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1 Exame Final Nacional de Física e Química A Prova ª Fase Ensino Secundário º Ano de Escolaridade Decreo-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho Duração da Prova: 120 minuos. Tolerância: 30 minuos. 16 Páginas VERSÃO 2 Indique de forma legível a versão da prova. Uilize apenas canea ou esferográfica de ina azul ou prea. É permiida a uilização de régua, esquadro, ransferidor e calculadora cienífica sem capacidades gráficas. Não é permiido o uso de correor. Risque aquilo que preende que não seja classificado. Para cada resposa, idenifique o grupo e o iem. Apresene as suas resposas de forma legível. Apresene apenas uma resposa para cada iem. A prova inclui uma abela de consanes, um formulário e uma abela periódica. As coações dos iens enconram-se no final do enunciado da prova. Nas resposas aos iens de escolha múlipla, selecione a opção correa. Escreva, na folha de resposas, o número do iem e a lera que idenifica a opção escolhida. Nas resposas aos iens em que é pedida a apresenação de odas as eapas de resolução, explicie odos os cálculos efeuados e apresene odas as jusificações ou conclusões soliciadas. Uilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos iens. Nos ermos da lei em vigor, as provas de avaliação exerna são obras proegidas pelo Código do Direio de Auor e dos Direios Conexos. A sua divulgação não suprime os direios previsos na lei. Assim, é proibida a uilização desas provas, além do deerminado na lei ou do permiido pelo IAVE, I.P., sendo expressamene vedada a sua exploração comercial. Prova 715.V2/1.ª F. Página 1/ 16

2 TABELA DE CONSTANTES Capacidade érmica mássica da água líquida c 418, 10 3 J kg = # 1 K 1 Consane de Avogadro N 602, # 10 mol 23 1 A = Consane de graviação universal G 667, 10 = # 11 N m kg 2 Índice de refração do ar n = 1,000 Módulo da aceleração gravíica de um corpo juno à superfície da Terra g = 10 m s -2 Módulo da velocidade de propagação da luz no vácuo c 300, 10 8 ms = # 1 Produo iónico da água (a 25 o C) K w = 1,00#10-14 Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm 3 mol -1 FORMULÁRIO Quanidades, massas e volumes... m = n M m massa N = n N A n quanidade de maéria M massa molar V = n V m N número de enidades m = N A consane de Avogadro V V volume V m volume molar massa volúmica Soluções e dispersões... c = n c V concenração de solução na n quanidade de maéria xa = V n volume de solução oal x fração molar Relação enre ph e concenração de H 3 O +....ph = -log {[H 3 O + ] / mol dm -3 } 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 Energia mecânica... E pg = m g h E m = E c + E p Trabalho realizado por uma força consane, F, que aua sobre um corpo em movimeno reilíneo... W = Fd cos a d módulo do deslocameno do pono de aplicação da força a ângulo definido pela força e pelo deslocameno Teorema da energia cinéica... W soma dos rabalhos realizados pelas forças que auam num corpo DE c variação da energia cinéica do cenro de massa do corpo W = DE c Trabalho realizado pela força gravíica... DE pg variação da energia poencial gravíica W = -DE pg Poência... P = E E D energia D inervalo de empo Prova 715.V2/1.ª F. Página 2/ 16

3 Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação da sua emperaura... E = mcdt m massa c capacidade érmica mássica DT variação da emperaura 1.ª Lei da Termodinâmica... DU = W + Q DU variação da energia inerna W energia ransferida sob a forma de rabalho Q energia ransferida sob a forma de calor Conversão de emperaura (de grau Celsius para kelvin)... T/ K = / o C + 273,15 T emperaura absolua (emperaura em kelvin) emperaura em grau Celsius Equações do movimeno reilíneo com aceleração consane... x = x 0 + v a 2 x componene escalar da posição 2 v componene escalar da velocidade v = v 0 + a a componene escalar da aceleração empo Equações do movimeno circular com velocidade de módulo consane... a c = v 2 r a c módulo da aceleração cenrípea v módulo da velocidade ~ = 2r T r raio da rajeória ~ módulo da velocidade angular T período v = ~ r 2.ª Lei de Newon... F = m a F resulane das forças que auam num corpo de massa m aceleração do cenro de massa do corpo a 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 Comprimeno de onda... m = v f v módulo da velocidade de propagação da onda f frequência Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal... y = A sin(~) A ampliude ~ frequência angular empo Índice de refração... n = c v c módulo da velocidade de propagação da luz no vácuo v módulo da velocidade de propagação da radiação no meio considerado 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 Fluxo magnéico que aravessa uma superfície, de área A, em que exise um campo magnéico uniforme, B... U m = B A cos a a ângulo enre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície Força eleromoriz induzida numa espira meálica... E i = DU m DU D m variação do fluxo magnéico D inervalo de empo Prova 715.V2/1.ª F. Página 3/ 16

4 Prova 715.V2/1.ª F. Página 4/ 16 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 GRUPO I O ar seco é uma misura gasosa consiuída essencialmene por nirogénio, N 2 ( g ), e por oxigénio, O 2 ( g ), na qual exisem ainda componenes minoriários como o árgon, Ar ( g ), e o dióxido de carbono, CO 2 ( g ). 1. Considere que o eor de CO 2 ( g ) no ar seco é, aproximadamene, 0,05 % (m/m) O eor de CO 2 ( g ) no ar seco, em ppm, é, aproximadamene, (A) 5 ppm (B) 5#10 6 ppm (C) 5#10 4 ppm (D) 5#10 2 ppm 1.2. Qual das expressões seguines permie calcular a quanidade de CO 2 que exisirá numa amosra de 1 kg de ar seco? (A) (B) (C) (D) 005, # 100 c m mol 44, , # 10 c m mol 44, , c m mol 10 # 44, , c m mol 100 # 44, Considere que em 100 g de ar seco exisem 23,14 g de O 2 ( g ) e que, nas condições normais de pressão e de emperaura (PTN), a massa volúmica do ar seco é 1,30 g dm -3. Deermine a percenagem em volume de O 2 ( g ) no ar seco. Apresene odas as eapas de resolução. Prova 715.V2/1.ª F. Página 5/ 16

6 3. A molécula de CO 2 apresena geomeria linear, porque (A) exisem elerões de valência não liganes nos áomos de oxigénio. (B) não exisem elerões de valência não liganes no áomo de carbono. (C) é uma molécula simérica. (D) é uma molécula riaómica. 4. Explique, com base nas configurações elerónicas dos áomos de carbono e de oxigénio no esado fundamenal, porque é que o raio aómico do carbono é maior do que o raio aómico do oxigénio. Apresene num exo a explicação soliciada. 5. Um dos iões mais abundanes na ionosfera é o ião O + ( g ). A configuração elerónica de valência do ião O + ( g ) no esado fundamenal apresena, no oal, (A) rês orbiais compleamene preenchidas. (B) dois elerões desemparelhados. (C) rês elerões desemparelhados. (D) duas orbiais compleamene preenchidas. Prova 715.V2/1.ª F. Página 6/ 16

7 GRUPO II 1. À pressão consane de 1 am, a capacidade érmica mássica do ar é cerca de 4 1 da capacidade érmica mássica da água. Considere uma amosra de ar e uma amosra pura de água, de massas m ar e 2m ar, respeivamene, às quais foi fornecida a mesma energia, como calor, à pressão consane de 1 am. A variação da emperaura da amosra de ar, comparada com a variação da emperaura da amosra de água, será, aproximadamene, (A) oio vezes maior. (B) oio vezes menor. (C) duas vezes menor. (D) duas vezes maior. 2. Quando se liga um aquecedor, esabelecem-se correnes de convecção no ar. Nesas correnes, (A) o ar quene, menos denso, desce e o ar frio, mais denso, sobe. (B) o ar quene, mais denso, sobe e o ar frio, menos denso, desce. (C) o ar quene, menos denso, sobe e o ar frio, mais denso, desce. (D) o ar quene, mais denso, desce e o ar frio, menos denso, sobe. 3. Foi realizado um rabalho de 240 J sobre uma amosra de ar, endo a energia inerna da amosra diminuído 500 J. No processo ermodinâmico considerado, a amosra (A) cedeu 740 J, como calor. (B) cedeu 260 J, como calor. (C) recebeu 740 J, como calor. (D) recebeu 260 J, como calor. Prova 715.V2/1.ª F. Página 7/ 16

8 GRUPO III 1. Quando um sinal sonoro se propaga no ar, há variações da pressão em cada pono. O gráfico da Figura 1 represena a variação da pressão do ar, Δp, em relação à pressão de equilíbrio, em função do empo,, num pono em que um som é deeado. Δp 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 / ms Figura Qual é a frequência angular do sinal sonoro? (A) 4,2#10 3 rad s -1 (B) 2,1#10 3 rad s -1 (C) 3,3#10 2 rad s -1 (D) 6,7#10 2 rad s O gráfico mosra que, no inervalo de empo [0,0 ; 7,5] ms, (A) a onda sonora é complexa. (B) a onda sonora é ransversal. (C) a velocidade de propagação do sinal sonoro é consane. (D) a ampliude da variação da pressão no pono considerado é consane. Prova 715.V2/1.ª F. Página 8/ 16

9 2. Um som emiido à superfície de um lago é deeado por um sensor, colocado denro de água, e por um ouro sensor, colocado no ar. Os dois sensores esão à mesma disância do local onde o som é emiido, mas o sensor que se enconra denro de água deea o som 1,14 s anes do sensor que se enconra no ar. Considere que a velocidade de propagação do som na água do lago é 15, # 10 3 ms - 1, que a velocidade de propagação do som no ar é 34, 10 2 ms - # 1 e que água e ar represenam o empo decorrido desde a emissão do som aé à sua deeção pelo sensor que se enconra denro de água e pelo sensor que se enconra no ar, respeivamene. Qual dos sisemas de equações seguines pode raduzir a siuação física descria? (A) * 3, 4 # 10 = 1, 5# 10 ar 2 3 água ar = 114, ^SIh água ^SIh (B) * 3,4 # 10 = 1, 5# 10 ar 2 3 água ar + = 114, ^SIh água ^SIh (C) * 1, 5 # 10 = 3, 4# 10 ar 3 2 água ar + = 114, ^SIh água ^SIh (D) * 15, # 10 = 34, # 10 ar 3 2 água ar = 114, ^SIh água ^SIh Prova 715.V2/1.ª F. Página 9/ 16

10 GRUPO IV 1. A Figura 2 represena pare da rajeória de um balão meeorológico que sobe na amosfera, com velocidade de módulo praicamene consane. Considere que o balão pode ser represenado pelo seu cenro de massa (modelo da parícula maerial) e que a variação do módulo da aceleração gravíica com a alura em relação ao solo é desprezável. C D B A solo Figura O rabalho realizado pelo peso do balão enre as posições C e D (A) é independene da massa do balão. (B) depende apenas da massa do balão. (C) é igual ao rabalho realizado pelo peso do balão enre as posições A e B. (D) é superior ao rabalho realizado pelo peso do balão enre as posições A e B Qual dos esboços de gráfico seguines pode represenar a energia mecânica, E m, do sisema balão + Terra, em função da alura, h, do balão em relação ao solo, enre as posições A e D? (A) E m (B) E m h A h D h h A h D h (C) E m (D) E m h A h D h h h A h D Prova 715.V2/1.ª F. Página 10/ 16

11 1.3. De acordo com o eorema da energia cinéica, o rabalho que seria realizado pela resulane das forças que auam no balão é igual à variação da energia cinéica do balão. Conclua, com base nese eorema, qual é a inensidade da resulane das forças que auam no balão, no deslocameno enre as posições A e B. Apresene num exo a fundamenação da conclusão soliciada Admia que o balão, de massa 600 g, movendo-se com uma velocidade de módulo 5,8 m s -1, demora 45 s a deslocar-se da posição A aé à posição B. Calcule a soma dos rabalhos realizados pelas forças não conservaivas que auam no balão enre as posições A e B. Apresene odas as eapas de resolução. 2. Geralmene, os balões meeorológicos ransporam uma radiossonda que emie um sinal eleromagnéico de deerminada frequência. Se a frequência desse sinal for 1680 MHz, o comprimeno de onda, no ar, da radiação considerada será (A) 5,60 m (B) 0,560 m (C) 0,179 m (D) 179 m 3. O hidrogénio uilizado nos balões meeorológicos pode ser produzido a parir da reação enre o hidreo de cálcio sólido, CaH 2 (s), e a água líquida, formando-se hidróxido de cálcio sólido, Ca(OH) 2 (s), e hidrogénio gasoso, H 2 ( g ) Escreva a equação química que raduz a reação acima descria O número de oxidação do cálcio no hidreo de cálcio é (A) -2 (B) -1 (C) +1 (D) +2 Prova 715.V2/1.ª F. Página 11/ 16

12 GRUPO V A Figura 3 represena uma monagem que foi uilizada na deerminação experimenal do módulo da aceleração gravíica. Supore Célula fooelérica A Célula fooelérica B Cronómero digial Esfera Figura 3 Nos vários ensaios realizados, abandonou-se uma esfera sempre da mesma posição inicial, imediaamene acima da célula fooelérica A. 1. Numa primeira experiência, manendo as células fooeléricas à mesma disância uma da oura, mediu-se o empo que a esfera demorou a percorrer a disância enre as células A e B, A"B, e o empo que a esfera demorou a passar em frene da célula B, B Num conjuno de ensaios, realizados nas mesmas condições, obiveram-se os valores de B apresenados na abela seguine. Ensaio B / ms 1.º 8,84 2.º 8,78 3.º 8,79 Qual é, para esse conjuno de ensaios, o resulado da medição de B? (A) B = (8,80 ± 0,04) ms (B) B = (8,80 ± 0,05) ms (C) B = (8,80 ± 0,06) ms (D) B = (8,80 ± 0,01) ms Prova 715.V2/1.ª F. Página 12/ 16

13 1.2. Dividindo o diâmero da esfera por B, deermina-se um valor aproximado do módulo da velocidade da esfera no insane em que esa se enconra em frene da célula fooelérica B, v B Ao deerminar v B por ese méodo, que aproximação se faz? O cálculo de v B pressupõe que a esfera inerrompe o feixe luminoso da célula B pelo seu diâmero. No enano, um erro experimenal frequene decorre de a esfera inerromper, de faco, o feixe luminoso por uma dimensão inferior ao seu diâmero. Quando ese erro ocorre, o valor de v B calculado é ao verdadeiro, o que deermina um erro por no valor experimenal do módulo da aceleração gravíica. (A) inferior... excesso (B) superior... excesso (C) inferior... defeio (D) superior... defeio 1.3. No cálculo do módulo da aceleração gravíica, que valor deverá ser considerado para o módulo da velocidade da esfera no insane em que esa se enconra em frene da célula fooelérica A? 2. Numa segunda experiência, variando a disância enre as células A e B, foi possível deerminar o módulo da aceleração gravíica a parir do gráfico do quadrado do empo que a esfera demorou a percorrer a disância enre as células, 2 A" B, em função da disância percorrida, Δy. A parir dos valores obidos, deerminou-se a equação da rea que melhor se ajusa ao conjuno de ponos do gráfico: 2 A " B = 0, 198Dy 0, 001 ^SIh Deermine o erro percenual (erro relaivo, em percenagem) do módulo da aceleração gravíica obido nesa experiência, omando como referência o valor 9,8 m s -2. Apresene odas as eapas de resolução. Prova 715.V2/1.ª F. Página 13/ 16

14 GRUPO VI Considere uma reação química em fase gasosa raduzida pelo esquema a Ag ^ h+ bbg ^ h? cc^gh em que a, b e c são os coeficienes esequioméricos das subsâncias A, B e C, respeivamene. 1. Admia que, num reaor com a capacidade de 1,00 L, se inroduziram, à emperaura T, 0,400 mol de A ( g ) e 0,400 mol de B ( g ) Considere que A e B são subsâncias moleculares. Quanas moléculas foram, no oal, inicialmene inroduzidas no reaor? (A) 193, # (B) 963, # (C) 241, # (D) 482, # No quadro seguine, esão regisadas as quanidades das subsâncias A, B e C que exisem no reaor, num mesmo esado de equilíbrio do sisema, à emperaura T. Subsância A B C n / mol 0,344 0,232 0,112 Calcule a consane de equilíbrio, K c, da reação considerada, à emperaura T. Comece por deerminar os coeficienes esequioméricos a, b e c. Apresene odas as eapas de resolução. Prova 715.V2/1.ª F. Página 14/ 16

15 2. Admia que a reação considerada ocorre em sisema fechado, sendo a variação de enalpia do sisema negaiva. Conclua, com base no princípio de Le Châelier, como variará a consane de equilíbrio, K c, da reação se a emperaura aumenar. Apresene num exo a fundamenação da conclusão soliciada. GRUPO VII O ácido meanoico, HCOOH (M = 46,03 g mol -1 ), ambém conhecido por ácido fórmico, é um ácido monopróico fraco (a sua consane de acidez é 17, # 10-4, a 25 o C) cuja ionização em água pode ser raduzida por HCOOH^aqh+ H O^lh? HCOO ^aqh+ HO+ ^aqh Quanos elerões de valência exisem, no oal, na molécula de ácido meanoico? 2. Naquela reação, esão envolvidos dois pares conjugados ácido-base, segundo Brönsed-Lowry. Segundo Brönsed-Lowry, o que é um par conjugado ácido-base? 3. Admia que quer preparar 250,0 cm 3 de uma solução aquosa de ácido meanoico cujo ph, a 25 o C, deverá ser 3,20. Calcule a massa de ácido meanoico que erá de ser uilizada para preparar aquela solução. Apresene odas as eapas de resolução. FIM Prova 715.V2/1.ª F. Página 15/ 16

16 COTAÇÕES Grupo Iem Coação (em ponos) I II III IV V VI VII TOTAL 200 Prova 715.V2/1.ª F. Página 16/ 16

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