EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO VERSÃO 1

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1 EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO 11.º ou 12.º Ano de Escolaridade (Decreo-Lei n.º 74/24, de 26 de Março) PROVA 715/16 Págs. Duração da prova: 12 minuos 27 1.ª FASE PROVA ESCRITA DE FÍSICA E QUÍMICA A VERSÃO 1 Na sua folha de resposas, indique claramene a versão da prova. A ausência dessa indicação implica a anulação de odos os iens de escolha múlipla e de verdadeiro/falso. 715.V1/1

2 Idenifique claramene os iens a que responde. Uilize apenas canea ou esferográfica de ina azul ou prea. É inerdio o uso de «esferográfica-lápis» e de correcor. As coações da prova enconram-se na página 16. A prova inclui na página 3 uma Tabela de Consanes, nas páginas 3, 4 e 5 um Formulário e na página 6 uma Tabela Periódica. Pode uilizar máquina de calcular gráfica. Nos iens de escolha múlipla Indique, claramene, na sua folha de resposas, o NÚMERO do iem e a LETRA da alernaiva pela qual opou. É aribuída a classificação de zero ponos às resposas em que apresene: mais do que uma opção (ainda que nelas eseja incluída a opção correca); o número e/ou a lera ilegíveis. Em caso de engano, ese deve ser riscado e corrigido, à frene, de modo bem legível. Nos iens em que seja soliciada a escria de um exo, a classificação das resposas conempla aspecos relaivos aos coneúdos, à organização lógico-emáica e à erminologia cienífica. Nos iens em que seja soliciado o cálculo de uma grandeza, deverá apresenar odas as eapas de resolução, ou seja, odos os raciocínios que iver efecuado. Os dados imprescindíveis à resolução de alguns iens específicos são indicados no final do seu enunciado, nos gráficos, nas figuras ou nas abelas que lhes esão anexas ou, ainda, na Tabela de Consanes e no Formulário. 715.V1/2

3 CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no vácuo c = 3, 1 8 m s 1 Módulo da aceleração gravíica de um corpo juno à superfície da Terra Massa da Terra g = 1 m s 2 M T = 5, kg Consane da Graviação Universal G = 6, N m 2 kg 2 Consane de Avogadro N A = 6, mol 1 Consane de Sefan-Bolzmann σ = 5, W m 2 K 4 Produo iónico da água (a 25 C) K w = 1, 1 14 Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm 3 mol 1 FORMULÁRIO Concenração de solução... c = n quanidade de subsância (soluo) V volume de solução Quanidade de subsância... n = M massa molar m massa Massa volúmica... ρ = m massa V volume Número de parículas... n quanidade de subsância N A consane de Avogadro N = n N A Volume molar de um gás... V m = V volume do gás n quanidade de subsância do gás Relação enre ph e a concenração de H 3 O +... ph = log Ö[H 3 O + ] / mol dm 3 Conversão da emperaura (de grau Celsius para kelvin)... T / K = θ / ºC + 273,15 5 (de grau Fahrenhei para grau Celsius)... θ / ºC = 9 (θ / ºF 32) T emperaura absolua θ emperaura n V m M m V V n Efeio fooelécrico... E inc energia da radiação incidene no meal W energia para remover um elecrão do meal E cin energia cinéica do elecrão removido E inc = W + E cin 715.V1/3

4 Energia elécrica fornecida por um gerador durane o inervalo de empo... I inensidade da correne elécrica no gerador U diferença de poencial enre os erminais do gerador Comprimeno de onda... λ = f frequência do movimeno ondulaório v módulo da velocidade de propagação da onda E = I U Lei de Sefan-Bolzmann... P = e σ AT 4 P poência oal irradiada por um corpo e emissividade do maerial de que é consiuído o corpo σ consane de Sefan-Bolzmann A área da superfície do corpo T emperaura absolua do corpo 1.ª Lei da Termodinâmica... U = W + Q + R U variação da energia inerna do sisema W energia ransferida para fora do sisema ou recebida do exerior como rabalho Q energia ransferida para fora do sisema ou recebida do exerior como calor R energia ransferida para fora do sisema ou recebida do exerior como radiação v f Trabalho de uma força consane, F, cujo pono de aplicação se desloca de uma disância, d, numa rajecória recilínea que faz um ângulo α com a direcção da força... Teorema da energia cinéica... W i soma dos rabalhos das forças que acuam num i corpo, num deerminado inervalo de empo E cin variação da energia cinéica do corpo no mesmo inervalo de empo Lei de acção e reacção... F A,B força exercida pelo corpo A no corpo B F B,A força exercida pelo corpo B no corpo A Módulo da força gravíica exercida pela massa ponual m 1 (m 2 ) na massa ponual m 2 (m 1 )... G consane da graviação universal d disância enre as duas massas 2.ª Lei de Newon... F resulane das forças que acuam num corpo de massa m a aceleração do cenro de massa do corpo Força elécrica exercida num corpo com carga elécrica q, num pono em que exise um campo elécrico E... W = Fd cos α Wi i F A,B = F B,A m 1 m 2 F g = G d 2 F = ma F = qe = E cin Fluxo magnéico que aravessa uma superfície de área A em que exise um campo magnéico uniforme B... θ ângulo enre a direcção do campo e a direcção perpendicular à superfície Φ m = BAcosθ 715.V1/4

5 Força elecromoriz induzida numa espira meálica aravessada por um fluxo magnéico Φ m... ε i = Φ m sin i Lei de Snell para a refracção... = n 21 sin r i ângulo de incidência r ângulo de refracção n 21 razão dos índices de refracção, respecivamene, do meio em que se dá a refracção e do meio em que se dá a incidência Equações do movimeno unidimensional com aceleração consane v = v + a x = x + v + 1 _ a 2 2 v 2 = v 2 + 2a (x x ) x = x + 1 _ (v + v) 2 x posição; v velocidade; a aceleração; empo 715.V1/5

6 TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS 55 Cs 132,91 56 Ba 137, Lananídeos 72 Hf 178,49 73 Ta 18,95 74 W 183,84 75 Re 186,21 76 Os 19,23 77 Ir 192,22 78 P 195,8 79 Au 196,97 8 Hg 2,59 81 T 24,38 82 Pb 27,21 83 Bi 28,98 84 Po [28,98] 85 A [29,99] 86 Rn [222,2] 37 Rb 85,47 38 Sr 87,62 39 Y 88,91 4 Zr 91,22 41 Nb 92,91 42 Mo 95,94 43 Tc 97,91 44 Ru 11,7 45 Rh 12,91 46 Pd 16,42 47 Ag 17,87 48 Cd 112,41 49 In 114,82 5 Sn 118,71 51 Sb 121,76 52 Te 127,6 53 I 126,9 54 Xe 131,29 19 K 39,1 2 Ca 4,8 21 Sc 44,96 22 Ti 47,87 23 V 5,94 24 Cr 52, 25 Mn 54,94 26 Fe 55,85 27 Co 58,93 28 Ni 58,69 29 Cu 63,55 3 Zn 65,41 31 Ga 69,72 32 Ge 72,64 33 As 74,92 34 Se 78,96 35 Br 79,9 36 Kr 83,8 11 Na 22,99 12 Mg 24,31 13 A 26,98 14 Si 28,9 15 P 3,97 16 S 32,7 17 C 35,45 18 Ar 39,95 3 Li 6,94 4 Be 9,1 5 B 1,81 6 C 12,1 7 N 14,1 8 O 16, 9 F 19, 1 Ne 2,18 1 H 1,1 2 He 4, 9 Th 232,4 91 Pa 231,4 92 U 238,3 93 Np [237] 94 Pu [244] 95 Am [243] 96 Cm [247] 97 Bk [247] 98 Cf [251] 99 Es [252] 1 Fm [257] 11 Md [258] 12 No [259] 13 Lr [262] 58 Ce 14,12 59 Pr 14,91 6 Nd 144,24 61 Pm [145] 62 Sm 15,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,25 65 Tb 158,92 66 Dy 162,5 67 Ho 164,93 68 Er 167,26 69 Tm 168,93 7 Yb 173,4 71 Lu 174,98 87 Fr [223] 88 Ra [226] Acinídeos 15 Db [262] 14 Rf [261] 17 Bh [264] 18 Hs [277] 19 M [268] Número aómico Elemeno Massa aómica relaiva 11 Ds [271] 111 Rg [272] 89 Ac [227] 57 La 138,91 16 Sg [266] V1/6

7 1. Leia aenamene o seguine exo. Os cienisas não êm dúvidas: o Sol morrerá. Mas podemos esar descansados só daqui a cerca de cinco mil milhões de anos é que a nossa esrela se ransformará numa imensa nebulosa planeária. Anes disso, irá expandir-se, com diminuição da emperaura da sua pare mais superficial, dando origem a uma gigane vermelha. Nese processo, a emperaura no inerior da esrela aumenará de al modo que permiirá que, a parir da fusão nuclear de áomos de hélio, se produza carbono e oxigénio. No final das suas vidas, as esrelas giganes vermelhas ornam-se insáveis e ejecam as suas camadas exeriores de gás, formando enão as chamadas nebulosas planeárias. Visão, n.º 729, 26, p.81 (adapado) 1.1. Explique em que consise uma reacção de fusão nuclear como a que é referida no exo A cor de uma esrela indica-nos a sua emperaura superficial, exisindo uma relação de proporcionalidade inversa enre a emperaura de um corpo e o comprimeno de onda para o qual esse corpo emie radiação de máxima inensidade. Seleccione a opção que coném os ermos que devem subsiuir as leras (a), (b) e (c), respecivamene, de modo a ornar verdadeira a afirmação seguine. Se, no especro conínuo de uma esrela predominar a cor (a) e, no especro de uma oura esrela predominar a cor (b), enão a primeira erá uma (c) emperaura superficial. (A)... vermelha azul maior (B) amarela vermelha menor (C) azul vermelha maior (D) violea vermelha menor 715.V1/7

8 2. A Terra possui uma amosfera que é maioriariamene consiuída por uma solução gasosa com vários componenes, como o dióxido de carbono e o vapor de água, que, embora não sendo predominanes, são cruciais para a exisência de vida na Terra. No enano, o aumeno exagerado do eor de CO 2 amosférico, a desruição da camada de ozono e a qualidade da água que circula na amosfera e cai sobre a superfície erresre são problemas graves, inerligados e resulanes, principalmene, da acividade humana O dióxido de carbono, CO 2 (M = 44, g mol 1 ), é o componene minoriário de maior concenração no ar amosférico. Considere V o volume de uma amosra de ar, m a massa de CO 2 nela conida e V m o volume molar de um gás. Seleccione a alernaiva que permie calcular a percenagem em volume de dióxido de carbono no ar amosférico. m V 44 m (A) %(V/V) = 1 V m 44 (B) %(V/V) = V V 1 m 44 V m (C) %(V/V) = 1 V m 44 V m m (D) %(V/V) = 1 V 2.2. O problema da desruição da camada de ozono em vindo a assumir cada vez maior relevância, endo-se ornado um moivo de preocupação universal. Descreva, num exo, como os CFC provocam a diminuição da camada de ozono, referindo as ransformações químicas que ocorrem nesse processo. 715.V1/8

9 2.3. As moléculas de água, H 2 O, e de dióxido de carbono, CO 2, êm esruuras bem definidas, a que correspondem propriedades físicas e químicas disinas. Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguines. (A) Na molécula de CO 2, exisem quaro pares de elecrões não liganes. (B) Na molécula de H 2 O, exisem dois pares de elecrões parilhados. (C) As duas moléculas (H 2 O e CO 2 ) apresenam geomeria linear. (D) Na molécula de H 2 O, exise um par de elecrões não liganes. (E) Na molécula de CO 2, as ligações carbono-oxigénio êm diferenes comprimenos. (F) O ângulo de ligação, na molécula de H 2 O, é superior ao ângulo de ligação, na molécula de CO 2. (G) Na molécula de H 2 O, exisem quaro elecrões liganes e quaro não liganes. (H) Na molécula de CO 2, nem odos os elecrões de valência são liganes As moléculas de água e de dióxido de carbono são consiuídas, no seu conjuno, por áomos de hidrogénio, carbono e oxigénio. Seleccione a afirmação CORRECTA. (A) A configuração elecrónica do áomo de oxigénio no esado de energia mínima é 1s 2 2s 2 2p 6. (B) O raio do áomo de oxigénio é superior ao raio do áomo de carbono. (C) A primeira energia de ionização do oxigénio é superior à do carbono. (D) O raio do áomo de oxigénio é superior ao raio do anião O V1/9

10 2.5. No âmbio de um projeco sobre chuva ácida, foram medidos, a uma mesma emperaura, os valores de ph de duas amosras de água da chuva: uma amosra da água que pingava das agulhas de um pinheiro e oura, da água que escorria pelo ronco. Os valores obidos esão indicados na figura 1. Fig Com base na informação dada, seleccione a afirmação CORRECTA. (A) A água da chuva recolhida juno às agulhas do pinheiro é mais ácida do que a água recolhida juno ao ronco. (B) A água da chuva recolhida juno ao ronco do pinheiro em menor valor de poh do que a água recolhida juno às agulhas. (C) A água da chuva recolhida juno ao ronco do pinheiro em menor concenração de iões H 3 O + do que a água recolhida juno às agulhas. (D) A água da chuva recolhida juno às agulhas do pinheiro e a água da chuva recolhida juno ao ronco apresenam igual valor de K w Para confirmar o valor do ph da amosra de água da chuva recolhida juno ao ronco do pinheiro, iulou-se um volume de 1, ml daquela amosra com uma solução aquosa de concenração,5 mol dm 3 em hidróxido de sódio, NaOH(aq). Calcule o volume de iulane que se gasaria aé ao pono de equivalência, admiindo que se confirmava o valor de ph da solução iulada. Apresene odas as eapas de resolução. 715.V1/1

11 Uma das subsâncias que conribuem para aumenar a acidez da água das chuvas é o dióxido de enxofre, SO 2, que, reagindo com o oxigénio amosférico, se ransforma em rióxido de enxofre, SO 3. Além de se dissolver, ese composo reage com a água que circula na amosfera, formando soluções diluídas de ácido sulfúrico, o que consiui um dos processos de formação da «chuva ácida». Seleccione a alernaiva que raduz correcamene a variação do número de oxidação do enxofre (S) na referida reacção de formação do rióxido de enxofre. (A) +2 para +6 (B) +3 para (C) +4 para +6 (D) +6 para Numa insalação solar de aquecimeno de água, a energia da radiação solar absorvida na superfície das placas do colecor é ransferida sob a forma de calor, por meio de um fluido circulane, para a água conida num depósio, como se represena na figura 2. A variação da emperaura da água no depósio resulará do balanço enre a energia absorvida e as perdas érmicas que ocorrerem. luz solar 3.1. Numa insalação solar de aquecimeno de água para consumo domésico, os colecores solares ocupam uma área oal de 4, m 2. Em condições amosféricas adequadas, a radiação solar absorvida por eses colecores é, em média, 8 W / m 2. Considere um depósio, devidamene isolado, que coném 15 kg de água. Verifica-se que, ao fim de 12 horas, durane as quais não se reirou água para consumo, a emperaura da água do depósio aumenou 3 ºC. colecor Fig. 2 depósio água quene água fria Calcule o rendimeno associado a ese sisema solar érmico. Apresene odas as eapas de resolução. c (capacidade érmica mássica da água) = 4,185 kj kg 1 ºC Numa insalação solar érmica, as perdas de energia poderão ocorrer de rês modos: condução, convecção e radiação. Explique em que consise o mecanismo de perda de energia érmica por condução. 715.V1/11

12 4. A queda de um corpo abandonado, próximo da superfície erresre, foi um dos primeiros movimenos que os sábios da Aniguidade enaram explicar. Mas só Galileu, já no séc. XVII, esudou experimenalmene o movimeno de queda dos graves e o lançameno de projéceis. Observe com aenção a figura 3, que mosra uma esfera a cair em duas siuações: A H B E h h y D C F x Siuação I Siuação II Fig. 3 Na siuação I, a esfera, inicialmene em repouso, é colocada no pono A, deslizando sem ario sobre a calha, aé ao pono B. No pono B, abandona a calha, descrevendo um arco de parábola aé ao pono C. Na siuação II, a esfera é abandonada no pono E, caindo na verical da mesma alura, h. Em qualquer das siuações, considere o sisema de eixos de referência represenado na figura, com origem no solo, desprezando o efeio da resisência do ar Considere a siuação I represenada na figura 3. Deermine a alura H, considerando que as disâncias BD e DC são iguais a 2, m. Apresene odas as eapas de resolução Considere a siuação II represenada na figura Seleccione o gráfico que raduz correcamene a variação da energia poencial gravíica, E p, da esfera, em função do empo de queda,, aé aingir o solo. (A) (B) (C) (D) E p E p E p E p Seleccione a alernaiva que permie calcular o módulo da velocidade com que a esfera ainge o solo. (A) 2g h (B) (C) 2 (D) 2gh gh gh V1/12

13 Seleccione a alernaiva que apresena os gráficos que raduzem correcamene a variação dos valores da velocidade, v, e da aceleração, a, em função do empo,, durane o movimeno de queda da esfera. (A) (B) v v a a 1, 1, (C) (D) v v a a 1, 1, 715.V1/13

14 4.3. Considere os empos de permanência da esfera no ar, 1 e 2, respecivamene nas siuações I e II. Seleccione a alernaiva que esabelece a relação correca enre esses empos. (A) 1 = (B) 1 = 2 2 (C) 1 = 2 (D) 2 = Nas comunicações a longas disâncias, a informação é ransmiida aravés de radiações elecromagnéicas que se propagam, no vazio, à velocidade da luz Um dos supores mais eficienes na ransmissão de informação a longas disâncias é consiuído pelas fibras ópicas Seleccione a alernaiva que complea correcamene a frase seguine. O princípio de funcionameno das fibras ópicas baseia-se no fenómeno da (A) refracção da luz. (B) reflexão parcial da luz. (C) difracção da luz. (D) reflexão oal da luz Num deerminado ipo de fibra ópica, o núcleo em um índice de refracção de 1,53, e o revesimeno possui um índice de refracção de 1,48. Seleccione a alernaiva que permie calcular o ângulo críico, θ c, para ese ipo de fibra ópica. sin θ c (A) = sin 9º sin 9º (B) = sin θ c 1,53 1,48 1,53 1,48 sin θ (C) c = 1,53 1,48 sin 9º sin 9º (D) = 1,53 1,48 sin θ c 715.V1/14

15 5.2. As microondas consiuem um ipo de radiação elecromagnéica muio uilizado nas elecomunicações. Indique duas propriedades das microondas que jusificam a uilização dese ipo de radiação nas comunicações via saélie. 6. O amoníaco, NH 3, obém-se indusrialmene aravés do processo de Haber-Bosch, fazendo reagir, em condições apropriadas, hidrogénio e azoo gasosos. Ese processo de formação do amoníaco ocorre em sisema fechado, em condições de pressão e emperaura consanes, na presença de um caalisador, de acordo com o equilíbrio represenado pela seguine equação química: 3 H 2 (g) + N 2 (g) Ý 2 NH 3 (g) 6.1. O gráfico represenado na figura 4 raduz a variação do valor da consane de equilíbrio, K c, para aquela reacção, em função da emperaura, T, no inervalo de 7 K a 1 K. K c,3,25,2,15,1,5, T(K) Fig. 4 Com base na informação dada pelo gráfico, seleccione a afirmação CORRECTA. (A) O aumeno de emperaura favorece o consumo de H 2 (g) e N 2 (g). (B) A diminuição de emperaura aumena o rendimeno da reacção. (C) A consane de equilíbrio da reacção é inversamene proporcional à emperaura. (D) A reacção evolui no senido inverso se se diminuir a emperaura O sulfao de eraminocobre(ii) mono-hidraado, [Cu(NH 3 ) 4 ] SO 4. H2 O, (M = 245,6 g mol 1 ), é um sal complexo, obido a parir da reacção enre o sulfao de cobre(ii) pena-hidraado, CuSO 4. 5H2 O, e o amoníaco. Esa reacção é descria pela seguine equação química: CuSO 4. 5H2 O(s) + 4 NH 3 (aq) [Cu(NH 3 ) 4 ] SO 4. H2 O(s) + 4 H 2 O(l) A 8, ml de uma solução aquosa de amoníaco de concenração 15, mol dm 3 adicionaram- -se,2 mol de sulfao de cobre pena-hidraado. Calcule a massa de sal complexo que se formaria, admiindo que a reacção é complea. Apresene odas as eapas de resolução. FIM 715.V1/15