Prova Escrita de Física e Química A

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1 EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO Decreo-Lei n.º 74/2004, de 26 de março Prova Escria de Física e Química A 10.º e 11.º Anos de Escolaridade Prova 715/Época Especial 15 Páginas Duração da Prova: 120 minuos. Tolerância: 30 minuos Uilize apenas canea ou esferográfica de ina indelével, azul ou prea. Pode uilizar régua, esquadro, ransferidor e máquina de calcular gráfica. Não é permiido o uso de correor. Em caso de engano, deve riscar de forma inequívoca aquilo que preende que não seja classificado. Escreva de forma legível a numeração dos iens, bem como as respeivas resposas. As resposas ilegíveis ou que não possam ser claramene idenificadas são classificadas com zero ponos. Para cada iem, apresene apenas uma resposa. Se escrever mais do que uma resposa a um mesmo iem, apenas é classificada a resposa apresenada em primeiro lugar. Para responder aos iens de escolha múlipla, escreva, na folha de resposas: o número do iem; a lera que idenifica a única opção escolhida. Nos iens de consrução de cálculo, apresene odas as eapas de resolução, expliciando odos os cálculos efeuados e apresenando odas as jusificações e/ou conclusões soliciadas. As coações dos iens enconram-se no final do enunciado da prova. A prova inclui uma abela de consanes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e uma abela periódica na página 4. A orografia dos exos e de ouros documenos segue o Acordo Orográfico de Prova 715/E. Especial Página 1/ 15

2 TABELA DE CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3, m s -1 Módulo da aceleração gravíica de um corpo juno à superfície da Terra g = 10 m s -2 Consane de Graviação Universal G = 6, N m 2 kg -2 Consane de Avogadro N A = 6, mol -1 Consane de Sefan-Bolzmann s = 5, W m -2 K -4 Produo iónico da água (a 25 C) K w = 1, Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm 3 mol -1 FORMULÁRIO Conversão de emperaura (de grau Celsius para kelvin)... T = q + 273,15 T emperaura absolua (emperaura em kelvin) q emperaura em grau Celsius Densidade (massa volúmica)... r = m m massa V V volume Efeio fooelérico... E rad = E rem + E c E rad energia de um foão da radiação incidene no meal E rem energia de remoção de um elerão do meal E c energia cinéica do elerão removido Concenração de solução... c = n n quanidade de soluo V V volume de solução Relação enre ph e concenração de H 3 O +....ph = -log {[H 3 O + ] / mol dm -3 } 1.ª Lei da Termodinâmica... DU = W + Q + R DU variação da energia inerna do sisema (ambém represenada por DE i ) W energia ransferida, enre o sisema e o exerior, sob a forma de rabalho Q energia ransferida, enre o sisema e o exerior, sob a forma de calor R energia ransferida, enre o sisema e o exerior, sob a forma de radiação Lei de Sefan-Bolzmann... P = e s AT 4 P poência oal irradiada pela superfície de um corpo e emissividade da superfície do corpo s consane de Sefan-Bolzmann A área da superfície do corpo T emperaura absolua da superfície do corpo Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua emperaura... m massa do corpo c capacidade érmica mássica do maerial de que é consiuído o corpo DT variação da emperaura do corpo Taxa emporal de ransferência de energia, sob a forma de calor, por condução... Q energia ransferida, sob a forma de calor, por condução, aravés de uma barra, no inervalo de empo D k conduividade érmica do maerial de que é consiuída a barra A área da secção da barra, perpendicular à direção de ransferência de energia l comprimeno da barra DT diferença de emperaura enre as exremidades da barra E = m cdt Q D = k A l DT Prova 715/E. Especial Página 2/ 15

3 Trabalho realizado por uma força consane, F, que aua sobre um corpo em movimeno reilíneo... d módulo do deslocameno do pono de aplicação da força a ângulo definido pela força e pelo deslocameno W = Fd cosa Energia cinéica de ranslação... E c = 1 mv 2 m massa 2 v módulo da velocidade Energia poencial gravíica em relação a um nível de referência... m massa g módulo da aceleração gravíica juno à superfície da Terra h alura em relação ao nível de referência considerado Teorema da energia cinéica... W soma dos rabalhos realizados pelas forças que auam num corpo, num deerminado inervalo de empo DE c variação da energia cinéica do cenro de massa do corpo, no mesmo inervalo de empo E p = m g h W = DE c Lei da Graviação Universal... F g = G m 1 m 2 r 2 F g módulo da força gravíica exercida pela massa ponual m 1 (m 2 ) na massa ponual m 2 (m 1 ) G consane de Graviação Universal r disância enre as duas massas 2.ª Lei de Newon... F = m a F resulane das forças que auam num corpo de massa m a aceleração do cenro de massa do corpo Equações do movimeno reilíneo com aceleração consane... x = x 0 + v a 2 x valor (componene escalar) da posição 2 v valor (componene escalar) da velocidade v = v 0 + a a valor (componene escalar) da aceleração empo Equações do movimeno circular com velocidade linear de módulo consane... a c = v2 r a c módulo da aceleração cenrípea v módulo da velocidade linear v = 2pr T r raio da rajeória T período do movimeno w módulo da velocidade angular w = 2p T Comprimeno de onda... l = v f v módulo da velocidade de propagação da onda f frequência do movimeno ondulaório Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... y = A sin(w ) A ampliude do sinal w frequência angular empo Fluxo magnéico que aravessa uma superfície, de área A, em que exise um campo magnéico uniforme, B... F m = B A cosa a ângulo enre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície Força eleromoriz induzida numa espira meálica... e i = DF m DF D m variação do fluxo magnéico que aravessa a superfície delimiada pela espira, no inervalo de empo D Lei de Snell-Descares para a refração... n 1 sin a 1 = n 2 sin a 2 n 1, n 2 índices de refração dos meios 1 e 2, respeivamene a 1, a 2 ângulos enre a direção de propagação da onda e a normal à superfície separadora no pono de incidência, nos meios 1 e 2, respeivamene Prova 715/E. Especial Página 3/ 15

4 Prova 715/E. Especial Página 4/ 15 TABELA PERIÓDICA 55 Cs 132,91 56 Ba 137, Lananídeos 72 Hf 178,49 73 Ta 180,95 74 W 183,84 75 Re 186,21 76 Os 190,23 77 Ir 192,22 78 P 195,08 79 Au 196,97 80 Hg 200,59 81 T 204,38 82 Pb 207,21 83 Bi 208,98 84 Po [208,98] 85 A [209,99] 86 Rn [222,02] 37 Rb 85,47 38 Sr 87,62 39 Y 88,91 40 Zr 91,22 41 Nb 92,91 42 Mo 95,94 43 Tc 97,91 44 Ru 101,07 45 Rh 102,91 46 Pd 106,42 47 Ag 107,87 48 Cd 112,41 49 In 114,82 50 Sn 118,71 51 Sb 121,76 52 Te 127,60 53 I 126,90 54 Xe 131,29 19 K 39,10 20 Ca 40,08 21 Sc 44,96 22 Ti 47,87 23 V 50,94 24 Cr 52,00 25 Mn 54,94 26 Fe 55,85 27 Co 58,93 28 Ni 58,69 29 Cu 63,55 30 Zn 65,41 31 Ga 69,72 32 Ge 72,64 33 As 74,92 34 Se 78,96 35 Br 79,90 36 Kr 83,80 11 Na 22,99 12 Mg 24,31 13 A 26,98 14 Si 28,09 15 P 30,97 16 S 32,07 17 C 35,45 18 Ar 39,95 3 Li 6,94 4 Be 9,01 5 B 10,81 6 C 12,01 7 N 14,01 8 O 16,00 9 F 19,00 10 Ne 20,18 1 H 1,01 2 He 4,00 90 Th 232,04 91 Pa 231,04 92 U 238,03 93 Np [237] 94 Pu [244] 95 Am [243] 96 Cm [247] 97 Bk [247] 98 Cf [251] 99 Es [252] 100 Fm [257] 101 Md [258] 102 No [259] 103 Lr [262] 58 Ce 140,12 59 Pr 140,91 60 Nd 144,24 61 Pm [145] 62 Sm 150,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,25 65 Tb 158,92 66 Dy 162,50 67 Ho 164,93 68 Er 167,26 69 Tm 168,93 70 Yb 173,04 71 Lu 174,98 87 Fr [223] 88 Ra [226] Acinídeos 105 Db [262] 104 Rf [261] 107 Bh [264] 108 Hs [277] 109 M [268] Número aómico Elemeno Massa aómica relaiva 110 Ds [271] 111 Rg [272] 89 Ac [227] 57 La 138, Sg [266]

5 Para responder aos iens de escolha múlipla, selecione a única opção (A, B, C ou D) que permie ober uma afirmação correa ou responder correamene à quesão colocada. Se apresenar mais do que uma opção, a resposa será classificada com zero ponos, o mesmo aconecendo se a lera ranscria for ilegível. GRUPO I A elevada acidez da água da chuva, regisada em diversos locais da Terra, é aribuída à emissão para a amosfera de dióxido de enxofre, SO 2 (g), e de óxidos de azoo. Exisem várias fones de SO 2 amosférico, enre as quais as erupções vulcânicas e a queima de combusíveis fósseis em diversas aividades humanas. Também a exração de alguns meais, a parir dos respeivos minérios, é uma imporane fone, de naureza anropogénica, de emissão daquele gás para a amosfera. Por exemplo, a obenção de zinco, a parir do sulfureo de zinco, ZnS(s), envolve, numa primeira fase, a reação dese composo com o oxigénio amosférico. Nesa reação, forma-se óxido de zinco, ZnO(s), e dióxido de enxofre, SO 2 (g). Esima-se que sejam liberados para a amosfera cerca de kg de SO 2 (g) em cada ano. Chang, R., Química, McGrawHill, 8.ª ed., 2005 (adapado) 1. O número aproximado de moléculas de SO 2 (g) liberadas para a amosfera, por ano, pode ser calculado pela expressão (A) (B) (C) (D) , 602, , 6, , , , , Escreva a equação química que raduz a reação referida no segundo parágrafo do exo. Prova 715/E. Especial Página 5/ 15

6 3. A reação do SO 2 (g) com o oxigénio na amosfera pode ser raduzida por 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) 3.1. Nesa reação, o número de oxidação do enxofre varia (A) de +2 para +3 (B) de +4 para +6 (C) de -4 para - 6 (D) de -2 para Considere uma amosra de SO 2 (g) com meade do volume de uma amosra de SO 3 (g), nas mesmas condições de pressão e de emperaura. Comparando com a amosra de SO 3 (g), a amosra de SO 2 (g) coném (A) o dobro do número oal de áomos. (B) meade do número oal de áomos. (C) o dobro do número de áomos de enxofre. (D) um erço do número de áomos de oxigénio. 4. Os áomos de enxofre formam facilmene iões sulfureo. Conclua, jusificando com base na posição do elemeno enxofre (S) na abela periódica, qual será a carga desses iões. 5. Qual é a represenação da molécula de oxigénio uilizando a noação de Lewis? (A) O O (B) (C) (D) O O Prova 715/E. Especial Página 6/ 15

7 6. O número quânico secundário, l, é um dos números quânicos que caracerizam as orbiais aómicas. Num áomo de oxigénio, no esado fundamenal, os elerões de valência enconram-se disribuídos apenas por orbiais com (A) l = 0 (B) l = 1 (C) l = 0 e l = 1 (D) l = 0, l = 1 e l = Considere o período da abela periódica onde se enconra o elemeno oxigénio. Qual é o elemeno desse período cujos áomos, no esado fundamenal, apresenam menor raio aómico? Prova 715/E. Especial Página 7/ 15

8 GRUPO II 1. O hidróxido de sódio, NaOH, é uma base que, em solução aquosa, se enconra (A) oalmene ionizada. (B) parcialmene ionizada. (C) parcialmene dissociada. (D) oalmene dissociada. 2. Tiulou-se uma solução conendo 0,328 g de um ácido monopróico fore com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH(aq), de concenração 0,200 mol dm -3. O volume de NaOH(aq) gaso aé ao pono de equivalência da iulação foi 16,40 cm 3. Deermine a massa molar do ácido monopróico em solução. Apresene odas as eapas de resolução. 3. Uma oura solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH(aq) (M = 40,00 g mol -1 ), coném 20%, em massa, de soluo. A densidade da solução é 1,219 g cm -3. Deermine a concenração, em mol dm -3, desa solução. Apresene odas as eapas de resolução. Prova 715/E. Especial Página 8/ 15

9 GRUPO III Um grupo de alunos sineizou sulfao de era-aminocobre (II) mono-hidraado, [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4. H 2 O(s) (M = 245,8 g mol -1 ). Os alunos começaram por riurar e pesar 5,00 g de sulfao de cobre (II) pena-hidraado, CuSO 4.5H 2 O(s) (M = 249,7 g mol -1 ), que dissolveram compleamene em cerca de 5 cm 3 de água. Adicionaram depois solução aquosa de amoníaco, NH 3 (aq), em excesso, à solução de sulfao de cobre. A reação de sínese pode ser raduzida por CuSO 4. 5H 2 O (aq) + 4 NH 3 (aq) [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4. H 2 O(s) + 4 H 2 O(l) 1. A quanidade de amoníaco adicionada à solução de sulfao de cobre poderá er sido (A) 0,100 mol. (B) 0,0800 mol. (C) 0,0400 mol. (D) 0,0200 mol. 2. Admia que os alunos obiveram, na práica, uma massa de 2,60 g de [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4. H 2 O(s). Deermine o rendimeno da reação de sínese. Apresene odas as eapas de resolução. 3. O rendimeno da reação de sínese poderá depender (A) das quanidades iniciais dos reagenes. (B) do volume de água uilizado para dissolver compleamene o sulfao de cobre. (C) do volume de solução aquosa de amoníaco adicionado em excesso. (D) da massa de crisais de sulfao de era-aminocobre perdida na filração. 4. Na reação de sínese considerada, a precipiação dos crisais de [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4. H 2 O(s) é faciliada pela (A) adição de uma solução de eanol. (B) adição de mais água. (C) filração da solução a pressão reduzida. (D) riuração inicial do sulfao de cobre. Prova 715/E. Especial Página 9/ 15

10 GRUPO IV 1. A Figura 1 represena uma garrafa érmica, conendo 100 g de água. Quando se invere a garrafa, pode considerar-se que a água cai 40 cm. Repeindo diversas vezes ese procedimeno, verifica-se um pequeno aumeno da emperaura da água. 40 cm 1.1. Idenifique, para a siuação descria, o principal processo de ransferência de energia para a água. Figura Deermine o inervalo de empo necessário para que a emperaura da água aumene 0,50 ºC, se a garrafa érmica for inverida cerca de 30 vezes por minuo. Apresene odas as eapas de resolução. c (capacidade érmica mássica da água) = 4, J kg 1 ºC 1 2. Inroduziu-se a mesma massa de água em rês laas idênicas, Q, R e S, pinadas com inas diferenes. As laas, devidamene fechadas com uma rolha aravessada por um ermómero, foram colocadas à mesma disância de uma lâmpada de 100 W. Acendeu-se a lâmpada e mediu-se, para cada uma das laas, a emperaura da água nelas conida ao longo de um deerminado inervalo de empo. A Figura 2 apresena os esboços dos gráficos raçados a parir dos valores experimenais de emperaura em função do empo, obidos na experiência descria. Q emperaura / ºC R S 0 empo / s Figura Conclua, jusificando, qual das laas erá uma superfície mais refleora. Prova 715/E. Especial Página 10/ 15

11 2.2. A parir de um deerminado insane, a emperaura da água conida na laa S maneve-se aproximadamene consane, o que significa que (A) as axas emporais de emissão e de reflexão de energia da laa são iguais. (B) a laa deixou de absorver energia do exerior. (C) as axas emporais de emissão e de absorção de energia da laa são iguais. (D) a laa deixou de emiir energia para o exerior. 3. Considere diversas amosras puras de líquidos, odas inicialmene a 50 ºC, que sofrem um processo de arrefecimeno aé aingirem a emperaura ambiene. A energia cedida por cada uma dessas amosras será ano maior quano (A) menor for a massa da amosra e menor for a capacidade érmica mássica do líquido. (B) maior for a massa da amosra e maior for a capacidade érmica mássica do líquido. (C) maior for a massa da amosra e menor for a capacidade érmica mássica do líquido. (D) menor for a massa da amosra e maior for a capacidade érmica mássica do líquido. Prova 715/E. Especial Página 11/ 15

12 GRUPO V A Figura 3 (que não esá à escala) represena uma calha inclinada, monada sobre uma mesa. Uma esfera de aço, de massa 30,0 g, é abandonada na posição A, siuada a uma alura de 50,0 cm em relação ao ampo da mesa. Depois de percorrer a calha, a esfera move-se sobre o ampo da mesa, enre as posições B e C, caindo seguidamene para o solo. Considere desprezável a força de resisência do ar e admia que a esfera pode ser represenada pelo seu cenro de massa (modelo da parícula maerial). 50,0 cm A B C y O x Figura 3 1. Admia que a energia dissipada é desprezável no rajeo enre as posições A e C e que a esfera ainge a posição C com velocidade de módulo v C. Para que a esfera ainja a posição C com velocidade de módulo 2v C, deverá ser abandonada numa posição siuada a uma alura, em relação ao ampo da mesa, de (A) 100 cm. (B) 140 cm. (C) 200 cm. (D) 280 cm. Prova 715/E. Especial Página 12/ 15

13 2. Considere o rajeo da esfera enre a posição C e o solo e, nesse rajeo, as componenes escalares da posição da esfera, x e y, em relação ao referencial bidimensional xoy, represenado na Figura 3. Qual das opções seguines apresena os esboços dos gráficos da componene x e da componene y da posição da esfera, em função do empo,? (A) (B) (C) (D) x x x x y y y y Considere agora duas siuações disinas. Siuação I: a energia dissipada é desprezável no rajeo enre as posições A e C; Siuação II: a energia dissipada não é desprezável no rajeo enre as posições A e C. Conclua, jusificando, em qual das siuações (I ou II) será maior o alcance da esfera. 4. Calcule a energia dissipada no rajeo enre as posições A e C, se a esfera passar na posição C com velocidade de módulo 2,8 m s 1. Apresene odas as eapas de resolução. Prova 715/E. Especial Página 13/ 15

14 GRUPO VI Na Figura 4, esá esquemaizado um auomóvel que se move, com aceleração consane, segundo uma rajeória reilínea, coincidene com o eixo Ox de um referencial unidimensional. Na figura, esão ainda represenados os veores velocidade, v, e aceleração, a, num cero insane, 1. O v Figura 4 a x 1. Em que senido se move o auomóvel no insane considerado? 2. Considere o inervalo de empo [ 0, 1 ], sendo 0 um insane anerior a 1. Conclua, jusificando, como variou o módulo da velocidade do auomóvel no inervalo de empo considerado, admiindo que em 0 o auomóvel se movia no mesmo senido que em A comunicação enre o receor GPS, com o qual o auomóvel esava equipado, e os saélies do sisema GPS faz-se por meio de sinais eleromagnéicos, na gama das micro-ondas A radiação micro-ondas é uilizada na ransmissão de sinais enre os saélies e os receores do sisema GPS, dado que aquela radiação (A) sofre reflexão apreciável na amosfera. (B) é muio absorvida pela amosfera. (C) se propaga na amosfera praicamene em linha rea. (D) sofre difração apreciável na amosfera As ondas eleromagnéicas são ondas (A) ransversais que não se propagam no vazio. (B) ransversais que se propagam no vazio. (C) longiudinais que se propagam no vazio. (D) longiudinais que não se propagam no vazio. 4. O rádio do auomóvel esava sinonizado para uma esação em frequência modulada (FM). Na modulação FM, a frequência da onda (A) poradora é superior à frequência do sinal a ransporar. (B) modulada é consane ao longo do empo. (C) poradora é variável ao longo do empo. (D) modulada é inferior à frequência do sinal a ransporar. FIM Prova 715/E. Especial Página 14/ 15

15 COTAÇÕES GRUPO I ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos GRUPO II ponos ponos ponos GRUPO III ponos ponos ponos ponos GRUPO IV ponos ponos ponos ponos ponos GRUPO V ponos ponos ponos ponos GRUPO VI ponos ponos ponos ponos ponos 45 ponos 30 ponos 25 ponos 35 ponos 35 ponos 30 ponos TOTAL ponos Prova 715/E. Especial Página 15/ 15