Exercícios para resolver

4 ÍNDICE QUÍMICA 10.º ANO I. ELEMENTOS QUÍMICOS E SUA ORGANIZAÇÃO 1. Massa e tamanho dos átomos... 8 1.1 Ordens de grandeza e escalas de comprimento... 8 1.2 Dimensões à escala atómica... 9 1.3 Massa isotópica e massa atómica relativa média... 10 1.4 Quantidade de matéria e massa molar... 10 1.5 Fração molar e fração mássica... 11 Exercícios para resolver... 12 2. Energia dos eletrões nos átomos... 17 2.1 Espetros contínuos e descontínuos... 17 2.2 O modelo atómico de Bohr... 19 2.3 Transições eletrónicas... 20 2.4 Energia de remoção eletrónica... 22 2.5 Modelo quântico do átomo... 23 2.6 Configuração eletrónica de átomos... 24 Exercícios para resolver... 26 3. Tabela Periódica... 36 3.1 Estrutura da Tabela Periódica... 36 3.2 Propriedades dos elementos e das substâncias elementares... 37 3.3 Propriedades periódicas dos elementos representativos... 38 Exercícios para resolver... 42 II. PROPRIEDADES E TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA 1. Ligação química... 48 1.1 Tipos de ligações químicas... 48 1.2 Ligação covalente... 49 1.3 Ligações intermoleculares... 57 Exercícios para resolver... 59 2. Gases e dispersões... 67 2.1 Lei de Avogadro, volume molar e massa volúmica... 67 2.2 Soluções, coloides e suspensões... 68 2.3 Composição quantitativa de soluções... 70 2.4 Diluição de soluções aquosas... 71 Exercícios para resolver... 73 3. Transformações químicas... 78 3.1 Energia de ligação e reações químicas... 78 3.2 Reações fotoquímicas na atmosfera... 80 Exercícios para resolver... 84 FÍSICA 10.º ANO I. ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃO 1. Energia e movimentos... 90 1.1 Energia mecânica e energia interna... 90 1.2 Trabalho realizado por forças constantes... 91 1.3 Trabalho do peso... 93 1.4 Conservação da energia mecânica... 94 1.5 Teorema da Energia Cinética ou Lei do Trabalho-Energia... 96 1.6 Forças não conservativas e variação da energia mecânica... 97 1.7 Potência e rendimento... 99 Exercícios para resolver... 100 2. Energia e fenómenos elétricos... 113 2.1 Relação entre corrente elétrica, diferença de potencial elétrico e resistência elétrica... 113 2.2 Resistência elétrica de condutores filiformes... 114 2.3 Corrente elétrica... 115 2.4 Efeito Joule... 117 2.5 Geradores de tensão contínua. Balanço energético do circuito... 118 2.6 Associações de resistências em série e em paralelo... 121 Exercícios para resolver... 123

ÍNDICE 5 3 Energia, fenómenos térmicos e radiação... 132 3.1 Sistema termodinâmico... 132 3.2 Calor... 133 3.3 Radiação e irradiância... 134 3.4 Radiação solar na produção de energia elétrica... 134 3.5 Mecanismos de transferência de calor: condução e convecção... 136 3.6 Condução térmica e condutividade térmica... 136 3.7 Capacidade térmica mássica... 137 3.8 Variação de entalpia de fusão e de vaporização... 138 3.9 Funcionamento de um coletor solar... 140 3.10 Primeira Lei da Termodinâmica... 141 3.11 Segunda Lei da Termodinâmica... 141 Exercícios para resolver... 142 FÍSICA 11.º ANO I. MECÂNICA 1. Tempo, posição e velocidade... 148 1.1 Referencial e posição. Deslocamento e distância percorrida... 148 1.2 Rapidez média e velocidade média... 149 1.3 Aceleração média... 150 Exercícios para resolver... 153 2. Interações e seus efeitos... 157 2.1 As quatro interações fundamentais... 157 2.2 Terceira Lei de Newton... 158 2.3 Segunda Lei de Newton... 159 2.4 Efeitos das foças sobre a velocidade... 159 2.5 Primeira Lei de Newton... 160 2.6 Movimento segundo Aristóteles, Galileu e Newton... 161 Exercícios para resolver... 163 3. Forças e movimentos... 167 3.1 Movimento de queda e lançamento na vertical com efeito de resistência do ar desprezável... 167 3.2 Movimento de queda com efeito de resistência do ar apreciável... 169 3.3 Movimento retilíneo uniforme e uniformemente variado em planos horizontais e planos inclinados... 171 3.4 Movimento circular uniforme... 173 Exercícios para resolver... 177 II. ONDAS E ELETROMAGNETISMO 1. Sinais e ondas... 186 1.1 Sinais, propagação de sinais e velocidade de propagação... 186 1.2 Ondas transversais e ondas longitudinais... 186 1.3 Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas... 187 1.4 Periodicidade temporal e periodicidade espacial... 187 1.5 O som como onda de pressão... 189 Exercícios para resolver... 192 2. Eletromagnetismo... 196 2.1 Campo elétrico... 196 2.2 Campo magnético... 197 2.3 Fluxo magnético e indução eletromagnética... 199 2.4 Produção industrial e transporte de energia elétrica: geradores e transformadores... 201 Exercícios para resolver... 203 3. Ondas eletromagnéticas... 210 3.1 Espetro eletromagnético... 210 3.2 Reflexão... 211 3.3 Refração... 211 3.4 Reflexão total... 213 3.5 Difração... 215 3.6 Efeito Doppler, desvio para o vermelho e o big-bang... 217 Exercícios para resolver... 218

6 ÍNDICE QUÍMICA 11.º ANO I. EQUILÍBRIO QUÍMICO 1. Aspetos quantitativos das reações químicas... 224 1.1 Reações químicas... 224 1.2 Reagente limitante e reagente em excesso... 225 1.3 Grau de pureza de uma amostra... 226 1.4 Rendimento de uma química... 226 1.5 Economia atómica e Química Verde... 227 Exercícios para resolver... 228 2. Equilíbrio químico e extensão das reações químicas... 231 2.1 Reações incompletas e equilíbrio químico... 231 2.2 Extensão das reações químicas... 232 2.3 Fatores que alteram o equilíbrio químico... 235 Exercícios para resolver... 240 II. REAÇÕES EM SISTEMAS AQUOSOS 1. Reações ácido-base... 247 1.1 Ácidos e bases... 247 1.2 Acidez e basicidade de soluções... 248 1.3 Autoionização da água... 248 1.4 Ácidos e bases em soluções aquosas... 250 1.5 Constantes de acidez e de basicidade... 251 1.6 Titulação ácido-base... 252 1.7 Aspetos ambientais das reações ácido-base... 255 Exercícios para resolver... 257 2. Reações de oxidação-redução... 264 2.1 Caracterização das reações de oxidação-redução... 264 2.2 Força relativa de oxidantes e redutores... 267 Exercícios para resolver... 268 3. Soluções e equilíbrio de solubilidade... 272 3.1 Mineralização das águas e processo de dissolução... 272 3.2 Solubilidade de sais em água... 273 3.3 Equilíbrio químico e solubilidade de sais... 276 3.4 Alteração da solubilidade dos sais... 277 3.5 Desmineralização de águas e processo de precipitação... 279 Exercícios para resolver... 281 RESOLUÇÕES... 285 EXAMES-TIPO EXAME-TIPO 1... 326 EXAME-TIPO 2... 331 EXAME-TIPO 3... 336 EXAME-TIPO 4... 342 RESOLUÇÕES... 348 EXAMES NACIONAIS EXAME NACIONAL 1... 354 Resoluções... 361 EXAME NACIONAL 2... 364 Resoluções... 371 EXAME NACIONAL 3... 374 Resoluções... 381 EXAME NACIONAL 4... 385 Resoluções... 391 ANEXOS... 394

90 FÍSICA 10.º ANO I.1 ENERGIA E MOVIMENTOS 1.1 Energia mecânica e energia interna A energia potencial é uma energia armazenada no corpo pronta a manifestar-se. E c Um corpo ou um conjunto de corpos que são alvo de estudo é designado por sistema físico. Todo o resto do universo que interage com o sistema é designado por vizinhança. Num sistema, as diferentes manifestações de energia resultam apenas de duas formas fundamentais de energia: energia cinética e energia potencial. A energia cinética está associada ao movimento dos corpos, nomeadamente de translação, rotação e vibração. A energia potencial está associada às interações entre os corpos de um sistema, nomeadamente gravítica, elétrica, elástica e magnética. ENERGIA CINÉTICA E ENERGIA POTENCIAL GRAVÍTICA Declive = valor de 1 /2 m Fig. 1 Gráfico E c = f (v 2 ). v 2 E c energia cinética 1J2 m - massa 1kg2 v - módulo da velocidade 1m s - 1 2 A energia cinética, E c, está associada ao movimento de um corpo e o seu valor é tanto maior quanto maior for a massa, m, e a velocidade do corpo, v. A energia cinética exprime-se por: E c = 1 2 m v2 m 2 m 3 m v» 2v» E p v» v» v» 3v» Declive = valor de m g Fig. 3 Gráfico E p = f(h). E p - energia potencial gravítica 1J2 m - massa 1kg2 g - módulo da aceleração gravítica 1m s - 2 2 h - altura em relação ao nível de referência 1m2 A posição de referência é habitualmente considerada o ponto mais baixo da trajetória. h A massa duplica, a energia cinética duplica. A massa triplica, a energia cinética triplica. A velocidade duplica, a energia cinética é quatro vezes maior. A velocidade triplica, a energia cinética é nove vezes maior. Fig. 2 Relação da massa e da velocidade de um corpo com a sua energia cinética. A energia potencial gravítica, E p, deve-se à interação gravítica entre os corpos de um sistema e depende da sua posição. A energia potencial gravítica depende da massa do corpo, m, da aceleração gravítica, g, e da altura do corpo, h, relativamente à posição de referência e essa relação é dada por: E p = m g h A soma da energia cinética com a energia potencial de um sistema designa-se energia mecânica, E m : E m = E c + E p

ENERGIA E SUA CONSERVAÇÃO 91 Contudo, a energia total, E total, de um sistema não é devida apenas à energia mecânica, mas também à energia associada às partículas que o constituem: a energia cinética interna, E c interna, e a energia potencial interna, E p interna. A energia cinética interna está associada ao grau de agitação das partículas do sistema e é avaliada macroscopicamente através da temperatura. A energia potencial interna está associada às interações entre as partículas que constituem o sistema. A soma da energia cinética interna com a energia potencial interna de um sistema designa-se energia interna, E interna, do sistema. E total = E mecânica + E interna E total = E c + E p + E c interna + E p interna A energia interna é a energia que um sistema possui a nível microscópico e é tanto maior quanto maior for a sua massa e a sua temperatura. SISTEMA MECÂNICO Um sistema mecânico é um sistema onde as variações de energia interna, relacionadas com os efeitos de aquecimento e/ou deformação, não são consideradas. No movimento de translação de um corpo rígido pode considerar-se que o corpo é um ponto ou partícula com a massa do corpo centro de massa do sistema. No modelo do centro de massa: o sistema deve ser um corpo rígido, indeformável e apenas apresentar movimento de translação; a massa do sistema está localizada no centro de massa. 1.2 Trabalho realizado por forças constantes O trabalho é um processo de transferência de energia de ou para um corpo por ação de forças. Para que uma força realize trabalho é necessário que desloque o centro de massa do corpo. Se não houver força, não há trabalho! Mas há situações em que há força e esta não realiza trabalho. O trabalho de uma força constante sobre um corpo é dado por: W F " = F * d * cos q As intensidades da força, F, e do deslocamento, d, são sempre positivas, pelo que o sinal do valor do trabalho, W, é determinado inteiramente pelo ângulo entre a força e o deslocamento. W positivo F» F» W negativo F» F» Não é possível usar o modelo do centro de massa: se se pretender estudar o movimento de rotação do corpo; se existirem variações de energia interna devido a deformações ou variações de temperatura. Centro de massa (CM) - é um ponto representativo do sistema ao qual se associa a sua massa, considerando-se que todas as forças que atuam no sistema estão nele aplicadas. O trabalho está associado a uma força e, por isso, se diz trabalho de uma força. W F " - trabalho de uma força (J) F - intensidade da força (N) d - módulo do deslocamento do corpo (m) q - ângulo entre a força e o deslocamento d» d» Fig. 4 Força aplicada na direção do deslocamento. Para que a atuação de uma força tenha a máxima eficácia deverá apresentar a mesma direção do deslocamento, isto é, um ângulo de 0 ou 180. Se o ângulo entre a força e o deslocamento for de 0, o trabalho positivo ou potente é máximo e a energia do corpo aumenta. Se o ângulo entre a força e o deslocamento for de 180, o trabalho negativo ou resistente é máximo e a energia do corpo diminui. O valor de q é o menor ângulo entre o vetor força e o vetor deslocamento.

268 QUÍMICA 11.º ANO EXERCÍCIOS PARA RESOLVER 1 Considere a representada pela seguinte equação: 2 H 2 S (g) + 3 O 2 (g) " 2 SO 2 (g) + 2 H 2 O (g) Selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta. O oxigénio atua como agente e o número de oxidação do átomo de enxofre aumenta em. A. oxidante 2 C. redutor 2 B. oxidante 6 D. redutor 6 A. A espécie redutora é o Fe 3 O 4 e o elemento que se oxida é o ferro. B. A espécie oxidante é o CO e o elemento que se reduz é o ferro. C. A espécie oxidante é o Fe 3 O 4 e o elemento que se reduz é o carbono. D. A espécie redutora é o CO e o elemento que se oxida é o carbono. 2 A água pode sofrer decomposição em oxigénio e hidrogénio pela passagem de uma corrente elétrica eletrólise da água de acordo com a seguinte equação química: 2 H 2 O (l) " 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2.1 Que quantidade de matéria de H 2 (g) pode ser produzida pela passagem de 4,8 * 10 21 eletrões? A. 2,00 * 10-3 mol B. 4,00 * 10-3 mol C. 8,00 * 10-3 mol D. 1,60 * 10-2 mol 2.2 Escreva os pares conjugados da de oxidação-redução que ocorre. 4 Uma fita de um determinado metal (que pode ser cobre, chumbo, zinco ou alumínio) foi enrolada em torno de um prego de ferro e ambos foram mergulhados numa solução de água salgada. Solução de água salgada Prego de ferro Fita de um metal Observou-se, após algum tempo, que o prego de ferro foi bastante corroído. Considere a série eletroquímica seguinte: Au Ag Cu Pb Fe Zn Al Poder redutor crescente Com base nas observações efetuadas, conclui-se que o metal da fita deve ser A. Al ou Pb. C. Ag ou Al. B. Cu ou Pb. D. Zn ou Al. 3 O ferro, um dos metais produzidos em maior escala, é extraído de minérios como a magnetite, Fe 3 O 4, e a hematite, Fe 2 O 3. No alto-forno das siderurgias, destes minérios é obtido ferro metálico através de reações de oxidação-redução, como a seguinte: Fe 3 O 4 (s) + 4 CO (g) " 3 Fe (l) + 4 CO 2 (g) 3.1 Qual é o número de oxidação do carbono na molécula de CO 2? A. + 4 C. - 4 B. + 2 D. - 2 3.2 Selecione a alternativa correta, relativamente à de produção de ferro. 5 O alumínio líquido pode ser obtido industrialmente através da eletrólise do respetivo óxido, Al 2 O 3, utilizando a grafite, C (s), como um dos elétrodos. A pode ser traduzida através da seguinte equação química: 2 Al 2 O 3 (fundido) + 3 C (s) " 4 Al (l) + 3 CO 2 (g) 5.1 Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

REAÇÕES EM SISTEMAS AQUOSOS 269 6 Cobre O átomo de alumínio, ao três eletrões,, sendo o alumínio a espécie. A. ceder reduz-se oxidante B. ceder oxida-se redutora C. ganhar reduz-se oxidante D. ganhar oxida-se redutora 5.2 Relativamente a esta equação química, selecione a opção correta. A variação do número de oxidação do alumínio, Al, e do carbono, C, é respetivamente, A. - 6 e + 2 C. - 3 e - 2 B. - 3 e + 4 D. - 6 e + 4 5.3 Calcule a massa de alumínio, Al (l) (M = 26,98 g mol - 1 ), obtido por eletrólise, quando são libertados 200 dm 3 de CO 2 (g), medido em condições de pressão e temperatura normais. Apresente todas as etapas de resolução. Um parafuso de níquel prende uma porca de cobre. Esse sistema foi colocado num recipiente que contém uma solução diluída de ácido clorídrico (HCl), conforme a figura. Solução de HCl Níquel Solução Ni 2 + H + Cu 2 + Cl - Cor da solução Verde Incolor Azul Incolor Nesse recipiente ocorre uma de oxidação- -redução. Os elementos abaixo indicados estão dispostos por ordem crescente de poder redutor: Cl " Cu " H " Ni 6.1 Escreva a equação acertada da global que ocorre no recipiente. 6.2 Refira duas evidências experimentais que indicam a ocorrência da química no processo descrito. 7 8 9 Considere a traduzida pela equação: 2 MnO - 4 (aq) + 6 H + (aq) + 5 H 2 O 2 (aq) " " 2 Mn 2 + (aq) + 5 O 2 (g) + 8 H 2 O (l) 7.1 Verifique, justificando, se se trata de uma de oxidação-redução. 7.2 Indique o agente oxidante e o agente redutor. 7.3 Quais são os pares conjugados de oxidação- -redução? Qual é o mais forte? Um metal M reage com o ião níquel, Ni 2+ (aq) de uma solução aquosa de sulfato de níquel (II) mas não reage com o ião manganês, Mn 2+ (aq) de uma solução aquosa de sulfato de manganês. Qual das seguintes opções representa, por ordem crescente, o poder oxidante dos três metais? A. Ni, M, Mn C. Mn, Ni, M B. Mn, M, Ni D. M, Ni, Mn Numa atividade laboratorial, um grupo de alunos pretendia organizar uma série eletroquímica a partir de reações entre metais e solução aquosas de sais contendo catiões de outros metais. Para tal, colocaram em contacto placas de ferro (Fe), cobre (Cu), zinco (Zn), chumbo (Pb) e magnésio (Mg) previamente lixadas, com as soluções aquosas de sais contendo os catiões dos restantes metais. Utilizaram-se soluções de nitratos dos metais referidos, de concentração 0,1 mol dm - 3. Os alunos organizaram os resultados obtidos na tabela seguinte. Metal Ião metálico Zn 2+ Fe 2+ Pb 2+ Cu 2+ Mg 2+ Zn Fe Pb Cu Mg