EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO VERSÃO 2

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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 2 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. V.S.F.F. 715.V2/1

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.V2/2

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 V.S.F.F. 715.V2/3

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.V2/4

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 V.S.F.F. 715.V2/5

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] V2/6

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) violea vermelha menor (B)... vermelha azul maior (C) amarela vermelha menor (D) azul vermelha maior V.S.F.F. 715.V2/7

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. 44 V m (A) %(V/V) = 1 V m 44 V m m (B) %(V/V) = 1 V m V 44 m (C) %(V/V) = 1 V m 44 (D) %(V/V) = V V 1 m 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.V2/8

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 H 2 O, exisem quaro elecrões liganes e quaro não liganes. (B) O ângulo de ligação, na molécula de H 2 O, é superior ao ângulo de ligação, na molécula de CO 2. (C) Na molécula de CO 2, exisem quaro pares de elecrões não liganes. (D) Na molécula de H 2 O, exisem dois pares de elecrões parilhados. (E) As duas moléculas (H 2 O e CO 2 ) apresenam geomeria linear. (F) Na molécula de CO 2, nem odos os elecrões de valência são liganes. (G) Na molécula de H 2 O, exise um par de elecrões não liganes. (H) Na molécula de CO 2, as ligações carbono-oxigénio êm diferenes comprimenos 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) O raio do áomo de oxigénio é superior ao raio do áomo de carbono. (B) A primeira energia de ionização do oxigénio é superior à do carbono. (C) O raio do áomo de oxigénio é superior ao raio do anião O 2. (D) A configuração elecrónica do áomo de oxigénio no esado de energia mínima é 1s 2 2s 2 2p 6. V.S.F.F. 715.V2/9

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 ao ronco do pinheiro em menor concenração de iões H 3 O + do que a água recolhida juno às agulhas. (B) 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. (C) A água da chuva recolhida juno às agulhas do pinheiro é mais ácida do que a água recolhida juno ao ronco. (D) A água da chuva recolhida juno ao ronco do pinheiro em menor valor de poh do que a água recolhida juno às agulhas 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.V2/1

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) +6 para +3 (B) +2 para +6 (C) +3 para (D) +4 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. V.S.F.F. 715.V2/11

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) (B) 2 2gh gh (C) gh 2 (D) 2g h 715.V2/12

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, V.S.F.F. 715.V2/13

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) 2 = 1 1 (B) 1 = (C) 1 = 2 2 (D) 1 = 2 5. 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) difracção da luz. (B) reflexão oal da luz. (C) refracção da luz. (D) reflexão parcial 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 9º (A) = sin θ c 1,53 1,48 (B) sin θ c = 1,53 1,48 sin 9º (C) sin 9º = 1,53 1,48 sin θ c (D) sin θ = 1,53 c sin 9º 1, V2/14

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) A consane de equilíbrio da reacção é inversamene proporcional à emperaura. (B) A reacção evolui no senido inverso se se diminuir a emperaura. (C) O aumeno de emperaura favorece o consumo de H 2 (g) e N 2 (g). (D) A diminuição de emperaura aumena o rendimeno da reacção 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 V.S.F.F. 715.V2/15

16 COTAÇÕES ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos ponos TOTAL... 2 ponos 715.V2/16