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20 pontos 46
10 pontos 47
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20 pontos AECVEXFQ10/11-04 49
10 pontos 50
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20 pontos TOTAL Prova Escrita de Física e Química A, 2008 200 pontos 11.º/12.º Anos de Escolaridade, 1.ª Fase in www.gave.min-edu.pt 53
Proposta de resolução 2008 1.ª Fase 1. 1.1. A espécie redutora numa reacção de oxidação-redução corresponde à espécie que se oxida, neste caso, o ferro. Como se pode ler no 2.º parágrafo do texto, o ferro perde dois electrões, passando de Fe a Fe 2+. 1.2. (A). O dióxido de carbono reage com a água de acordo com a seguinte reacção: CO 2 (aq) + H 2 O (l) Æ H 2 CO 3 (aq) O ácido que se forma, ácido carbónico, é um ácido fraco, pelo que o ph da água da chuva é de, aproximadamente, 5,6. Os ácidos sulfúrico ou nítrico (alíneas (C) e (D)) formam-se a partir de óxidos de enxofre e azoto, pelo que não faz sentido referir a sua formação. 1.3. (C). Atendendo à definição de ph, ph = log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 10 ph [H 3 O + ] = 10 5,6 mol dm 3 Como a concentração em iões H 3 O + é 100 vezes maior [H 3 O + ] = 10 5,6 * 100 [H 3 O + ] = 10 3,6 mol dm 3 ph = 3,6 1.4. O depósito que se formou contém cobre, mas contém igualmente oxigénio, hidrogénio e carbono (ver fórmula química do depósito). Cálculo da quantidade molar de depósito n depósito = m depósito M 12,7 g n depósito = 221,13 g mol -1 n depósito = 0,05743 mol Atendendo à estequiometria do depósito, a quantidade molar de cobre será o dobro da quantidade de depósito n Cu = 0,115 mol. Cálculo da massa de cobre no depósito m Cu = n Cu * M m Cu = 0,115 mol * 63,55 g mol -1 m Cu = 7,31 g Cálculo da percentagem mássica % (m/m) = m Cu m tacho * 100% % (m/m) = 7,31 360 * 100% % (m/m) = 2,03% Resposta: 2,03% da massa de cobre sofreu corrosão. 2. 2.1. (A). Falsa. Atendendo ao preenchimento electrónico do átomo de enxofre, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4, os electrões de valência pertencem à terceira camada; como tal, o conjunto de números quânticos de um electrão de valência terá de começar por 3. Em alternativa, uma vez que o enxofre e o oxigénio estão em períodos distintos da tabela periódica, os electrões de valência dos dois elementos no estado fundamental não podem ter o mesmo número quântico principal. (B) Verdadeira. No caso do enxofre, são ocupadas 4 orbitais de valência (3s 3p x p y p z ), as mesmas que no caso do oxigénio (2s 2p x p y p z ). Paralelamente, observa- -se que ambos os elementos pertencem ao mesmo grupo da tabela periódica e, como tal, têm um preenchimento semelhante da camada de valência. (C) Falsa. Dado que os electrões de valência preenchem orbitais tipo s e p, o número quântico secundário é 0 e 1, respectivamente. (D) Falsa. Como pertencem ao mesmo grupo, o número de electrões de valência é também o mesmo. 2.2. 2.2.1. (C). Se dois gases em condições ideais têm igual volume, então, independentemente do tipo de gás, terão o mesmo número de moles. Para um número de moles semelhante, a massa de SO 2 é superior à massa de O 2, já que o primeiro tem maior massa molar. Assim, os dois gases têm igual volume e número de moléculas, mas a massa e a densidade é superior no caso do SO 2. 2.2.2. Cálculo do número de moles de gás na amostra n = V SO 2 V m n = 50 * 10-3 dm 3 22,4 dm 3 mol -1 n = 2,23 * 10-3 mol Cálculo do número de moléculas N = n * N A N = 2,23 * 10-3 mol * 6,02 * 10 23 moléculas mol -1 N = 1,34 * 10 21 moléculas Resposta: Em condições PTN, existem 1,34 * 10 21 moléculas numa amostra de 50,0 cm 3 de SO 2 (g). 2.3. 2.3.1. (D). Cálculo de Q c 3SO Q c = 3 4 2 3SO 2 4 2 * 3O 2 4 Como o volume é 1 dm 3, a concentração é igual ao número de moles. Substituindo os valores, obtém-se 2,6 2 Q c = 0,8 2 * 0,8 = 13,2 75
Proposta de resolução Como este valor é inferior ao K c, o sistema químico vai reagir no sentido directo de forma a aumentar o valor de Q c, até que este iguale o primeiro. 2.3.2. A leitura do gráfico permite-nos concluir que o aumento da temperatura não favorece a formação do trióxido de enxofre, isto é, um aumento de temperatura favorece a reacção inversa. Com base nesta informação e de acordo com o Princípio de Le Châtelier (numa reacção endotérmica, o aumento de temperatura do meio favorece a reacção no sentido directo, aumentando a constante de equilíbrio), conclui-se que se trata de uma reacção exotérmica no sentido directo. 3. 3.1. 3.1.1. (A). Aplicando a expressão de energia potencial gravítica a ambas as posições (1) 5 E pa = mgh E pb = mg h (2) 3 Substituindo a expressão (1) em (2), vem E pb = E pa 3 3.1.2. (D). De acordo com o texto, não são consideráveis a resistência do ar ou quaisquer atritos durante toda a queda. Logo, a única força que actua no elevador entre as posições A e B é o peso, que é uma força conservativa. Por este motivo, será de esperar que a energia mecânica se mantenha constante. 3.1.3. (D). O trabalho do peso é positivo já que se trata de uma queda e, como tal, os vectores peso e deslocamento apontam no mesmo sentido. A variação da energia potencial gravítica é negativa, porque se trata de uma queda. Assim, o trabalho do peso e a variação da energia potencial são simétricos, W p = DE p. 3.1.4. É importante notar que os valores da velocidade e da aceleração no ponto B são v B = 30,3 ms 1 e a B = 20 ms 2. Cálculo do tempo de travagem do elevador (velocidade final zero) v = v 0 + at 0 = 30,3 + 20t t = 1,52 s Cálculo da altura de queda (ponto B: y 0 = h e y = 0 m s 1 ) y = y 0 + v 0 t + 1 2 at2 0 = h - 30,3 * 1,52 + 1 * 20 * 1,522 2 h = 22,95 m Resposta: O ponto B encontra-se à distância de 22,95 m do solo. 3.2. (A) Falsa. A aceleração corresponde à variação da velocidade. Como se pode ver no gráfico, a velocidade aumenta muito rapidamente no início e muito lentamente na parte final do intervalo; logo, a aceleração não é constante. (B) Verdadeira. Dado que a velocidade se mantém constante, a aceleração é nula, bem como a força resultante sobre o corpo. (C) Falsa. O valor não é constante ao longo de todo o intervalo e não é necessariamente igual à aceleração da gravidade. (D) Verdadeira. A resistência do ar depende da velocidade. No início da queda, o pára-quedista está parado, pelo que a força de resistência do ar é nula. À medida que o salto decorre, o pára-quedista ganha velocidade e a força de resistência do ar aumenta. Este processo só pára quando se atinge o equilíbrio de forças entre a resistência e o peso. (Observe o gráfico.) (E) Verdadeira. A abertura do pára-quedas em t 2 provoca um aumento instantâneo da força de resistência do ar. Assim, a intensidade desta supera a do peso. Como a força de resistência do ar tem sentido para cima e o peso sentido para baixo, a força resultante tem sentido para cima e, portanto, oposto ao do movimento. (Observe o gráfico.) (F) Verdadeira. Como a energia cinética depende apenas da massa e da velocidade, e ambas as variáveis permanecem constantes, a energia cinética também permanece constante. (G) Falsa. A força de resistência do ar é uma força não conservativa que diminui a energia mecânica do sistema. (H) Falsa. Neste intervalo, tal como no intervalo [t 1, t 2 ], o pára-quedista cai a uma velocidade constante. No intervalo [t 3, t 4 ], a velocidade é inferior à que se regista no intervalo [t 1, t 2 ], devido à grande resistência que o pára-quedas oferece. 4. 4.1. (A) Verdadeira. Os painéis fotovoltaicos aproveitam a luz solar para produzir electricidade com base no fenómeno do efeito fotoeléctrico. 4.2. A garrafa pintada com tinta preta sofre maior variação térmica porque a tinta preta absorve de forma mais eficiente a radiação solar, ao contrário da branca que tende a reflectir a radiação solar. 76
Proposta de resolução 4.3. 4.3.1. A fibra óptica é constituída por um núcleo cujo material é muito transparente, isto é, que tem pouca capacidade de absorver a radiação. Desta forma, o sinal propaga-se sem atenuação significativa ao longo de grandes distâncias. Na interface revestimento/núcleo, o fenómeno da refracção é muito limitado, podendo considerar-se que a reflexão é total. Para que isto se observe, é necessário que o índice de refracção do núcleo seja superior ao do revestimento e que o ângulo de incidência da radiação, na superfície de separação núcleo-revestimento, seja superior ao ângulo crítico. 4.3.2. (D). Os ângulos apresentados na figura são relativos à horizontal, enquanto que os ângulos pretendidos são relativos à vertical. O ângulo de incidência, medido na vertical, é de 60º, e o ângulo de refracção, medido na vertical, é de 35º. Cálculo da densidade r = m v r = 21,41 g 2,744 cm 3 r = 7,80 g cm -3 Resposta: O valor mais próximo corresponde ao ferro com densidade de 7,87 g cm 3. 6.3. (B). A massa foi determinada directamente com recurso a uma balança, enquanto que o volume foi determinado com base numa medição do comprimento da aresta e no pressuposto de que o objecto tinha a forma de um cubo. Foi, portanto, uma determinação indirecta. 5. 5.1. (C). A capacidade térmica mássica mede a quantidade de calor que é necessário fornecer a um material para aumentar a sua temperatura. Assim, um material com elevada capacidade térmica mássica tem necessidade de absorver mais calor para aumentar a sua temperatura do que outro material de menor valor. Para a situação descrita, será preferível um recipiente de baixa capacidade térmica mássica. No que respeita à condutividade térmica, esta define a facilidade com que o material transporta o calor no seu interior; logo, o material a escolher deverá ter uma elevada condutividade térmica, para facilitar o fluxo de calor desde a superfície exterior até à superfície interior. 5.2. Considerando o gráfico, observa-se que a cada 2 minutos a temperatura aumenta 10 ºC. A energia fornecida nesse intervalo de tempo corresponde a 2 * 2,50 * 10 3 J. Cálculo da capacidade térmica mássica Q = mcdt c = Q mdt c = 2 * 2,50 * 103 J 1,30 kg * 10 ºC c = 384,6 J kg 1 ºC 1 = 3,85 * 10 2 J kg -1 ºC -1 Resposta: A capacidade térmica mássica do material constituinte desse bloco é de 3,85 * 10 2 J kg 1 ºC 1. 6. 6.1. (C). Cálculo da média m = 21,43 + 21,39 + 21,41 3 6.2. Cálculo do volume V = 3 V = 1,4 3 V = 2,744 cm 3 = 21,41 g 77