversa é designada por constante de Boltzmann e representa-se por k. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,36

Unidade de energia do SI: joule, J. Unidade de tempo do SI: segundo, s. Unidade da taxa temporal de emisão de energia: joule por segundo, ou watt: joule = watt segundo J =W s 4. cotação: 5

; facilidade: 0,51

(D) A taxa temporal de emissão de energia de um corpo, sob a forma de radiação, é proporcional a T4, sendo T a temperatura absoluta da superfície do corpo. Portanto, se a temperatura absoluta aumentar 2 vezes, de T para 2T, a taxa temporal de emissão de energia aumentará 16 vezes:

( 2T )4 = 24 T 4 = 16 T 4 5. cotação: 5

H

H

H

C

C

C

C

CH3 H

H

H H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

A opção B representa a estrutura do dimetilpropano e as opções C e D representam a mesma molécula, n-pentano. 3. cotação: 10

O

C O

A teoria da ligação química é baseada na ideia de que os pares de eletrões se repelem uns aos outros. Deste modo, os pares ligantes no átomo de C repelem-se mutuamente. Para se afastarem o máximo possível, a molécula tem de ser linear, com os átomos de O e de C segundo uma linha reta, tendo as ligações um ângulo de 180º:

; facilidade: 0,51

Grupo II 1. cotação: 10

; facilidade: 0,65

Volume da amostra de gás natural, V = 5,0 dm3. Desta amostra, 70%, em volume, é metano. Portanto, o volume de metano na amostra é: 70 × 5,0 dm 3 = 3,50 dm 3 100 Tendo em conta que este volume de metano está nas condições normais de pressão e temperatura e que o volume molar nessas condições é 22,4 dm3/mol, podemos calcular a quantidade de substância n de metano na amostra: 3

3,50 dm 22,4 dm = 1 mol n n=

3

3,50 dm 3 × 1 mol

22,4 dm 3 = 0,156 mol

O número de moléculas de metano na amostra é, pois: 0,156 × 6,02 × 1023 = 9,4 × 1022 ; facilidade: 0,25

(A) De acordo com a nomenclatura da IUPAC:

eq

1,32 × 10

eq

Donde:

(1,148 × 10 ) = −4

⎡⎣ H 2S ⎤⎦ eq

; facilidade: 0,22

Molécula de H2O: um átomo central de oxigénio, duas ligações O—H formando um ângulo superior a 90°. Molécula de H2S: um átomo central de enxofre, duas ligações S—H formando um ângulo superior a 90°. Oxigénio e enxofre: pertencem ao grupo 16 da tabela periódica, oxigénio no 2.º período e enxofre no 3.º período. O raio atómico num mesmo grupo tende a aumentar com o número atómico: o enxofre deve ter maior raio atómico do que o oxigénio. O maior raio atómico do enxofre deve corresponder a um maior comprimento da ligação S—H.

2. cotação: 5

; facilidade: 0,80

(B) Primeira etapa da ionização: H2S (aq) + H2O (l) ! HS– (aq) + H3O+ (aq) Segunda etapa da ionização: HS– (aq) + H2O (l) ! S2– (aq) + H3O+ (aq) O ião S2– (aq) é a base conjugada do ácido HS– (aq): o ácido HS– cede um protão H+ para a água, transformando-se na base S2–. Esta base S2– pode receber protões da molécula de água: S2– (aq) + 2 H2O (l) ! H2S (aq) + 2 OH– (aq) A opção (A) não respeita a conservação da carga elétrica: há duas cargas negativas do lado esquerdo e das cargas positivas do lado direito. As opções (C) e (D) não respeitam a conservação da massa. Grupo IV 1.

Considerando apenas a contribuição da primeira ionização de H2S (aq), tem-se: ⎡ H O+ ⎤ = ⎡ HS− ⎤ ⎣ 3 ⎦eq ⎣ ⎦eq Tendo em conta a constante de acidez, vem:

; facilidade: 0,58

Estequiometria e quantidades na reação: C2 H 5OH (l) + 4 Cl2 (g) → CCl3CHO (l) + 5 HCl (g) 1 mol 4 mol 1 mol 5 mol 3 mol Portanto, 3,0 mol de etanol necessitaria de 3 × 4 mol de cloro = 12 mol de cloro. Utilizando apenas 10,0 mol de cloro, este é o reagente limitante. 1.2. cotação: 10

; facilidade: 0,43

A quantidade de cloral, em moles, que se pretende obter é: 147,38 g 1,5 × 103 g = mol n 1,5 × 103 g × mol 147,38 g = 10,18 mol

n=

; facilidade: 0,28

Sabendo o pH da solução, calcula-se a concentração do ião hidrónio: ⎡ H O+ ⎤ = 10−pH = 10−3,94 = 1,148 × 10−4 mol ⎣ 3 ⎦ L

mol 1 9,984 × 10−2 × L= mol 4 L 4 = 2,50 × 10−2 mol

Grupo III 1. cotação: 10

mol L

Como se pretende a quantidade de H2S, tendo em conta que o volume é 1/4 de L (250,0 cm3), vem:

1.1. cotação: 10

4. cotação: 15

2

1,32 × 10−7

= 9,984 × 10−2

; facilidade: 0,13

Molécula de CO2: o átomo central é o átomo de carbono, que tem 4 eletrões de valência; cada um dos dois átomos de oxigénio tem 6 eletrões de valência.

⎡ HS− ⎤ × ⎡ H O+ ⎤ ⎣ ⎦eq ⎣ 3 ⎦eq ⎣⎡ H 2S ⎤⎦

1,148 × 10−4 × 1,148 × 10−4 = ⎡⎣ H 2S ⎤⎦

−7

9,984 × 10−2

180°

(C) A Terra está em equilíbrio térmico: a temperatura média global do planeta mantém-se aproximadamente constante por longos períodos de tempo, apesar de estar continuamente a receber energia do Sol. Portanto, a Terra, como um todo, absorve energia do Sol e emite energia, como radiação, para o espaço, à mesma taxa temporal.

2. cotação: 5

H

H

Ka =

Como o rendimento é apenas 30%, necessita-se de: 10,18 mol n = 1 0,30 10,18 mol n= ×1 0,30 = 33,93 mol Estequiometria e quantidades na reação: C2 H 5OH (l) + 4 Cl2 (g) → CCl3CHO (l) + 5 HCl (g) 1 mol

4 mol

1 mol

5 mol

33,93 mol Portanto, a quantidade necessária de etanol é 33,93 mol, porque a proporção é de 1 mol para 1 mol.



Esta quantidade de etanol corresponde à massa de: 46,08 g × 33,93 mol = 1563,5 g → 1,56 kg mol 2. cotação: 5

; facilidade: 0,57

(B) N.º de oxidação do cloro: passa de 0 para –1. N.º de oxidação do sódio: passa de 0 para +1. O cloro reduz-se e actua como oxidante. O sódio oxida-se e actua como redutor. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,19

(C) Para se formarem 2 mol de átomos de cloro é necessário dissociar 1 mol de moléculas de cloro. É, pois, necessário fornecer energia: opções (B) e (D) erradas. Como 1 mol de Cl2 (g) produz 2 mol de átomos de Cl (g), apenas a opção (C) faz sentido, uma vez que se pretende a energia associada à formação de duas moles de átomos de cloro. 4. 4.1. cotação: 5

; facilidade: 0,50

(D) Átomo de cloro: 3.º período, grupo 17, 7 eletrões de valência. Configuração dos eletrões de valência: (3s)2 (3p)5 Existem três orbitais p (3px, 3py e 3pz). Duas orbitais ficam preenchidas e uma fica semipreenchida. Portanto, os 7 eletrões de valência distribuem-se por 4 orbitais: a orbital 3s e as três orbitais 3p. 4.2. cotação: 5

; facilidade: 0,59

(A) Configuração dos eletrões de valência: (3s)2 (3p)5. O número quântico principal n das quatro orbitais é 3. O número quântico secundário l pode ser 0, ..., n–1, isto é, pode ser 0, 1 ou 2. O número quântico magnético m pode ser –l, …, +l, para cada orbital. A opção (B) não respeita a regra anterior: se o número quântico secundário for 0, o número quântico magnético só pode ser 0. A opção (C) refere-se à orbital 3s, de número quântico secundário 0, que tem menor energia que as orbitais p, as orbitais de valência mais energéticas. A opção (D) não respeita as regras: se o número quântico secundário for 1, o número quântico magnético só pode ser –1, 0 ou 1. 4.3. cotação: 5

; facilidade: 0,45

energia potencial perdida deveria surgir como energia cinética. Mas como a velocidade é constante, essa energia potencial é dissipada. A variação de energia potencial é, pois: ΔEp = −m g h = −0,23× 10−3 kg × 10

m/s × 0,56 m s

= −1,29 × 10−3 J Esta quantidade de energia é dissipada devido à resistência do ar. A força de resistência do ar aponta para cima e realiza trabalho negativo, precisamente igual a esta variação de energia potencial. De acordo com a lei da conservação da energia, se a energia potencial diminui –1,29 ×10−3 J e a energia cinética não aumenta, então a energia dissipada é 1,29 ×10−3 J 2. 2.1. cotação: 5

t=

2 × 1,20 g

Diminuindo a altura inicial para metade, vem: 1,20 2× 2 = 1,20 t= g g 2.4. cotação: 5

; facilidade: 0,51

(A) Como a aceleração da gravidade não depende da massa do corpo e caem ambos da mesma altura, atingem o solo com a mesma velocidade. A energia cinética é diretamente proporcional à massa do corpo. Portanto, a esfera metálica terá, para a mesma velocidade, maior energia cinética. Grupo VI

; facilidade: 0,17

O eixo Oy tem origem no solo e aponta para cima. A posição inicial é + 1,20 m, que é a altura do objeto. Sendo o movimento em queda livre, a velocidade aumenta de modo uniforme. Logo, o declive de y em função de t é cada vez maior, em valor absoluto. A componente escalar da velocidade no eixo Oy é negativa e não há velocidade inicial. A componente escalar da aceleração também é negativa. A equação da posição y é, em unidades SI: 1 y = y0 + v0 y t + a y t 2 2 1 y = 1,2 + × −10 t 2 2 Fazendo o gráfico na calculadora, obtém-se, para um valor de t maior que 0 s e até y atingir o valor 0 m, que corresponde ao solo:

(

1 0 = 1,20 − g t 2 2

)

1. cotação: 10

; facilidade: 0,34

Altifalante: ligado ao gerador de sinais pode emitir um sinal sonoro com uma certa frequência. Microfone: ligado ao osciloscópio pode registar o som emitido pelo altifalante. O desfasamento entre o som emitido pelo gerador de sinais e o som captado pelo microfone permite calcular a velocidade do som. 2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,67

(D) Como as escalas dos dois sinais são iguais, nos dois eixos, os sinais têm diferentes amplitudes (metade da diferença entre o valor máximo e o valor mínimo), medidas no eixo vertical, e igual período, medido no eixo horizontal (intervalo de tempo entre dois picos sucessivos). 2.2. cotação: 5

; facilidade: 0,39

(D) O desfasamento é de metade da divisão de 1 milisegundo. Logo, o atraso entre os dois sinais é 0,5 ms, que corresponde ao tempo que demorou a percorrer a distância entre o altifalante e o microfone. 3. cotação: 10

; facilidade: 0,21

Declive da reta de ajuste ao gráfico da distância d expressa em metros entre o microfone e o altifalante em função do tempo t expresso em segundos: Portanto, um esboço do gráfico pode ser o seguinte: y/m 1,20 m

Energia de ionização do átomo de cloro. Grupo V 1. 1.1. cotação: 5

0,49 s ; facilidade: 0,64

(B) O objeto mantém-se parado durante aproximadamente 0,5 s (distância percorrida: nula…) e depois percorre a distância de 1,20 m até ao solo (aumenta a distância percorrida…), ficando parado após 1,45 s. 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,32

(C) No intervalo [0,90; 1,30] s a velocidade é constante (declive constante no gráfico da posição em função do tempo). Logo, o objeto não acelera. Se não acelera, a soma das forças que nele atuam deve ser nula, como representado no diagrama da opção (C). 1.3. cotação: 15

; facilidade: 0,14

No eixo vertical, há 5 divisões entre 0 m e 0,20 m. Portanto, cada divisão vale 0,20 m / 5 = 0,04 m. No eixo horizontal, há 4 divisões entre 0 s e 0,20 s. Portanto, cada divisão vale 0,20 s / 4 = 0,05 s. Entre 0,90 s e 1,30 s, o objeto passa da altura de 0,76 m para a altura de 0,20 m. Ou seja, cai 0,56 m. Se houvesse conservação da energia mecânica, a

2.2. cotação: 5

t/s

; facilidade: 0,59

(B) A velocidade inicial é nula e a aceleração aponta para baixo (sentido negativo de Oy): v y = v0 y + a y t

(

)

v y = 0 + −10 t = −10 t 2.3. cotação: 5

; facilidade: 0,39

(D) Equação da posição no referencial indicado: 1 y = y0 + v0 y t + a y t 2 2 1 2 y = 1,20 − g t 2 Quando atinge o solo, tem-se:

Este declive (324,0 m/s) representa a velocidade do som, determinada na experiência, uma vez que, para movimentos com velocidade constante, se tem: d v= t Como o valor tabelado da velocidade do som, para as condições da experiência, é 342,3 m/s, o erro relativo é, em percentagem: 342,3 m/s − 324,0 m/s × 100 = 5,35% 342,3 m/s

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Decreto-Lei n.º 74/2004, de 26 de março


16 Páginas


2012


• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova. A prova inclui uma tabela de constantes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e uma tabela periódica na página 4. A ortografia dos textos e de outros documentos segue o Acordo Ortográfico de 1990.



c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


s = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1

FORMULÁRIO • Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = q + 273,15 T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) q – temperatura em grau Celsius • Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... m – massa V – volume

m

r=— V

• Efeito fotoelétrico ............................................................................................................. Erad = Erem + Ec Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal Erem – energia de remoção de um eletrão do metal Ec – energia cinética do eletrão removido

n

• Concentração de solução ................................................................................................ c = — V n – quantidade de soluto V – volume de solução • Relação entre pH e concentração de H3O+ ........................................... pH = -log {[H3O+] / mol dm-3} • 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi ) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação • Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo s – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo • Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura ............................................................................................ m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT – variação da temperatura do corpo • Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução ....................................................................................... Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l – comprimento da barra DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra


DU = W + Q + R

P = e s AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®


W = Fd cos a

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h


W = DEc


m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F =ma

• Equações do movimento retilíneo com aceleração constante ................................ x = x0 + v0 t x – valor (componente escalar) da posição v – valor (componente escalar) da velocidade v = v0 + at a – valor (componente escalar) da aceleração t – tempo • Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante .................................................................................................... ac – módulo da aceleração centrípeta

v – módulo da velocidade linear r – raio da trajetória T – período do movimento


1

+ — at 2 2

v2 r 2p r v = —— T

ac = —

2p T

w = —— v f


l=—


y = A sin(w t)

• Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, ® em que existe um campo magnético uniforme, B ............................................... a – ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície • Força eletromotriz induzida numa espira metálica .............................................. DFm – variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo D t

Fm = B A cos a

|DFm|

|ei| = —–—–

Dt

• Lei de Snell-Descartes para a refração .................................................................... n1 sin a 1 = n 2 sin a 2 n1, n2 – índices de refração dos meios 1 e 2, respetivamente a 1, a 2 – ângulos entre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respetivamente



Be

Li

21

[223]

[226]

88

Ra

87

137,33

Fr

132,91

56

Ba

55

87,62

Cs

85,47

[227]

232,04

231,04

91

90

Th

89

Ac

Pa

140,91

140,12

138,91

59

Pr

58

Ce

57

La

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

Ta

73

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

[262]

Rf

104

178,49

Hf

72

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

[261]

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

39

38

Sr

37

Rb

Sc

44,96

K

3

40,08

20

Ca

19

39,10

24,31

22,99

12

Mg

11

Na

9,01

4

3

6,94

2

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

Ir

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

Pt

78

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

49

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

Sn

50

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

Lr

[262]

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correta ou responder corretamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível.

GRUPO I

Um átomo é formado quase completamente por espaço vazio. Toda a sua massa se deve ao diminuto núcleo central. O espaço que o rodeia estende-se até uma distância de cerca de 10 mil vezes o diâmetro do núcleo e é ocupado por uma mão-cheia de eletrões – seis, por exemplo, no caso do átomo de carbono. O vazio extranuclear é, porém, a sede da personalidade de um elemento – o núcleo é um observador passivo, responsável por dirigir o conjunto de eletrões em seu redor, dos quais apenas alguns participam nas reações químicas. Os cientistas não puderam resistir à tentação de supor que os eletrões eram como planetas para o núcleo-estrela. No entanto, este modelo planetário, adotado, entre outros, por Niels Bohr, estava errado. A verificação de que os eletrões não são apenas partículas no sentido comum, mas possuem também um carácter ondulatório intrínseco, permite atribuir-lhes um carácter duplo, que implica que seja totalmente inapropriado visualizar os eletrões como partículas em órbitas bem definidas. Por volta de 1926, Erwin Schrödinger desenvolveu uma equação que, quando resolvida, permite obter informação acerca do comportamento dos eletrões nos átomos. As soluções desta equação permitem calcular a probabilidade de encontrar o eletrão numa dada região do espaço e não a sua localização precisa em cada instante, como na física clássica. P. Atkins, O Dedo de Galileu – As dez grandes ideias da Ciência, Gradiva, 1.ª ed., 2007 (adaptado)

1. Como se designam os eletrões que participam nas reações químicas?

2. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a um átomo de carbono no estado fundamental? (A) 1s2 2s1 2p1x 2p1y 2p1z (B) 1s2 2s2 2p1x 2p0y 2p1z (C) 1s2 2s2 2px2 (D) 1s2 2s1 2p2x 2p1y


3. Os átomos dos isótopos 12 e 13 do carbono têm (A) números atómicos diferentes. (B) números de massa iguais. (C) igual número de eletrões. (D) igual número de neutrões.

4. Como se designa uma região do espaço onde, em torno do núcleo de um átomo, existe uma elevada probabilidade de encontrar um eletrão desse átomo?


GRUPO II 1. O sulfureto de hidrogénio, H2S(g), é um gás incolor que tem um cheiro característico a ovos podres.

1.1. A tabela seguinte apresenta os volumes, V, de diferentes amostras de H2S(g) e as respetivas massas, m, à pressão de 1 atm e à temperatura de 55 ºC.

V /dm3

m/g

3,4

4,3

6,7

8,5

10,1

12,8

13,5

17,1

Determine o volume molar do gás, nas condições de pressão e de temperatura referidas. Comece por obter a densidade (ou massa volúmica) do gás, a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica). Apresente todas as etapas de resolução.

1.2. Considere uma amostra de H2S(g) com o dobro do volume de uma amostra de metano, CH4(g), nas mesmas condições de pressão e de temperatura. Nessas condições, as amostras contêm (A) o mesmo número de moléculas. (B) a mesma quantidade de moléculas. (C) o mesmo número de átomos de hidrogénio. (D) a mesma quantidade de átomos.

1.3. O H2S(g) libertado pelos vulcões reage, a temperaturas elevadas, com o oxigénio do ar, formando-se dióxido de enxofre, SO2(g), e água, H2O(g). Escreva a equação química que traduz esta reação e justifique o facto de a emissão de SO2(g) para a atmosfera contribuir para o aumento da acidez da água da chuva.


2. O sulfureto de hidrogénio dissolve-se em água, dando origem ao ácido sulfídrico, H2S(aq).

2.1. Se o teor de sulfureto de hidrogénio numa solução aquosa for 22 ppm, a massa, expressa em mg, de H2S em 1 kg dessa solução é (A) 22 # 10 6 (B) 22 (C) 22 # 10 -3 (D) 22 # 10 3

2.2. O mau cheiro de uma solução contendo H2S(aq) pode ser removido pela adição de cloro, Cl2(aq), a essa solução. A reação que ocorre é traduzida por

H2S(aq) + Cl2(aq) " S(s) + 2 HCl(aq) Nesta reação, o agente redutor é o (A) H2S(aq) que é oxidado pelo Cl2(aq). (B) Cl2(aq) que é oxidado pelo H2S(aq). (C) H2S(aq) que é reduzido pelo Cl2(aq). (D) Cl2(aq) que é reduzido pelo H2S(aq).

3. O ácido sulfídrico, H2S(aq), é um ácido diprótico muito fraco. A reação deste ácido com a água pode ser traduzida por

H2S(aq) + 2 H2O(l) ? S2–(aq) + 2 H3O+(aq) A constante de acidez do H2S(aq), definida para a reação anterior, é 6,8 × 10–23, a 25 ºC.

3.1. A uma dada temperatura, o ácido sulfídrico (A) ioniza-se tanto mais quanto menor for o pH do meio. (B) ioniza-se tanto mais quanto maior for o pH do meio. (C) dissocia-se tanto mais quanto maior for o pH do meio. (D) dissocia-se tanto mais quanto menor for o pH do meio.


3.2. O sulfureto de ferro, FeS, é um sal bastante insolúvel em água, cujo produto de solubilidade é 6,3 × 10–18, a 25 ºC. A precipitação deste sal, em solução aquosa, pode ser traduzida por

Fe2+(aq) + S2–(aq) ? FeS(s) Admita que se pretende precipitar sulfureto de ferro a partir de uma solução que contém 4,47 g de ião Fe2+(aq) (M = 55,85 g mol-1) por dm3, utilizando ácido sulfídrico de concentração 0,10 mol dm–3, que é mantida constante ao longo da reação. Determine a concentração hidrogeniónica necessária para que o sulfureto de ferro possa precipitar. Apresente todas as etapas de resolução.

4. As moléculas de H2S e de H2O têm ambas geometria angular, apresentando o mesmo número de eletrões de valência. Na molécula de H2S existem, no total, __________ eletrões de valência, sendo __________ deles não ligantes. (A) oito ... dois (B) seis ... quatro (C) seis ... dois (D) oito ... quatro


GRUPO III As curvas representadas no gráfico da Figura 1 traduzem a concentração, c , ao longo do tempo, t, das espécies A, B e C que intervêm numa reação química em fase gasosa. O sistema químico atinge um estado de equilíbrio a uma temperatura T. c/mol dm–3 1,00

0,49

A

0,23

C B

0,00

0

t1

t2

t3

t4

t/ unidades arbitrárias Figura 1

1. Em que proporção reagem entre si as espécies A e B? (A) 2 mol A : 1 mol B (B) 3 mol A : 2 mol B (C) 1 mol A : 2 mol B (D) 2 mol A : 3 mol B

2. O instante a partir do qual se pode considerar que o sistema químico atinge um estado de equilíbrio é (A) t 1 (B) t 2 (C) t 3 (D) t 4

3. Considere que num determinado instante, depois de atingido o estado de equilíbrio à temperatura T, se aumenta a concentração da espécie A. Conclua, justificando, como variará o quociente da reação, após o aumento da concentração da espécie A, até ser atingido um novo estado de equilíbrio, à mesma temperatura.


GRUPO IV

Com o objetivo de determinar a capacidade térmica mássica do cobre e do alumínio, um grupo de alunos utilizou sucessivamente blocos calorimétricos desses metais, numa montagem semelhante à representada na Figura 2. Os alunos começaram por introduzir um sensor de temperatura, ligado a um sistema de aquisição de dados, num dos orifícios de um desses blocos calorimétricos e uma resistência de aquecimento no outro orifício. Tiveram, ainda, o cuidado de proceder de modo a otimizar o contacto térmico do bloco, quer com o sensor, quer com a resistência, e a minimizar a taxa de dissipação de energia do bloco. Seguidamente, os alunos montaram um circuito elétrico, ligando a resistência de aquecimento a uma fonte de alimentação, a um voltímetro, a um amperímetro e a um interruptor.

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1. Qual dos esquemas seguintes pode representar o circuito elétrico montado pelos alunos?

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2. Os alunos ligaram o interruptor do circuito elétrico e iniciaram, simultaneamente, o registo da temperatura do bloco de cobre em função do tempo.

2.1. Identifique uma das grandezas que os alunos tiveram de medir para calcularem a potência dissipada pela resistência de aquecimento.

2.2. A potência dissipada pela resistência de aquecimento na experiência realizada foi 1,58 W. A Figura 3 apresenta o gráfico da temperatura do bloco de cobre, de massa 1,00 kg, em função do tempo. !(#%%

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Determine, a partir dos resultados da experiência, o valor da capacidade térmica mássica do cobre.

3. Seguidamente, os alunos repetiram a experiência, nas mesmas condições, substituindo apenas o bloco de cobre por outro de alumínio, aproximadamente com a mesma massa. A Figura 4 apresenta o esboço dos gráficos da temperatura de cada um dos blocos, em função do tempo.

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Apresente todas as etapas de resolução.

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Conclua, justificando, qual dos dois metais, cobre ou alumínio, terá maior capacidade térmica mássica.

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GRUPO V

Um carrinho de brincar desloca-se sobre uma pista que pode ser montada com diferentes formatos.

1. Considere que a pista é montada de modo que o carrinho descreva sobre ela uma trajetória circular, num mesmo plano horizontal, com velocidade de módulo constante.

1.1. Caracterize os vetores velocidade e aceleração do carrinho quanto à sua direção e quanto ao seu sentido, relativamente à trajetória descrita.

1.2. Considere que a trajetória circular descrita pelo carrinho tem 50,0 cm de diâmetro e que o carrinho demora, em média, 47,6 s a descrever 5 voltas completas. Determine o módulo da aceleração do carrinho. Apresente todas as etapas de resolução.

1.3. Admita que se colocaram sobrecargas de massa sucessivamente maior no carrinho e que os conjuntos carrinho + sobrecarga se deslocaram sobre a pista demorando o mesmo tempo a descrever uma volta completa. Qual das opções seguintes apresenta os esboços dos gráficos que podem representar corretamente o módulo da aceleração, a, dos conjuntos carrinho + sobrecarga e a intensidade da resultante das forças neles aplicadas, F, em função da massa, m, daqueles conjuntos?

(A)

(B)

a

0

m

0

m

F

m

0

(D)

a

a

F

0

(C)

0

a

m

F

m

0

0

m

F

m

0

m


2. Considere que a pista é agora montada formando uma rampa sobre a qual o carrinho percorre trajetórias retilíneas no sentido descendente ou no sentido ascendente.

2.1. Na Figura 5, apresenta-se o esboço do gráfico que pode representar a soma dos trabalhos realizados pelas forças aplicadas no carrinho, W, em função da distância, d, percorrida pelo carrinho, à medida que este desce a rampa.

W

Qual é o significado físico do declive da reta representada? 0 2.2. Conclua, justificando, se existe conservação da energia mecânica do sistema carrinho + Terra quando o carrinho sobe a rampa com velocidade constante.

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3. A Figura 6 representa o espectro do som emitido pela buzina do carrinho.

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#!!! #"!!

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O espectro representado permite concluir que o som emitido pela buzina do carrinho é (A) puro, resultando da sobreposição de várias frequências. (B) intenso, porque algumas das suas frequências são muito elevadas. (C) harmónico, podendo ser descrito por uma função sinusoidal. (D) complexo, resultando da sobreposição de vários harmónicos.


d Figura 5

GRUPO VI

1. A Figura 7 representa parte do trajeto de um feixe de luz monocromática que se propaga no ar e que incide numa face de um paralelepípedo de vidro Flint, propagando-se depois no interior do vidro. Os ângulos de incidência e de refração são, respetivamente, 24,0º e 16,0º.

Figura 7

1.1. Determine a velocidade de propagação do feixe de luz monocromática no interior do vidro Flint. Apresente todas as etapas de resolução.

nar (índice de refração do ar) = 1,00

1.2. Qual dos esquemas seguintes pode representar o trajeto do feixe de luz monocromática ao propagar-se do interior do vidro Flint novamente para o ar? (A)

(B)

(C)

(D)

2. A reflexão total da luz ocorre quando esta incide na superfície de separação entre um meio e outro de (A) maior índice de refração, com um ângulo de incidência superior ao ângulo crítico. (B) menor índice de refração, com um ângulo de incidência inferior ao ângulo crítico. (C) maior índice de refração, com um ângulo de incidência inferior ao ângulo crítico. (D) menor índice de refração, com um ângulo de incidência superior ao ângulo crítico.

FIM Prova 715.V1/1.ª F. • Página 15/ 16

COTAÇÕES GRUPO I 1. 2. 3. 4.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO II 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. ..................................................................................................


2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................

5 pontos 5 pontos

3.1. .................................................................................................. 3.2. .................................................................................................. 4. ...........................................................................................................


2. 3.

60 pontos

GRUPO III 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. ...........................................................................................................


GRUPO IV 1. ........................................................................................................... 2. 2.1. .................................................................................................. 2.2. .................................................................................................. 3. ...........................................................................................................


GRUPO V 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. ..................................................................................................


2.1. .................................................................................................. 2.2. ..................................................................................................

5 pontos 15 pontos

3. ...........................................................................................................

5 pontos

2.

50 pontos

GRUPO VI 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 2. ...........................................................................................................


TOTAL .........................................


200 pontos



por sua vez reage com a água líquida formando ácido sulfúrico, H2SO4 (aq). Estes ácidos aumentam consideravelmente a acidez da água da chuva.

; facilidade: 0,67

Eletrões de valência. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,50

(B) O n.º atómico do carbono é 6. Cada átomo de carbono tem 6 eletrões. No estado fundamental, os eletrões estão nas orbitais de menor energia. Assim, a configuração eletrónica de C no estado fundamental é: (1s)2(2s)2(2p)2. Os dois eletrões 2p podem distribuir-se pelas três orbitais 2p. Como cada orbital pode ter no máximo dois eletrões, e todas têm a mesma energia, um eletrão está numa orbital e o outro noutra orbital 2p. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,49

(C) Os isótopos de um mesmo elemento têm o mesmo número atómico. Logo, têm o mesmo número de eletrões. 4. cotação: 5

; facilidade: 0,24

Orbital. Grupo II 1. 1.1. cotação: 10

; facilidade: 0,35

§

Equação da reta:

34,09 g × 1 dm 3 =V 1,267 g V = 26,9 dm 3 Ou seja, o volume molar do H2S é, à pressão e temperatura referida: Vm =

26,9 dm 3 1 mol

= 26,9 dm 3 /mol 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,48

(C) A amostra de H2S (g) tem o dobro do volume da amostra de CH4 (g), nas mesmas condições de pressão e temperatura. De acordo com a lei de Avogadro, a amostra de H2S tem o dobro do n.º de moléculas da amostra de CH4. Como cada molécula H2S tem 2 átomos de H e cada molécula CH4 tem 4 átomos de H, a amostra de H2S e a amostra de CH4 têm o mesmo n.º de átomos de H. 1.3. cotação: 10

; facilidade: 0,43

2 H2S (g) + 3 O2 (g) → 2 SO2 (g) + 2 H2O (g) O dióxido de enxofre, SO2 (g), resultante desta reação reage: (a) com a água líquida formando ácido sulfuroso, H2SO3 (aq); (b) com o oxigénio do ar formando SO3 (g) — que

6,8 × 10−23 × ⎡⎣ H 2S ⎤⎦ 2− ⎤

⎡S ⎣ ⎦

2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,36

(B) Teor de H2S é 22 ppm, isto é, 22 partes por milhão. Num quilograma (1 000 g = 1 000 000 mg), há 22 mg de H2S. 2.2. cotação: 5

(A) Nesta reação: (a) o n.º de oxidação do cloro passa de 0 para –1; (b) o n.º de oxidação do enxofre passa de –2 para 0. Portanto, o cloro é reduzido e o enxofre é oxidado. Ou seja, o H2S é oxidado pelo Cl2. 3. ; facilidade: 0,35

(B) Opção (A), errada: quanto menor for o pH, maior é a concentração de H3O+, logo maior é a concentração de S2– resultante da ionização de H2S. Opção (B), correta: quanto maior for o pH, menor é a concentração de H3O+, logo menor é a concentração de S2– resultante da ionização de H2S. Como a concentração dos produtos é menor, o H2S que é reagente tem que se ionizar mais. Opção (C), errada: não há dissociação, uma vez que H2S é uma espécie molecular e não uma espécie iónica. Opção (D), errada: idem

2

6,8 × 10−23 × ⎡⎣ H 2S ⎤⎦ ⎡S2− ⎤ ⎣ ⎦

Se a concentração de H2S for 0,10 mol/dm3 e a de S2– for 7,88 × 10–17 mol/dm3, vem: −23 ⎡ H O+ ⎤ = 6,8 × 10 × 0,10 ⎣ 3 ⎦ 7,88 × 10−17

= 2,9 × 10−4

mol

dm 3 Portanto, para concentrações hidrogeniónicas inferiores a 2,9 × 10–3 mol/dm3 (a que corresponde um pH de 2,54), há precipitação do sulfureto de ferro. 4. cotação: 5

3.1. cotação: 5

= ⎡ H 3O+ ⎤ ⎣ ⎦

⎡ H O+ ⎤ = ⎣ 3 ⎦

; facilidade: 0,49

3.2. cotação: 15

O declive é 1,267 g/dm3, uma vez que m está expresso em gramas e V em dm3. Este valor é a densidade do H2S. A massa molar de H2S é: M = (2 × 1,01 + 32,07)g/mol = 34,09 g/mol Portanto, 1 mol de H2S tem a massa de 34,09 g. Esta massa corresponde ao seguinte volume: 34,09 g 1,267 g = V 1 dm 3

Desta equação, obtém-se a concentração hidrogeniónica na solução saturada:

; facilidade: 0,51

(D) Átomo de H: 1 eletrão de valência. Átomo de S: 6 eletrões de valência (é do grupo 16). Na molécula H2S há 2 × 1 + 6 = 8 eletrões de valência no total. O átomo de S estabelece ligações covalentes simples com os dois átomos de H. No átomo de S restam 4 eletrões (2 pares) não ligantes. Grupo III 1. cotação: 5

; facilidade: 0,25

(D)

; facilidade: 0,18

Solução com 4,47 g de Fe2+ (aq) por dm3. Estes 4,47 g correspondem a: 55,85 g 4,47 g = n mol

ΔA = 1− 0,49 = 0,51

ΔB = 1− 0,23 = 0,77

n = 8,00 × 10−2 mol Fe2+

Portanto, a concentração do é: mol 2+ −2 ⎡ Fe ⎤ = 8,00 × 10 ⎣ ⎦ dm 3 Numa solução saturada de FeS, tem-se: Ks = ⎡ Fe 2+ ⎤ × ⎡S2− ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 6,3× 10−18 = ⎡ Fe 2+ ⎤ × ⎡S2− ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ A concentração de S2– numa solução saturada de FeS é, pois: −18

⎡S2− ⎤ = 6,3× 10 ⎣ ⎦ ⎡ Fe 2+ ⎤ ⎣ ⎦

Se nessa solução saturada a concentração de Fe2+ for 8,00 × 10−2 mol/dm3, a concentração de S2– é: −18 ⎡S2− ⎤ = 6,3× 10 ⎣ ⎦ 8,00 × 10−2

= 7,88 × 10−17

mol

dm 3 A reação do ácido sulfídrico com a água, H 2S (aq) + 2 H 2O (l) ! S2− (aq) + 2 H 3O+ (aq) tem como constante de acidez o valor 6,8 × 10–23: ⎡S2− ⎤ × ⎡ H O+ ⎤ ⎦ ⎣ 3 ⎦ Ka = ⎣ ⎣⎡ H 2S ⎤⎦

2

⎡S2− ⎤ × ⎡ H O+ ⎤ ⎦ ⎣ 3 ⎦ 6,8 × 10−23 = ⎣ ⎡⎣ H 2S ⎤⎦

2

0,51 de A 51 de A 2 de A = ≈ 0,77 de B 77 de B 3 de B 2. cotação: 5

; facilidade: 0,85

(C) Antes de t3 as concentrações de reagentes e produtos ainda não estão constantes. Podemos considerar que em t3 as concentrações já estabilizaram, mantendo-se constantes no decurso do tempo. 3. cotação: 10

; facilidade: 0,38

Depois de se atingir o equilíbrio, aumentando a espécie A está-se a aumentar a quantidade de um reagente da reação (no gráfico pode ver-se que A e B diminuíram ao longo da reação e que C aumentou). Segundo a lei de Le Châtelier, o sistema reage de modo a contrariar essa perturbação. Assim, o sistema tende a atingir um novo equilíbrio, diminuindo a concentração de A e favorecendo a formação de C. Como no numerador do quociente da reação se encontra a concentração do produto C e no denominador a multiplicação das concentrações de A e B, os reagentes, conclui-se que se aumenta o numerador do quociente de reação e diminui-se o denominador. Ou seja, o quociente, aumenta. Concluindo: o quociente da reação aumenta até que volte a ser igual à constante de equilíbrio à temperatura T.



Grupo IV 1. cotação: 5

; facilidade: 0,47

(B) O amperímetro, ligado em série, mede a intensidade da corrente que percorre o circuito, incluindo o resistor de aquecimento. O voltímetro, ligado em paralelo aos terminais do resistor, mede a d.d.p. nos terminais do gerador e, em simultâneo, nos extremos do resistor, uma vez que não há mais resistores no circuito. 2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,19

A diferença de potencial elétrico (ou tensão) V. [Ou a intensidade da corrente elétrica I.] 2.2. cotação: 10

; facilidade: 0,22

O resistor ou resistência de aquecimento dissipa 1,58 watts, ou seja 1,58 joules por segundo: J 1,85 W = 1,58 s Tendo em conta os dados do gráfico, conclui-se, por exemplo, que entre 50 s e 150 s a temperatura do bloco de cobre de 1,00 kg aumenta: 17,94 ° – 17,56 °C = 0,38 °C

sendo sempre tangente à trajectória. O raio da trajetória circular é de 0,50 m r= = 0,25 m 2 A magnitude da aceleração centrípeta é dada por: ac =

Cada volta demora 47,6 s = 9,52 s 5 A magnitude da velocidade é, pois: 1,58 m v= = 0,1650 m/s 9,52 s Portanto, a magnitude da aceleração é: ac =

0,16502 0,25 m/s = 0,109 s 1.3.

100 s

Nesses 100 s, a energia fornecida ao resistor foi: J 1,58 × 100 s = 158 J s Como a energia foi transferida como calor, vem: Q = m c Δθ 158 J = 1,00 kg × c × 0,38 °C Resolvendo em ordem a c, a capacidade térmica mássica do cobre, obtém-se: 158 J c= 1,00 kg × 0,38 °C 158 J = 0,38 kg × °C J = 416 kg × °C ; facilidade: 0,48

A capacidade térmica mássica de uma substância é dada por: Q c= m Δθ A capacidade térmica mássica c é, pois, inversamente proporcional à variação de temperatura, ∆θ. Os dois blocos, de Cu e Al, recebem a mesma quantidade de energia Q, no mesmo intervalo de tempo. Como se pode observar no gráfico, para a mesma quantidade de energia, a variação de temperatura ∆θ do alumínio é menor. Logo, o alumínio tem maior capacidade térmica mássica. Grupo V 1. 1.1. cotação: 10

cotação: 5

; facilidade: 0,62

Num movimento circular com aceleração centrípeta de magnitude constante, a magnitude da velocidade é constante: apenas varia a direção da velocidade,

; facilidade: 0,13

Por definição, o trabalho W da soma das forças é dado por W = F d cos(α) sendo F a magnitude da soma ou resultante das forças, d a magnitude do deslocamento e α o ângulo entre a soma das forças e o deslocamento. Quando o carrinho está a descer o plano, a soma das forças aponta paralelamente ao plano, para baixo, tal como o deslocamento. O ângulo α é, pois, nulo. O seu co-seno é 1. A equação anterior pode então ser escrita como: W=Fd Representando o trabalho W em função da distância percorrida d, que é igual à magnitude do deslocamento, concluímos que F é o declive o gráfico. 2.2. cotação: 15

( )

Substituindo valores e resolvendo em ordem ao índice de refração no vidro, vem: 1,00 × sin 24º = n2 × sin 16,0º

( )

(

n2 =

) ( ) sin (16,0º )

1,00 × sin 24º

= 1,476 Por definição, o índice de refração n de um certo meio é dado por c n= v sendo c a velocidade da luz no vácuo e v a velocidade da luz nesse meio. Portanto, a velocidade v da luz no vidro é: 1,476 =

3,00 × 108 m/s v

v=

3,00 × 108 m/s 1,476

1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,59

2. 2.1. cotação: 5

; facilidade: 0,62

= 2,03× 108 m/s

(A) A magnitude da aceleração é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade e inversamente proporcional ao raio. Não depende, pois, da massa do carrinho. A magnitude da soma das forças é diretamente proporcional à massa do carrinho, de acordo com a 2.ª lei de Newton.

; facilidade: 0,22

Quando o carro sobe a rampa com velocidade constante, a sua energia cinética mantém-se constante, uma vez que a energia cinética é proporcional a v2. Como a altura do carro aumenta na subida da rampa, a energia potencial gravítica aumenta também, uma vez que esta é diretamente proporcional à altura. Ou seja, a energia mecânica, soma da energia potencial e da energia cinética, aumenta. Portanto, não há conservação da energia mecânica. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,28

Trajectória circular. Velocidade: direção tangente à trajetória; sentido, aponta para o lado do movimento. Aceleração: direção radial; sentido centrípeto, aponta para o centro da trajetória. 1.2. cotação: 10

v2 r

=

17,56

1.1. cotação: 10

De acordo com a lei da refração, lei de Snell-Descartes, podemos escrever: n1 × sin α1 = n2 × sin α 2

( )

A distância percorrida em cada volta é igual ao perímetro da circunferência: d = 2π × r 0.50 m = 6,28 × 2 = 1,58 m

17,94

3. cotação: 10

v2 r

Grupo VI 1.

; facilidade: 0,60

(D) O gráfico (espectro sonoro) mostra que o som emitido contém mais do que uma frequência. É, pois, o espectro de um som complexo.

; facilidade: 0,60

(B) Do ar para o vidro: o feixe de luz aproxima-se da normal à superfície de separação dos dois meios, porque a velocidade da luz no vidro é inferior. Do vidro para o ar: o feixe de luz afasta-se da normal à superfície de separação dos dois meios. As duas faces opostas do paralelepípedo são paralelas. O ângulo de refração na passagem da luz do ar para o vidro tem de ser igual ao ângulo de incidência na passagem da luz do vidro para o ar. Portanto, o feixe que sai do vidro para o ar na segunda face é paralelo ao feixe incidente na primeira face do vidro. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,45

(D) Esquema de uma reflexão total: meio com maior velocidade da luz e menor índice de refração

ex.: ar 1 2

3

3

2 1 meio com menor velocidade da luz e maior índice de refração

ex.: água

Numa reflexão total, a luz propaga-se de um meio com maior refrangência para um meio menor refrangência (com menor índice de refração). Se o ângulo de incidência for superior ao ângulo crítico (ângulo de incidência do raio 2), a luz não se refrata para o segundo meio. A partir desse ângulo, observa-se o fenómeno de reflexão total.

ExAmE NAcioNAl do ENsiNo sEcuNdário Decreto-Lei n.º 74/2004, de 26 de Março


15 Páginas


2011

VERSÃO 1 Na folha de respostas, indique de forma legível a versão da prova. A ausência dessa indicação implica a classificação com zero pontos das respostas aos itens de escolha múltipla. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta. Pode utilizar régua, esquadro, transferidor e máquina de calcular gráfica. Não é permitido o uso de corrector. Em caso de engano, deve riscar de forma inequívoca aquilo que pretende que não seja classificado. Escreva de forma legível a numeração dos itens, bem como as respectivas respostas. As respostas ilegíveis ou que não possam ser identificadas são classificadas com zero pontos. Para cada item, apresente apenas uma resposta. Se escrever mais do que uma resposta a um mesmo item, apenas é classificada a resposta apresentada em primeiro lugar. Para responder aos itens de escolha múltipla, escreva, na folha de respostas:

• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efectuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova. A prova inclui uma Tabela de Constantes na página 2, um Formulário nas páginas 2 e 3, e uma Tabela Periódica na página 4.

Prova 715.V1 • Página 1/ 15

TABElA dE coNsTANTEs Velocidade de propagação da luz no vácuo

c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


s = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1

Formulário • Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = q + 273,15 T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) q – temperatura em grau Celsius

m

• Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... r = — V m – massa V – volume • Efeito fotoeléctrico ........................................................................................................... Erad = Erem + Ec Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal Erem – energia de remoção de um electrão do metal Ec – energia cinética do electrão removido

n

• Concentração de solução ................................................................................................ c = — V n – quantidade de soluto V – volume de solução • Relação entre pH e concentração de H3O+ .......................................... pH = -log

{[H3O+] / mol dm-3}

• 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... DU = W+Q +R DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi ) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação • Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo s – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo • Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura ............................................................................................ m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT – variação da temperatura do corpo • Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução ....................................................................................... Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direcção de transferência de energia l – comprimento da barra DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra


P = es AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®

• Trabalho realizado por uma força constante, F , que actua sobre um corpo em movimento rectilíneo .................................................................. d – módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força a – ângulo definido pela força e pelo deslocamento • Energia cinética de translação ....................................................................................... m – massa v – módulo da velocidade

W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h

• Teorema da energia cinética ........................................................................................... W – soma dos trabalhos realizados pelas forças que actuam num corpo, num determinado intervalo de tempo DEc – variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo

W = DEc

• Lei da Gravitação Universal ............................................................................................ Fg – módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m1 (m2) na massa pontual m2 (m1) G – constante de Gravitação Universal r – distância entre as duas massas • 2.ª Lei de Newton ............................................................................................................... ® F – resultante das forças que actuam num corpo de massa m ® a – aceleração do centro de massa do corpo

m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F = ma

1

• Equações do movimento rectilíneo com aceleração constante .............................. x = x0 + v0t + — at 2 2 x – valor (componente escalar) da posição v – valor (componente escalar) da velocidade v = v0 + at a – valor (componente escalar) da aceleração t – tempo • Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante .................................................................................................... ac – módulo da aceleração centrípeta

v – módulo da velocidade linear r – raio da trajectória T – período do movimento

v2 r 2pr v = —— T

ac = —

2p T

w = ——


v f


l=—


y =A sin(wt)

• Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, ® em que existe um campo magnético uniforme, B .............................................. a – ângulo entre a direcção do campo e a direcção perpendicular à superfície • Força electromotriz induzida numa espira metálica ............................................ DFm – variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo Dt

Fm = B A cos a

|DFm|

|ei| = —–—–

Dt

• Lei de Snell-Descartes para a refracção .................................................................. n1 sin a1 = n 2 sin a2 n1, n2 – índices de refracção dos meios 1 e 2, respectivamente a1, a2 – ângulos entre a direcção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respectivamente



Be

Li

21

[223]

[226]

88

Ra

87

137,33

Fr

132,91

56

Ba

55

87,62

Cs

85,47

[227]

232,04

231,04

91

90

Th

89

Ac

Pa

140,91

140,12

138,91

59

Pr

58

Ce

57

La

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

Ta

73

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

[262]

Rf

104

178,49

Hf

72

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

[261]

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

39

38

Sr

37

Rb

Sc

44,96

K

3

40,08

20

Ca

19

39,10

24,31

22,99

12

Mg

11

Na

9,01

4

3

6,94

2

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

Ir

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

Pt

78

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

49

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

Sn

50

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

Lr

[262]

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, seleccione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correcta ou responder correctamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível.

GRUPO I

O espectro da radiação electromagnética, que abrange uma enorme gama de frequências, compreende um pequeno segmento que corresponde a uma sequência de cores – violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Mas há muito mais luz do que aquela que vemos nesse pequeno segmento do espectro. Nas frequências mais altas, para lá do violeta, fica uma parte do espectro chamada ultravioleta: uma espécie de luz, invisível aos nossos olhos, mas perfeitamente real. Para lá do ultravioleta fica a parte de raios X do espectro e para lá dos raios X ficam os raios gama. Nas frequências mais baixas, do outro lado do vermelho, fica a parte infravermelha do espectro. Foi descoberta colocando um termómetro nessa zona do espectro: a temperatura subiu, o que significava que havia radiação a incidir no termómetro. Nas frequências ainda mais baixas, fica a vasta região espectral das ondas de rádio. Dos raios gama às ondas de rádio, todos são tipos respeitáveis de luz. Mas, em virtude das limitações dos nossos olhos, temos uma espécie de preconceito a favor daquele pequeno segmento de arco-íris a que chamamos espectro da luz visível. Carl Sagan, Cosmos, Gradiva, 1984 (adaptado)

1. Apresente um esquema que traduza a sequência dos vários tipos de radiação no espectro electromagnético, com base na informação dada no texto.

2. O espectro da luz visível pode ser obtido fazendo incidir radiação solar num prisma de vidro. Admita que o índice de refracção, n, do vidro de que é constituído um prisma é 1,51 para uma radiação vermelha e 1,53 para uma radiação violeta. Conclua, justificando, qual destas radiações se propaga com maior velocidade no interior do prisma.


3. Considere um feixe laser, muito fino, que se propaga no ar e que incide numa das faces de um prisma de vidro. Em qual das figuras seguintes está representada parte de um trajecto possível desse feixe no interior do prisma? !"#

!$#

!%#

!&#

4. Os colectores solares térmicos são dispositivos que permitem aproveitar o efeito térmico da radiação que nos chega do Sol. Pretende-se instalar um sistema solar térmico com colectores orientados de modo que neles incida, por cada metro quadrado (m2), radiação de energia média diária de 1,0 × 107 J. O sistema, com um rendimento médio de 35%, destina-se a aquecer 300 kg de água. Calcule a área de colectores que deve ser instalada, caso se pretenda que o aumento médio diário da temperatura da água seja 40 ºC. Apresente todas as etapas de resolução.

c (capacidade térmica mássica da água) = 4,18 × 103 J kg-1 ºC-1

5. Admitindo que as estrelas se comportam como corpos negros, o comprimento de onda da radiação de máxima intensidade emitida por uma estrela será tanto maior quanto (A) maior for a temperatura a que esta se encontra. (B) menor for a temperatura a que esta se encontra. (C) maior for a área da sua superfície. (D) menor for a área da sua superfície.


GRUPO II

1. Na Figura 1, está representado o espectro da estrela Rigel na região do visível.

Figura 1

1.1. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. O espectro representado na Figura 1 resulta da sobreposição de um espectro de ____________ contínuo e de um conjunto de riscas negras resultantes da ____________ de radiação pelas espécies presentes na atmosfera da estrela. (A) absorção … absorção (B) emissão … emissão (C) absorção … emissão (D) emissão … absorção

1.2. O espectro da estrela Rigel apresenta uma risca negra bem definida a um comprimento de onda de 486 nm. Qual das expressões seguintes permite calcular a frequência, f , em hertz (Hz), da radiação que, no vácuo, tem aquele comprimento de onda? (A) f =

4, 86 # 10 −7 Hz 3, 00 # 108

(B) f =

3, 00 # 108 Hz 4, 86 # 10 −7

(C) f =

3, 00 # 108 Hz 486

(D) f =

486 Hz 3, 00 # 108

1.3. O espectro de emissão do hélio atómico na região do visível apresenta, entre outras, uma risca a 587 nm e uma risca a 667 nm . Conclua, justificando a partir da informação fornecida, se é provável que o hélio esteja presente na atmosfera da estrela Rigel.


2. O espectro de emissão do átomo de hidrogénio apresenta uma risca vermelha originada por uma transição electrónica que envolve a emissão de radiação de energia igual a 3,03 × 10-19 J. O número quântico principal, n, do nível energético para o qual o electrão transita e a variação de energia, DE, associada a essa transição electrónica são, respectivamente, (A) n = 3 e DE = + 3,03 × 10-19 J (B) n = 2 e DE = + 3,03 × 10-19 J (C) n = 2 e DE = – 3,03 × 10-19 J (D) n = 3 e DE = – 3,03 × 10-19 J

GRUPO III O oxigénio, O2 (g), é um dos componentes principais da atmosfera terrestre.

1. Considere o período da Tabela Periódica onde se encontra o elemento oxigénio. Qual é o elemento desse período cujos átomos apresentam maior raio atómico?

2. Represente a molécula O2 , utilizando a notação de Lewis.

3. Na termosfera, pode ocorrer a ionização de O2 (g) por absorção de, pelo menos, 1,18 × 103 kJ mol-1. Para que ocorra a ionização de uma molécula de O2 (g), deverá ser absorvida, pelo menos, uma energia, em joule (J), igual a

(A)

(B)

1, 18 # 10 3 J 10 3 # 6, 02 # 10 23

1, 18 #

10 3 J # 6, 02 # 10 23

10 3

(C)

6, 02 # 10 23 J 1, 18 # 10 3 # 10 3

(D)

1, 18 # 10 3 # 10 3 J 6, 02 # 10 23


4. A tabela seguinte apresenta a composição de uma amostra de ar.

Gás

Quantidade / mol

N2

0,174

O2

0,047

Outros gases

0,002

Qual das expressões seguintes permite calcular a fracção molar de O2 (g), x O2, nessa amostra?

0, 047

(A) x O2 = 0, 174 # 0, 047 # 0, 002 (B) x O2 =

0, 047 0, 174 + 0, 047 + 0, 002

(C) x O2 =

0, 174 # 0, 047 # 0, 002 0, 047

(D) x O2 =

0, 174 + 0, 047 + 0, 002 0, 047

5. A reacção de combustão do butano, C4H10 (g) (M = 58,14 g mol-1), no ar, pode ser traduzida por

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H2O(g) Calcule o volume de O2 (g) necessário para que ocorra a combustão completa de 23,26 g de butano, em condições normais de pressão e de temperatura (PTN). Apresente todas as etapas de resolução.

6. Considere um som harmónico que se propaga no ar. Se esse som se propagar na água, terá (A) a mesma frequência e o mesmo comprimento de onda. (B) a mesma frequência e o mesmo período. (C) o mesmo período e o mesmo comprimento de onda. (D) o mesmo período e a mesma velocidade de propagação.


GRUPO IV 1. O produto iónico da água, Kw , é a constante de equilíbrio definida para a reacção de auto-ionização da água que pode ser traduzida por

2 H2O (l)

H3O+ (aq) + OH- (aq)

O gráfico da Figura 2 representa o produto iónico da água, Kw, em função da temperatura. !+ !"#$%$!# !!& '"#$%$!# !!( )"#$%$!# !!( ("#$%$!# !!( *"#$%$!# !!( # #

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Figura 2

1.1. Determine o pH de uma amostra pura de água à temperatura de 40 ºC. Apresente todas as etapas de resolução.

1.2. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. O pH de uma amostra pura de água ____________ à medida que a temperatura aumenta, ____________ alteração do carácter neutro da água. (A) aumenta … havendo (B) diminui … não havendo (C) diminui … havendo (D) aumenta … não havendo

1.3. Conclua, justificando, se a reacção de auto-ionização da água é endotérmica ou exotérmica.


2. A água é uma espécie química anfotérica (ou anfiprótica), porque, em reacções de ácido-base, (A) se comporta sempre como um ácido. (B) se comporta sempre como uma base. (C) se pode comportar como um ácido ou como uma base. (D) nunca se comporta como um ácido nem como uma base.

3. Numa solução aquosa ácida, a 25 ºC, verifica-se a relação (A) 7H3 O + A = 7OH − A # 1, 0 # 10 −14

(B) 7H3 O + A # 7OH − A 1 1, 0 # 10 −14 (C) 7H3 O + A # 7OH − A 2 1, 0 # 10 −14 (D) 7H3 O + A # 7OH − A = 1, 0 # 10 −14

4. Atendendo apenas à estequiometria do composto, a molécula H2O poderia assumir uma geometria linear. No entanto, aquela molécula apresenta uma geometria angular. Explique por que é que a geometria da molécula de água é angular.


GRUPO V

Para investigar como varia a energia cinética de um corpo com a distância percorrida sobre um plano inclinado, um grupo de alunos montou uma prancha flexível, de modo que uma parte formasse uma rampa com uma certa inclinação em relação à horizontal, como está representado na Figura 3. Os alunos abandonaram um carrinho, de massa 457,0 g , em diversos pontos da rampa, medindo, em cada caso, a distância, d, percorrida até ao final da rampa e o valor da velocidade, v, com que o carrinho aí chegava. !

Figura 3

1. Em três ensaios, realizados nas mesmas condições, os alunos mediram, com um sensor, os valores da velocidade, v , que se encontram registados na tabela seguinte.

Ensaio

v / m s-1

1

0,846

2

0,853

3

0,842

Obtenha o resultado da medição da velocidade. Exprima esse resultado em função do valor mais provável e da incerteza absoluta. Apresente todas as etapas de resolução.

2. Admita que era pedido aos alunos que determinassem o valor da velocidade, v , do carrinho no final da rampa, não com um sensor, mas tendo que utilizar obrigatoriamente um cronómetro e uma fita métrica. Descreva uma metodologia adequada à tarefa pedida aos alunos, explicitando os passos necessários àquela determinação.


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3. Na Figura 4, está representado o gráfico da energia cinética do carrinho no final da rampa, para diversos valores da distância percorrida, d. $%&'$ $%&($ $%&)$ $%&*$ $%&$$ $%$'$ $%$($ $%$)$ $%$*$ $%$$$ $%$$

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Figura 4

O valor da velocidade, v , em metro por segundo (m s-1), com que o carrinho chegará ao final da rampa, se, sobre esta, percorrer 2,00 m, pode ser calculado pela expressão (A) v =

2 # 0, 170 m s −1 0, 4570

(B) v =

2 # 0, 180 m s −1 0, 4570

(C) v =

0, 4570 # 0, 180 m s −1 2

(D) v =

0, 4570 # 0, 170 m s −1 2

4. Os alunos repetiram a experiência, colocando uma sobrecarga sobre o carrinho. Em qual das figuras seguintes se encontram correctamente esboçados os gráficos da energia cinética do carrinho (sem e com sobrecarga) no final da rampa, em função da distância percorrida?

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GRUPO VI Considere um carrinho que se move segundo uma trajectória rectilínea, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional. Na Figura 5, encontra-se representado o gráfico da componente escalar, segundo esse eixo, da velocidade, v , do carrinho em função do tempo, t , obtido em laboratório com um sistema de aquisição de dados. !"'( )!* !"#! !"$! !"%! !"&! !

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! !"&! !!"%! Figura 5

1. Houve inversão do sentido do movimento do carrinho no intervalo de tempo (A) [1,6 ; 2,0] s (B) [3,4 ; 3,8] s (C) [4,8 ; 5,2] s (D) [5,6 ; 6,0] s

2. Calcule a distância percorrida pelo carrinho no intervalo de tempo [0,0 ; 1,4] s . Apresente todas as etapas de resolução.

→

3. Em qual dos seguintes esquemas se encontram correctamente representados os vectores velocidade, v , → e aceleração, a , no instante t = 3,4 s ? !"#

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FIM Prova 715.V1 • Página 14/ 15

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COTAÇÕES

GRUPO I 1. 2. 3. 4. 5.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO II 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. .................................................................................................. 2. ...........................................................................................................


GRUPO III 1. 2. 3. 4. 5. 6.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................

5 pontos 5 pontos 5 pontos 5 pontos 10 pontos 5 pontos 35 pontos

GRUPO IV 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 1.3. .................................................................................................. 2. ........................................................................................................... 3. ........................................................................................................... 4. ...........................................................................................................

10 pontos 5 pontos 10 pontos 5 pontos 5 pontos 10 pontos 45 pontos

GRUPO V 1. 2. 3. 4.

........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO VI 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. ...........................................................................................................


TOTAL .........................................

200 pontos




Grupo II 1.

; facilidade: 0,64

c.d.o. crescente

2. cotação: 10

frequência decrescente

Ordenando a radiação por ordem crescente de comprimento de onda (e ordem decrescente de frequência), temos: radiação gama radiação X radiação ultravioleta radiação visível radiação infravermelha ondas de rádio FM e AM

; facilidade: 0,27

O índice de refracção para um meio óptico é dado por c n= v onde c é a velocidade da luz no vácuo e v a velocidade da luz nesse meio. Portanto, quanto menor for o índice de refracção n maior é a velocidade da luz v, uma vez que são duas grandezas inversamente proporcionais. Ou seja, a radiação vermelha (índice de refracção 1,51, menor que 1,53, índice da radiação violeta) propaga-se com maior velocidade no vidro do que a radiação violeta. 3. cotação: 5

4. cotação: 15

; facilidade: 0,50

Energia média diária necessária para o aquecimento da água, sob a forma de calor: Q = m c Δθ J = 300 kg × 4,18 × 103 × 40 °C kg × °C

1.1. cotação: 5

E 5,02 × 107 J = 35% 100% Donde: E=

5,02 × 107 J × 100% 35%

= 1,43× 108J Cada colector, por m2 e por dia, recebe 1,0 × 107 J. Portanto, a área de colectores que se pretende é dada por: 1,0 × 107 J 1 m2

1,43× 108J = A

Donde: A=

1,43× 108J × 1 m 2 1,0 × 107 J

= 14 m 2 5. cotação: 5

; facilidade: 0,38

(B) A temperatura de um corpo negro depende apenas da radiação emitida por esse corpo negro. De acordo com a lei de Wien, o comprimento de onda da radiação de máxima intensidade emitida por um corpo negro é inversamente proporcional à sua temperatura.

1,18 × 103 kJ mol−1 =

; facilidade: 0,58

(D) Espectro de emissão: conjunto de radiações emitidas (em geral, riscas de cor num fundo negro). Espectro de absorção: conjunto de radiações absorvidas (em geral, riscas negras num fundo de cor).

4. cotação: 5

1.2. cotação: 5

(B)

; facilidade: 0,60

(B) c=λ f c f = λ =

=

=

= =

=

1,18 × 103 × 103 J 6,02 × 1023

; facilidade: 0,69

xO

3,00 × 108 m/s 1 486 × 9 m 10

5. cotação: 10

quantidade de O2 quantidade de todas as espécies 0,047 mol = 0,174 mol + 0,047 mol + 0,002 mol 0,047 = 0,174 + 0,047 + 0,002

3,00 × 10 m/s 1 4,86 × 102 × 9 m 10 3,00 × 108 m/s 1 4,86 × 7 m 10 3,00 × 108 4,86 × 10−7

×

1 s

; facilidade: 0,59

Proporção estequiométrica: 2 mol

3,00 × 108 4,86 × 10

2

Massa de butano: 23,26 g Quantidade de matéria de butano: n 1 mol = 58,14 g 23,26 g 1 mol n= × 23,26 g 58,14 g = 0,4001 mol

8

1.3. cotação: 10

1,18 × 103 kJ mol

fracção molar de O 2 =

Hz −7

13 mol

8 mol

10 mol

2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) → 8 CO2 (g) + 10 H 2 O (g)

; facilidade: 0,29

Espectro de emissão do hélio: inclui riscas de 587 nm e de 667 nm. Espectro de absorção da estrela Rigel: ≈ 667 nm

58,14 g mol 23,36 g 0,4001 mol Cálculo da quantidade de matéria de oxigénio O2 necessário para a combustão completa de 23,26 g (0,4001 mol) de butano: 2 mol de C4 H10 0,4001 mol = 13 mol de O2 n de O2

= 5,02 × 107 J Como o rendimento é de apenas 35%, é necessário utilizar maior quantidade de energia da radiação, de acordo com a proporção:

; facilidade: 0,59

(D)

; facilidade: 0,56

(A) A velocidade da luz no vidro é menor do que a velocidade da luz no ar. Logo, o feixe aproxima-se da normal à superfície de separação ar-vidro no ponto de incidência.

3. cotação: 5

0,4001 mol × 13 mol 2 mol = 2,601 mol

≈ 587 nm No espectro de absorção, as riscas de um certo elemento têm os mesmos comprimentos de onda do espectro de emissão desse elemento. Portanto, como no espectro de Rigel surgem riscas negras que correspondem à absorção de radiação dos comprimentos de onda referidos para o espectro de hélio, podemos concluir que é provável a presença de hélio na atmosfera da estrela Rigel. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,47

(C) Para o átomo de H, a emissão de radiação na zona do visível ocorre nas transições de níveis n > 2 para o nível n = 2. Portanto, apenas as opções (B) e (C) podem estar corretas. Na emissão de radiação, o átomo perde energia: a variação de energia associada à transição é negativa, como indicado na opção (C).

n=

Cálculo do volume correspondente a 2,601 mol de O2 em condições PTN: V 22,4 L = 2,601 mol mol 22,4 L V= × 2,601 mol mol = 58,3 L 6. cotação: 5

Grupo III 1. cotação: 5

; facilidade: 0,64

Lítio. O raio atómico tende a diminuir ao longo de cada período: o elemento com maior raio atómico deverá ser o primeiro de cada período. O oxigénio está no 2.º período e o lítio é o primeiro elemento do 2.º período. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,41

Esquema da molécula de O2: O O

; facilidade: 0,48

(B) Som harmónico: uma única frequência. Se o som se propagar na água a sua velocidade é maior do que no ar. O período e a frequência do som mantêm-se (são caraterísticos do som) mas como a velocidade é maior, o comprimento de onda é menor. Grupo IV 1. 1.1. cotação: 10

; facilidade: 0,45

Por leitura do gráfico, obtém-se o valor de Kw:



As concentrações dos iões hidrónio e hidróxido na água pura são iguais: [H O+] = [OH−] Cálculo da concentração do ião hidrónio: K w = ⎡ H 3O+ ⎤ × ⎡OH − ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ −14 ⎡ +⎤ ⎡ −⎤ 3,0 × 10 = H 3O × OH ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 3,0 × 10−14 = c × c 3,0 × 10−14 = c 2 c = 3,0 × 10−14 mol L O pH correspondente a esta concentração é: = 1,73× 10−7

(

pH = − log 1,73× 10−7

(

= − −6,76

)

)

= 6,8 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,34

(B) O carácter neutro da água é independente da temperatura. Do gráfico, conclui-se que Kw aumenta com a temperatura: logo, a concentração de H3O+ (e, claro, a de OH–) também aumenta com a temperatura. Quanto maior for a concentração de H3O+, menor é o pH. 1.3. cotação: 10

; facilidade: 0,19

Do gráfico, conclui-se que Kw aumenta com a temperatura. Aumentando Kw, aumentam as concentrações de H3O+ e OH–. Isto é, favorece-se a reação direta: 2 H 2 O (l) ! H 3O+ (aq) + OH − (aq)

De acordo com a lei de Le Châtelier, o aumento de temperatura favorece a reação que tende a diminuir a temperatura, ou seja, a reação endotérmica. Portanto, conclui-se que a reação de autoionização da água é endotérmica. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,87

(C) As moléculas de água tanto podem ceder como receber iões H+. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,62

(D)

Grupo VI

Grupo V 1. cotação: 10

; facilidade: 0,44

Valor médio da velocidade (valor mais provável): 0,846 + 0,853+ 0,842 v= m/s 3 = 0,847 m/s Desvio máximo, em módulo, entre o valor médio e cada um dos valores medidos: 0,847 − 0,853 m/s = 0,006 m/s Este desvio máximo pode ser considerado como a incerteza absoluta da velocidade: v = (0,847 ± 0,006) m/s 2. cotação: 15

; facilidade: 0,40

O cronómetro mede intervalos de tempo. Com o cronómetro podiam medir o tempo t que demora a percorrer a distância d, que podia ser medida com a fita métrica. Assumindo aceleração constante de magnitude a ao longo do plano, tem-se (o carrinho é deixado cair, sem velocidade inicial): 1 d = a t2 2

1. cotação: 5

; facilidade: 0,58

(C) A menor divisão no eixo do tempo vale 0,2 s. Pode-se estimar valores de meia divisão: 0,1 s. Ao fim de 3,3 s, a velocidade atinge um valor máximo, apontando para o lado positivo do eixo. Ao fim desse tempo, a velocidade diminui até se anular, quando já tinham passado 3,9 s, passando a partir daí a apontar para o lado negativo do eixo, durante aproximadamente mais 0,2 s, de 3,9 s a 4,1 s. De 4,1 s a 5,0 s, a velocidade aponta para o lado negativo, mas é cada vez mais próxima de zero. Ao fim de 5,0 s, a velocidade anula-se e passa a apontar para o lado positivo, aumentando e diminuindo até se anular novamente ao fim de 6,3 s. Há inversão do sentido do movimento quando a velocidade se anula e passa a apontar para o lado oposto ao lado para que apontava, antes de se anular. Dos intervalos referidos nas opções, tal sucede apenas no intervalo (C). 2. cotação: 10

; facilidade: 0,21

Entre 0,0 s e 1,4 s a aceleração é praticamente constante e vale:

Conhecendo d e t podiam calcular a: 2d a= 2 t Uma vez obtido o valor de a, que é constante, como a distância d é percorrida no tempo t, podiam calcular a velocidade v ao fim desse tempo t: v=at Ou, tendo em conta a expressão que permite calcular a aceleração: v=at 2d = 2 ×t t 2d = t Concluindo: para calcular a velocidade no final da rampa, multiplicavam a distância d percorrida pelo carrinho por 2 e dividiam por t, o tempo que demorou a descida da rampa. 3. cotação: 5

; facilidade: 0,55

(A) Do gráfico, obtém-se, por extrapolação:

m/s 0,40 m/s = 0,286 s 1,4 s Sendo a aceleração constante e a velocidade inicial nula, a distância d percorrida ao fim do tempo t é dada por: 1 d = a t2 2 1 = × 0,286 × 1,42 2 = 0,28 m 3. cotação: 5

; facilidade: 0,49

(B) Ao fim de 3,4 s, a velocidade está a diminuir, apontando para o lado positivo do eixo Ox. Como a velocidade está a diminuir, a aceleração aponta para o lado oposto ao lado para onde aponta a velocidade. Aponta, pois, para o lado negativo do eixo. Apenas a opção (B) está de acordo com a situação descrita. 4. cotação: 10

; facilidade: 0,20

Molécula de água: um átomo central de O e duas ligações covalentes simples O–H. No átomo de O há dois pares de eletrões não ligantes. A teoria da ligação química relaciona a geometria das moléculas com as forças de atração e de repulsão (eletrões-núcleos; eletrões-eletrões; núcleos-núcleos). As forças que se estabelecem entre os pares de eletrões não ligantes e os dois pares de eletrões ligantes (ligações O—H) e os três núcleos fazem com que o ângulo de ligação H–O–H seja inferior a 180º, assumindo a molécula uma geometria angular.

Ec = 0,170 J 1 m v 2 = 0,170 2 Resolvendo em ordem a v, temos: 1 0,4570 v 2 = 0,170 2 v= 4. cotação: 5

2 × 0,170 m/s 0,4570

; facilidade: 0,40

(A) A energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade. Portanto, à medida que a massa tende para 0, a energia cinética tende também para 0: o gráfico da energia cinética tem de passar pela origem. As opções (C) e (D) estão erradas. Colocando uma sobrecarga no carrinho, aumenta-se a massa, logo aumenta-se a energia cinética. É o que se representa na opção (A).

ExAmE NAcioNAl do ENsiNo sEcuNdário Decreto-Lei n.º 74/2004, de 26 de Março


16 Páginas


2011

VERSÃO 1 Na folha de respostas, indique de forma legível a versão da prova. A ausência dessa indicação implica a classificação com zero pontos das respostas aos itens de escolha múltipla. Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta. Pode utilizar régua, esquadro, transferidor e máquina de calcular gráfica. Não é permitido o uso de corrector. Em caso de engano, deve riscar de forma inequívoca aquilo que pretende que não seja classificado. Escreva de forma legível a numeração dos itens, bem como as respectivas respostas. As respostas ilegíveis ou que não possam ser identificadas são classificadas com zero pontos. Para cada item, apresente apenas uma resposta. Se escrever mais do que uma resposta a um mesmo item, apenas é classificada a resposta apresentada em primeiro lugar. Para responder aos itens de escolha múltipla, escreva, na folha de respostas:

• o número do item; • a letra que identifica a única opção escolhida. Nos itens de construção de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efectuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova. A prova inclui uma Tabela de Constantes na página 2, um Formulário nas páginas 2 e 3, e uma Tabela Periódica na página 4.


TABElA dE coNsTANTEs Velocidade de propagação da luz no vácuo

c = 3,00 × 108 m s-1


g = 10 m s-2


G = 6,67 × 10-11 N m2 kg-2


NA = 6,02 × 1023 mol-1


s = 5,67 × 10-8 W m-2 K-4


Kw = 1,00 × 10-14


Vm = 22,4 dm3 mol-1

Formulário • Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = q + 273,15 T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) q – temperatura em grau Celsius

m

• Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... r = — V m – massa V – volume • Efeito fotoeléctrico ........................................................................................................... Erad = Erem + Ec Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal Erem – energia de remoção de um electrão do metal Ec – energia cinética do electrão removido

n

• Concentração de solução ................................................................................................ c = — V n – quantidade de soluto V – volume de solução • Relação entre pH e concentração de H3O+ .......................................... pH = -log

{[H3O+] / mol dm-3}

• 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... DU = W+Q +R DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi ) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação • Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo s – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo • Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua temperatura ............................................................................................ m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo DT – variação da temperatura do corpo • Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma de calor, por condução ....................................................................................... Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo Dt k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direcção de transferência de energia l – comprimento da barra DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra


P = es AT 4

E = m c DT

Q A –— = k –— DT Dt l

®

• Trabalho realizado por uma força constante, F , que actua sobre um corpo em movimento rectilíneo .................................................................. d – módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força a – ângulo definido pela força e pelo deslocamento • Energia cinética de translação ....................................................................................... m – massa v – módulo da velocidade

W = Fd cosa

1 Ec = — mv 2 2


Ep = m g h

• Teorema da energia cinética ........................................................................................... W – soma dos trabalhos realizados pelas forças que actuam num corpo, num determinado intervalo de tempo DEc – variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo intervalo de tempo

W = DEc

• Lei da Gravitação Universal ............................................................................................ Fg – módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m1 (m2) na massa pontual m2 (m1) G – constante de Gravitação Universal r – distância entre as duas massas • 2.ª Lei de Newton ............................................................................................................... ® F – resultante das forças que actuam num corpo de massa m ® a – aceleração do centro de massa do corpo

m1 m 2 Fg = G –—–— r2

®

®

F = ma

1

• Equações do movimento rectilíneo com aceleração constante .............................. x = x0 + v0t + — at 2 2 x – valor (componente escalar) da posição v – valor (componente escalar) da velocidade v = v0 + at a – valor (componente escalar) da aceleração t – tempo • Equações do movimento circular com velocidade linear de módulo constante .................................................................................................... ac – módulo da aceleração centrípeta

v – módulo da velocidade linear r – raio da trajectória T – período do movimento

v2 r 2pr v = —— T

ac = —

2p T

w = ——


v f


l=—


y =A sin(wt)

• Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A, ® em que existe um campo magnético uniforme, B .............................................. a – ângulo entre a direcção do campo e a direcção perpendicular à superfície • Força electromotriz induzida numa espira metálica ............................................ DFm – variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, no intervalo de tempo Dt

Fm = B A cos a

|DFm|

|ei| = —–—–

Dt

• Lei de Snell-Descartes para a refracção .................................................................. n1 sin a1 = n 2 sin a2 n1, n2 – índices de refracção dos meios 1 e 2, respectivamente a1, a2 – ângulos entre a direcção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respectivamente



Be

Li

21

[223]

[226]

88

Ra

87

137,33

Fr

132,91

56

Ba

55

87,62

Cs

85,47

[227]

232,04

231,04

91

90

Th

89

Ac

Pa

140,91

140,12

138,91

59

Pr

58

Ce

57

La

238,03

U

92

144,24

Nd

60

[266]

Sg

106

105

Db

183,84

W

74

95,94

Mo

42

52,00

Cr

24

6

180,95

Ta

73

92,91

Nb

41

50,94

V

23

5

[262]

Rf

104

178,49

Hf

72

91,22

Zr

40

47,87

Ti

22

4


Elemento

Número atómico

[261]

Actinídeos

89-103

Lantanídeos

57-71

88,91

Y

39

38

Sr

37

Rb

Sc

44,96

K

3

40,08

20

Ca

19

39,10

24,31

22,99

12

Mg

11

Na

9,01

4

3

6,94

2

1,01

H

1

1

[237]

Np

93

[145]

Pm

61

[264]

Bh

107

186,21

Re

75

97,91

Tc

43

54,94

Mn

25

7

[244]

Pu

94

150,36

Sm

62

[277]

Hs

108

190,23

Os

76

101,07

Ru

44

55,85

Fe

26

8

[243]

Am

95

151,96

Eu

63

[268]

Mt

109

192,22

Ir

77

102,91

Rh

45

58,93

Co

27

9

[247]

Cm

96

157,25

Gd

64

[271]

Ds

110

195,08

Pt

78

106,42

Pd

46

58,69

Ni

28

10

[247]

Bk

97

158,92

Tb

65

[272]

Rg

111

196,97

Au

79

107,87

Ag

47

63,55

Cu

29

11

TABELA PERIÓDICA

[251]

Cf

98

162,50

Dy

66

200,59

Hg

80

112,41

Cd

48

65,41

Zn

30

12

[252]

Es

99

164,93

Ho

67

204,38

T

81

114,82

49

In

69,72

Ga

31

26,98

A

13

10,81

B

5

13

[257]

Fm

100

167,26

Er

68

207,21

Pb

82

118,71

Sn

50

72,64

Ge

32

28,09

Si

14

12,01

C

6

14

[258]

Md

101

168,93

Tm

69

208,98

Bi

83

121,76

Sb

51

74,92

As

33

30,97

P

15

14,01

N

7

15

[259]

No

102

173,04

Yb

70

[208,98]

Po

84

127,60

Te

52

78,96

Se

34

32,07

S

16

16,00

O

8

16

Lr

[262]

103

174,98

Lu

71

[209,99]

At

85

126,90

I

53

79,90

Br

35

35,45

C

17

19,00

F

9

17

[222,02]

Rn

86

131,29

Xe

54

83,80

Kr

36

39,95

Ar

18

20,18

Ne

10

4,00

He

2

18

Para responder aos itens de escolha múltipla, seleccione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter uma afirmação correcta ou responder correctamente à questão colocada. Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo se a letra transcrita for ilegível.

GRUPO I

Suponhamos que alguém vai a empurrar um carrinho por uma estrada rectilínea e horizontal e que, subitamente, o larga. Antes de se imobilizar, o carrinho ainda percorrerá uma curta distância. Surge a pergunta: como será possível aumentar essa distância? Há vários meios, como por exemplo, olear o eixo e tornar a estrada mais lisa. Quanto mais lisa for a estrada e mais facilmente girarem as rodas, maior será a distância percorrida. O que acontece em consequência da lubrificação do eixo e do alisamento da estrada? Apenas isto: o efeito do que chamamos atrito diminui, tanto no contacto do eixo com as rodas, como no das rodas com a estrada. Isto já é uma interpretação teórica da evidência observável. Imaginemos uma estrada perfeitamente lisa e um sistema de eixos e rodas em que não houvesse atrito. Neste caso, nada interferiria no carrinho, que se moveria perpetuamente. Formulamos esta conclusão unicamente por força do pensamento, idealizando uma experiência que não pode ter realidade, visto ser impossível eliminar o atrito, mas que nos permite compreender melhor a relação entre forças e movimento. A. Einstein, L. Infeld, A Evolução da Física, Livros do Brasil (adaptado)

1. «Neste caso, nada interferiria no carrinho, que se moveria perpetuamente.» Qual seria o tipo de movimento do carrinho na situação descrita?

2. Das forças que actuam sobre o carrinho em movimento sobre uma superfície horizontal, a força gravítica, ® ® Fg , e a força normal, FN , exercida pela estrada, são forças com intensidades (A) iguais, que constituem um par acção-reacção. (B) diferentes, que constituem um par acção-reacção. (C) diferentes, que não constituem um par acção-reacção. (D) iguais, que não constituem um par acção-reacção.

3. Fundamente a afirmação de Einstein e Infeld segundo a qual se pode aumentar a distância percorrida pelo carrinho, na situação descrita no texto, tornando a estrada mais lisa.

4. Considere que, movendo-se o carrinho com velocidade aproximadamente constante, uma das rodas dá 5,0 voltas em 4,0 s. Calcule o valor da velocidade angular dessa roda em radianos por segundo (rad s-1). Apresente todas as etapas de resolução.


5. Um eixo em rotação pode fazer rodar uma espira condutora numa região do espaço onde exista um campo ® magnético uniforme, B . Qual das figuras seguintes representa a situação em que é maior o módulo do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira?

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GRUPO II

Com o objectivo de identificar factores que influenciam a intensidade da força de atrito que actua sobre um corpo que desliza ao longo de um plano inclinado, um grupo de alunos montou uma prancha, com uma certa inclinação em relação à horizontal. Os alunos realizaram vários ensaios nos quais abandonaram, sobre o plano inclinado, um paralelepípedo de madeira, tendo, em cada ensaio, efectuado as medições necessárias.

1. Em algumas das medições efectuadas, usaram uma fita métrica com uma escala cuja menor divisão é 1 mm. Qual é a incerteza associada à escala dessa fita métrica?

2. Numa primeira série de ensaios, os alunos abandonaram o paralelepípedo em diferentes pontos do plano, de modo que aquele percorresse, até ao final do plano, distâncias sucessivamente menores (d1 > d2 > d3 > d4). Calcularam, para cada distância percorrida, a energia dissipada e a intensidade da força de atrito que actuou no paralelepípedo. Os valores calculados encontram-se registados na tabela seguinte. Intensidade da força

/Distância percorrida/

Energia dissipada / J

d1

1,578

1,05

d2

1,305

1,04

d3

1,052

1,05

d4

0,593

1,04

de atrito

/N

O que pode concluir-se acerca da relação entre cada uma das grandezas calculadas e a distância percorrida, apenas com base nos resultados registados na tabela?


3. Numa segunda série de ensaios, os alunos colocaram sobrecargas sobre o paralelepípedo e abandonaram esses conjuntos sempre no mesmo ponto do plano.

3.1. Admita que os alunos abandonaram os conjuntos paralelepípedo + sobrecarga num ponto situado a uma altura de 47,00 cm em relação à base do plano, de modo que esses conjuntos percorressem uma distância de 125,00 cm até ao final do plano, como esquematizado na Figura 1.

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Num dos ensaios, usaram um conjunto paralelepípedo + sobrecarga de massa 561,64 g , tendo verificado que este conjunto chegava ao final do plano com uma velocidade de 1,30 m s-1 . Calcule a intensidade da força de atrito que actuou sobre o conjunto nesse ensaio. Apresente todas as etapas de resolução.

3.2. Os alunos colocaram sobrecargas sobre o paralelepípedo, para averiguar se a intensidade da força de atrito depende (A) da compressão exercida na rampa pelo conjunto paralelepípedo + sobrecarga. (B) dos materiais de que são constituídos o plano e o paralelepípedo. (C) da inclinação da rampa em relação à horizontal. (D) do coeficiente de atrito cinético do par de materiais em contacto.

GRUPO III

Considere um sinal sonoro que se propaga no ar.

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Na Figura 2, está representada graficamente a pressão do ar, em função do tempo, t , num ponto onde o som foi detectado.

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Figura 2


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1. Por leitura directa do gráfico da Figura 2, é possível obter, relativamente ao som detectado, (A) o comprimento de onda. (B) a velocidade de propagação. (C) o período. (D) a frequência.

2. Se a frequência de vibração da fonte que origina o sinal sonoro aumentasse para o dobro, no mesmo meio de propagação, verificar-se-ia, relativamente ao som detectado, que (A) o comprimento de onda diminuiria para metade. (B) o comprimento de onda aumentaria para o dobro. (C) a velocidade de propagação aumentaria para o dobro. (D) a velocidade de propagação diminuiria para metade.

GRUPO IV O metano, CH4, é o mais simples dos alcanos, sendo a sua molécula constituída por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogénio.

1. O carbono é um elemento químico formado nas estrelas a partir de reacções nucleares. Uma dessas reacções envolve a fusão de três núcleos de hélio-4. Quais devem ser os valores de X e de Y para que o esquema seguinte possa representar a reacção de fusão nuclear referida?

3 42He →

X YC

(A) X = 4

Y=6 (B) X = 12

Y=6 (C) X = 6

Y = 12 (D) X = 6

Y=4


2. O átomo de hidrogénio no estado fundamental apresenta um electrão na orbital 1s . Do conjunto de números quânticos que descreve aquela orbital, o número quântico principal, n , está relacionado com (A) a energia da orbital. (B) a orientação espacial da orbital. (C) a simetria da orbital. (D) o número de electrões na orbital.

3. A molécula CH4 apresenta uma geometria tetraédrica. Indique as posições relativas dos átomos constituintes da molécula CH4 no tetraedro e refira o tipo de ligações que se estabelecem entre o átomo de carbono e os átomos de hidrogénio.

4. O triclorofluorometano, CFCl3 , é um derivado halogenado do metano.

4.1. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. Na molécula CFCl3 ____________ pares de electrões de valência não ligantes, apresentando a molécula um total de ____________ pares de electrões de valência ligantes. (A) existem … oito (B) existem … quatro (C) não existem … oito (D) não existem … quatro

4.2. A energia média da ligação C - F é 467 kJ mol-1. O valor médio da energia, em joule (J), que é libertada quando se estabelece uma ligação C - F é (A)

6, 02 # 1023 J 467 # 103

(B)

103 J 467 # 6, 02 # 1023

(C)

467 # 6, 02 # 1023 J 103

(D)

467 # 103 J 6, 02 # 1023


4.3. Preveja, justificando com base nas configurações electrónicas de valência dos átomos de flúor (F) e de cloro (Cl) no estado fundamental, em qual desses átomos a remoção de um dos electrões de valência mais energéticos deverá requerer menor energia.

5. O hidrogénio é produzido industrialmente a partir do metano, segundo uma reacção que pode ser representada por

CH4(g) + H2O(g)

CO(g) + 3 H2(g)

5.1. Considere que a constante de equilíbrio, Kc , desta reacção é 292, à temperatura T . Na tabela seguinte, estão registadas as concentrações de equilíbrio, à temperatura T , de três dos gases envolvidos naquela reacção.

/Gás/

Concentração /

CH4

5,00

H2O

5,00

H2

12,0

mol dm-3

Calcule a concentração de equilíbrio de monóxido de carbono, CO(g), à temperatura T . Apresente todas as etapas de resolução.

5.2. Conclua, justificando, qual é o efeito, na quantidade de H2(g), da diminuição da pressão provocada por um aumento do volume do sistema em equilíbrio, admitindo que a temperatura se mantém constante.

6. Considere uma amostra de 8,24 mol de CH4(g) e uma amostra de 0,398 mol de CO(g), nas mesmas condições de pressão e de temperatura. Quantas vezes é que o volume ocupado pela amostra de metano é maior do que o volume ocupado pela amostra de monóxido de carbono? Apresente o resultado com três algarismos significativos.


GRUPO V

O gás natural, muito utilizado como combustível, é uma mistura cujo principal constituinte é o metano.

1. Um dos componentes minoritários que pode existir no gás natural é o azoto, N2(g). A composição em N2(g), expressa em partes por milhão em volume, de uma amostra de gás natural que contém 1,3%, em volume, de azoto, pode ser determinada a partir da expressão

(A)

1, 3 # 106 102

(B)

1, 3 # 102 106

(C)

106 1, 3 # 102

(D)

102 1, 3 # 106

2. Procedeu-se ao aquecimento de 0,800 kg de água, usando como combustível gás natural, que, por cada metro cúbico (m3 ) consumido, fornece uma energia de 4,0 × 107 J.

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A Figura 3 apresenta o gráfico da temperatura dessa amostra de água em função do volume, V , de gás natural consumido. )# (# '# %# &# !# # #

!"#$!#!% &"#$!#!% %"#$!#!% '"#$!#!% ("#$!#!% )"#$!#!% !*+% Figura 3

Determine o rendimento do processo de aquecimento dessa amostra de água. Apresente todas as etapas de resolução.

c (capacidade térmica mássica da água) = 4,18 × 103 J kg-1 ºC-1


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3. A Figura 4 representa o esboço do gráfico da temperatura de duas amostras de água, A e B, aquecidas nas mesmas condições, em função da energia que lhes foi fornecida.

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Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. Comparando as ___________ das amostras A e B, podemos concluir que a massa da amostra A é ___________ à massa da amostra B. (A) temperaturas finais … superior (B) temperaturas finais … inferior (C) variações de temperatura … superior (D) variações de temperatura … inferior


GRUPO VI 1. Colocaram-se pequenos pedaços de zinco (Zn) em cada uma de duas soluções aquosas contendo catiões metálicos em concentrações semelhantes: uma solução de sulfato de cobre (II), CuSO4, e uma solução de nitrato de magnésio, Mg(NO3)2. Os resultados obtidos encontram-se na tabela seguinte. Catião metálico Metal

Zn

Cu2+

Mg2+

Houve reacção e formou-se um depósito sobre o zinco, apresentando este metal um aspecto bastante corroído. A solução inicial era azul e, no final, ficou praticamente incolor.

Não houve reacção.

1.1. A semi-reacção de redução que ocorre pode ser traduzida por (A) Zn → Zn2+ + 2 e(B) Zn2+ + 2 e- → Zn (C) Cu2+ + 2 e- → Cu (D) Cu → Cu2+ + 2 e-

1.2. Qual dos três metais (Zn, Cu, Mg ) apresenta maior poder redutor ?

2. O ião Cu2+ confere à chama uma cor verde azulada, que resulta da sobreposição das radiações (A) emitidas pelos iões Cu2+ em processos de excitação. (B) emitidas pelos iões Cu2+ em processos de desexcitação. (C) absorvidas pelos iões Cu2+ em processos de excitação. (D) absorvidas pelos iões Cu2+ em processos de desexcitação.


3. Uma moeda de cobre de massa 4,10 g foi introduzida numa solução aquosa de nitrato de prata, AgNO3(aq). Ocorreu uma reacção que pode ser traduzida por

Cu(s) + 2 Ag +(aq) → Cu2+(aq) + 2 Ag(s) Obteve-se 2,65 g de prata sólida. Calcule a quantidade de cobre que reagiu. Apresente todas as etapas de resolução.

4. O cloreto de prata, AgCl, é um sal cujo produto de solubilidade é, a 25 ºC, 1,8 × 10-10. Numa solução aquosa contendo iões Ag+ e Cl- , a 25 ºC, formar-se-á um precipitado de AgCl, se (A) as concentrações daqueles iões forem inferiores à solubilidade do AgCl. (B) as concentrações daqueles iões forem iguais à solubilidade do AgCl. (C) o produto das concentrações daqueles iões for superior a 1,8 × 10-10. (D) o produto das concentrações daqueles iões for inferior a 1,8 × 10-10.

FIM



........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ........................................................................................................... ...........................................................................................................


GRUPO II 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. 3.1. .................................................................................................. 3.2. ..................................................................................................


GRUPO III 1. ........................................................................................................... 2. ...........................................................................................................


GRUPO IV 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. ........................................................................................................... 4. 4.1. .................................................................................................. 4.2. .................................................................................................. 4.3. .................................................................................................. 5. 5.1. .................................................................................................. 5.2. .................................................................................................. 6. ...........................................................................................................

5 pontos 5 pontos 10 pontos 5 pontos 5 pontos 10 pontos 10 pontos 10 pontos 5 pontos 65 pontos

GRUPO V 1. ........................................................................................................... 2. ........................................................................................................... 3. ...........................................................................................................


GRUPO VI 1. 1.1. .................................................................................................. 1.2. .................................................................................................. 2. ........................................................................................................... 3. ........................................................................................................... 4. ...........................................................................................................


TOTAL .........................................


200 pontos



Movimento retilíneo uniforme. Se nada interfere no carrinho, a soma das forças é nula. Logo, não há aceleração, por definição. Não acelerando, ou se está parado ou em movimento retilíneo uniforme. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,38

(D) Força gravítica: exercida pela Terra no carrinho, aponta para baixo, verticalmente. Força normal: exercida pela superfície horizontal no carrinho, aponta para cima, verticalmente. Sendo ambas aplicadas no carrinho não constituem um par ação-reação. Estas duas forças são simétricas: a sua soma é nula porque têm intensidades iguais. 3. cotação: 15

; facilidade: 0,73

Cada roda demora 4,0 s / 5 = 0,80 s a dar uma volta. Portanto, o período de rotação da roda é de 0,80 s. Numa rotação completa, a roda descreve 360º, ou seja, 2π radianos = 6,28 radianos. A velocidade angular é, pois: 6,28 rad = 7,85 rad/s 0,80 s 5. cotação: 5

; facilidade: 0,62

(C) O fluxo do campo magnético numa espira é máximo quando as linhas de campo atravessam a espira perpendicularmente. E é nulo se as linhas de campo forem paralelas à espira. Grupo II 1. cotação: 5

; facilidade: 0,49

Metade da menor divisão da régua, ou seja: 1 mm = 0,5 mm 2 2. cotação: 10

; facilidade: 0,68

Energia dissipada: quanto menor for a distância percorrida, menor é a energia dissipada. Intensidade da força de atrito: é a mesma, qualquer que seja a distância percorrida. 3. 3.1. cotação: 10

(

; facilidade: 0,29

O desnível é de 47,00 cm = 0,4700 m. O trabalho da força gravítica numa descida com este desnível é positivo e simétrico da variação de energia potencial: m g h = 0,56164 × 10 × 0,4700 = 2,640 J Se não houvesse dissipação de energia, devido ao trabalho das forças de atrito, a energia cinética no final do plano devia ser igual a este valor. Chegou ao final do plano com v = 1,30 m/s. Portanto, a energia cinética era:

4. 4.1. cotação: 5

)

2

(

( )

2,1654 = Fa × 1,2500 2,1654 1,2500 = 1,73 N

Fa =

; facilidade: 0,73

(A) A sobrecarga aumenta a força de compressão exercida na rampa pelo corpo. A sobrecarga não tem qualquer influência no tipo de materiais em contacto, na inclinação e no coeficiente de atrito cinético. Grupo III 1. cotação: 5

; facilidade: 0,70

(C) No eixo das abcissas pode ler-se quanto tempo demora a pressão a ter o mesmo valor, nas mesmas condições. Isto é, pode medir-se o período do sinal. 2. cotação: 5

A velocidade v de propagação manter-se-ia — é uma propriedade do meio. Aumentando a frequência f para o dobro, o período T diminuiria para metade. Portanto, para manter a velocidade v, se o denominador T diminuir para metade o numerador λ tem também de diminuir para metade. Grupo IV ; facilidade: 0,90

(B) Cada átomo do isótopo de He indicado tem 2 protões e 2 neutrões: número de massa 4 e número atómico 2. Os 3 átomos de He têm 3 × 2 = 6 protões. Portanto, o número atómico de C (representado por Y), tem de ser 6 porque há conservação da carga elétrica. Os 3 átomos de He têm 3 × 2 = 6 neutrões. Portanto, o número de massa de C (representado por X), tem de ser 12 porque há conservação do número de partículas no núcleo. 2. cotação: 5

; facilidade: 0,62

(A) Número quântico: associado à energia da orbital. Número quântico secundário ou de momento angular: associado à simetria da orbital. Número quântico magnético: associado à orientação espacial da orbital. 3. cotação: 10

Cl

Cl

4.2. cotação: 5

; facilidade: 0,39

Molécula de CH4: átomo de C no centro do tetraedro. Os 4 átomos de H nos vértices do tetraedro, cada um com ligações covalentes simples ao átomo de C (partilha de um par de eletrões entre cada H e C).

; facilidade: 0,66

(D) 467

kJ 467 × 103 = J mol 6,02 × 1023

4.3. cotação: 10

; facilidade: 0,47

Configurações eletrónicas dos átomos: Flúor, 9F — (1s)2(2s)2(2p)5 Cloro, 17Cl — (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)5 Estas configurações são semelhantes: os átomos de F e Cl têm o mesmo número de eletrões de valência: 7. No Cl, os eletrões de valência estão no nível 3, enquanto no F estão no nível 2. A energia de remoção dos eletrões de valência tende a ser menor quanto maior for o nível de energia desses eletrões, uma vez que quanto maior é o nível mais afastados do núcleo estão os eletrões de valência. É, pois, de prever que a energia de remoção dos electrões de valência do cloro seja menor do que a do flúor. 5. 5.1. cotação: 10

; facilidade: 0,72

Tendo em conta a estequiometria da reação e as concentrações de equilíbrio, vem: 3

Kc =

λ comprimento de onda = T período

1. cotação: 5

F C Cl

; facilidade: 0,72

(A) v=

F C Cl

Há 4 pares de eletrões ligantes e diversos pares de eletrões não ligantes, pertencentes aos vários átomos.

)

Resolvendo esta equação vem: −2,1654 = Fa × 1,2500 × −1

3.2. cotação: 5

; facilidade: 0,51

(B) Representação da molécula: Cl Cl

A energia dissipada foi, pois: 2,640 J – 0,4746 J = 2,1654 J Esta energia foi dissipada devido ao trabalho da força de atrito, que aponta para cima, paralelamente ao plano. Como o deslocamento vale 1,2500 m, tem-se, para o trabalho da força de atrito (este trabalho é negativo; o ângulo entre a força e o deslocamento é de 180º): −2,1654 = Fa × 1,2500 × cos 180º

; facilidade: 0,31

O “alisamento da estrada” faria com que a intensidade da força de atrito entre o carrinho e a estrada fosse menor. Como a força gravítica e a força normal se equilibram, a força de atrito seria igual à soma das forças no carrinho. Diminuindo a força de atrito, diminui-se a aceleração do carrinho, que aponta para o lado oposto à velocidade. Com menor aceleração neste movimento retardado, maior tempo decorrerá até o carrinho parar e maior será a distância percorrida. 4. cotação: 10

1 m v2 2 1 = × 0,56164 × 1,30 2 = 0,4746 J

Ec =

; facilidade: 0,80

⎡⎣CO ⎤⎦ × ⎡⎣ H 2 ⎤⎦ e e ⎡⎣CH 4 ⎤⎦ × ⎡⎣ H 2O ⎤⎦ e

e

Substituindo valores, obtém-se: 292 = ⎡⎣CO ⎤⎦ = e

⎡⎣CO ⎤⎦ × 12,03 e 5,00 × 5,00 292 × 5,00 × 5,00

12,03 mol = 4,22 L

5.2. cotação: 10

; facilidade: 0,30

O Princípio de Le Châtelier estabelece que o sistema evolui de modo a contrariar a perturbação. Na situação descrita, o sistema evolui de modo a aumentar a pressão no sistema, contrariando a diminuição de pressão devido ao aumento de volume. Para aumentar a pressão, o sistema deve evoluir de modo a aumentar o número de moléculas. Isto é, evolui no sentido da reação direta porque por cada 2 moles de reagentes que se consomem formam-se 4 moles de produtos. A quantidade de H2 irá aumentar. 6. cotação: 5

; facilidade: 0,39

CH4 (g): 8,24 mol CO (g): 0,398 mol Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o volume de qualquer gás é diretamente proporcional ao número de moléculas. Portanto, comparando o número de moléculas destas duas amostras de gás obtém-se: 8,24 × 6,02 × 1023 8,24 mol = 0,398 mol 0,398 × 6,02 × 1023 8,24 0,398 = 20,7 =

O volume de 8,24 mol de CH4 (g) é, pois, 20,7 vezes



maior do que o volume de 0,398 mol de CO (g), nas mesmas condições de pressão e temperatura. Grupo V 1. cotação: 5

; facilidade: 0,45

(A) Como há 1,3% em volume, há 1,3 L de N2 em cada 100 L de gás natural. Num milhão de litros (106) há: V 1,3 L = 100 L 106 L 1,3 L V= × 106 L 100 L =

1,3× 106

L 102 Portanto, em ppm em volume, a composição do gás natural em N2 é: 1,3× 106

ppm

102 2. cotação: 15

4,0 × 107 J 3

=

Q=

Q −3

6,0 × 10 m 4,0 × 107 J 1 m3

3

× 6,0 × 10−3m 3

= 2,4 × 105J Esta energia é transferida para a água. Tendo em conta o aumento de temperatura e a massa de água, o calor recebido pela água é: Q = m c Δθ J = 0,800 kg × 4,18 × 103 × 30 °C kg × °C = 1,0 × 105J O rendimento da transferência é, pois, em percentagem: 1,0 × 105J 2,4 × 105J 3. cotação: 5

× 100 = 42%

; facilidade: 0,62

(C) Para a mesma quantidade de energia fornecida, a amostra A sofre menor aumento de temperatura. A amostra A deve ter pois maior massa que a amostra B. Grupo VI 1. 1.1. cotação: 5

; facilidade: 0,53

(C) O zinco metálico reage com a solução onde há iões Cu2+, formando-se iões zinco, Zn2+. Os átomos de Zn fornecem eletrões aos iões Cu2+, que se transformam em átomos de Cu. O zinco metálico é oxidado e o cobre (na forma de ião positivo) é reduzido, formando cobre metálico: Cu2+ + 2e– → Cu 1.2. cotação: 5

; facilidade: 0,40

O magnésio Mg é o metal que tem maior poder redutor. Zinco vs. cobre: o zinco tem maior poder redutor do que o cobre, porque oxida-se quando em presença de ião cobre. Zinco vs. magnésio: o zinco tem menor poder redutor do que o magnésio, porque na presença do ião magnésio não ocorre reação.

; facilidade: 0,43

(B) Há emissão de radiação nos processos de desexcitação dos eletrões que estavam em estados excitados (estados de maior energia que o estado fundamental). 3. cotação: 10

; facilidade: 0,42

A quantidade de matéria n de prata obtida é: 107,87 g 2,65 g = n 1 mol 2,65 g × 1 mol n= 107,87 g = 2,457 × 10−2 mol Tendo em conta a estequiometria da reação, a proporção é de 1 mol de Cu para 2 mol de Ag. Portanto, a quantidade de cobre que reagiu é: n 1 mol de Cu = 2 mol de Ag 2,457 × 10−2 mol n=

; facilidade: 0,48

No eixo vertical, a menor divisão vale 2 ºC. No eixo horizontal, a menor divisão vale 0,2 × 10–3 m3. A temperatura aumenta de 22 °C para 52 °C, ou seja, aumenta 30 ºC, quando se consome 6,0 × 10–3 m3 de gás natural. Como cada m3 de gás natural fornece 4,0 × 107 J de energia, a quantidade de energia obtida, sob a forma de calor, Q, na queima de 6,0 × 10–3 m3 de gás natural é: 1m

2. cotação: 5

2,457 × 10−2 mol 2

= 1,23× 10−2 mol 4. cotação: 5

; facilidade: 0,67

(C) O produto de solubilidade do cloreto de prata é dado por: Ks = ⎡ Ag + ⎤ × ⎡Cl− ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ −10 ⎡ +⎤ ⎡ −⎤ 1,8 × 10 = Ag × Cl ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ A solubilidade do cloreto de prata é a concentração do cloreto de prata no equilíbrio com o solvente, numa solução saturada de Ag+Cl– (aq). Se o produto das concentrações de Ag+ e Cl– for superior ao valor do produto de solubilidade ultrapassaram-se os valores máximos de concentração desses iões na solução e forma-se cloreto de prata sólido, que precipita.

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