EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO 11.º ou 1.º Ano de Escolaridade (Decreo-Lei n.º 74/4, de 6 de Março) PROVA 715/16 Págs. Duração da proa: 1 minuos 7.ª FASE PROVA ESCRITA DE FÍSICA E QUÍMICA A VERSÃO 1 Na sua folha de resposas, indique claramene a ersão da proa. A ausência dessa indicação implica a anulação de odos os iens de escolha múlipla e de erdadeiro/falso. 715.V1/1
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 proa enconram-se na página 16. A proa 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 alernaia 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 ilegíeis. Em caso de engano, ese dee ser riscado e corrigido, à frene, de modo bem legíel. Nos iens em que seja soliciada a escria de um exo, a classificação das resposas conempla aspecos relaios aos coneúdos, à organização lógico-emáica e à erminologia cienífica. Nos iens em que seja soliciado o cálculo de uma grandeza, deerá apresenar odas as eapas de resolução, ou seja, odos os raciocínios que ier efecuado. Os dados imprescindíeis 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/
CONSTANTES Velocidade de propagação da luz no ácuo c = 3, 1 8 m s 1 Módulo da aceleração graíica de um corpo juno à superfície da Terra Massa da Terra g = 1 m s M T = 5,98 1 4 kg Consane da Graiação Uniersal G = 6,67 1 11 N m kg Consane de Aogadro N A = 6, 1 3 mol 1 Consane de Sefan-Bolzmann σ = 5,67 1 8 W m K 4 Produo iónico da água (a 5 C) K w = 1, 1 14 Volume molar de um gás (PTN) V m =,4 dm 3 mol 1 FORMULÁRIO Concenração de solução... c = n quanidade de subsância (soluo) V olume de solução Quanidade de subsância... n = M massa molar m massa Massa olúmica... ρ = m massa V olume Número de parículas... n quanidade de subsância N A consane de Aogadro N = n N A Volume molar de um gás... V m = V olume 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 Conersão da emperaura (de grau Celsius para kelin)... T / K = θ / ºC + 73,15 5 (de grau Fahrenhei para grau Celsius)... θ / ºC = 9 (θ / ºF 3) 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 remoer um elecrão do meal E cin energia cinéica do elecrão remoido E inc = W + E cin 715.V1/3
Energia elécrica fornecida por um gerador durane o ineralo 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 moimeno ondulaório módulo da elocidade de propagação da onda E = I U Lei de Sefan-Bolzmann... P = e σ AT 4 P poência oal irradiada por um corpo e emissiidade 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 ariação 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 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 ineralo de empo E cin ariação da energia cinéica do corpo no mesmo ineralo 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 graíica exercida pela massa ponual m 1 (m ) na massa ponual m (m 1 )... G consane da graiação uniersal d disância enre as duas massas.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 F g = G d F = ma F = qe = E cin Fluxo magnéico que araessa 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
Força elecromoriz induzida numa espira meálica araessada por um fluxo magnéico Φ m... ε i = Φ m sin i Lei de Snell para a refracção... = n 1 sin r i ângulo de incidência r ângulo de refracção n 1 razão dos índices de refracção, respeciamene, do meio em que se dá a refracção e do meio em que se dá a incidência Equações do moimeno unidimensional com aceleração consane = + a x = x + + 1 _ a = + a (x x ) x = x + 1 _ ( + ) x posição; elocidade; a aceleração; empo 715.V1/5
TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS 55 Cs 13,91 56 Ba 137,33 57-71 Lananídeos 7 Hf 178,49 73 Ta 18,95 74 W 183,84 75 Re 186,1 76 Os 19,3 77 Ir 19, 78 P 195,8 79 Au 196,97 8 Hg,59 81 T 4,38 8 Pb 7,1 83 Bi 8,98 84 Po [8,98] 85 A [9,99] 86 Rn [,] 37 Rb 85,47 38 Sr 87,6 39 Y 88,91 4 Zr 91, 41 Nb 9,91 4 Mo 95,94 43 Tc 97,91 44 Ru 11,7 45 Rh 1,91 46 Pd 16,4 47 Ag 17,87 48 Cd 11,41 49 In 114,8 5 Sn 118,71 51 Sb 11,76 5 Te 17,6 53 I 16,9 54 Xe 131,9 19 K 39,1 Ca 4,8 1 Sc 44,96 Ti 47,87 3 V 5,94 4 Cr 5, 5 Mn 54,94 6 Fe 55,85 7 Co 58,93 8 Ni 58,69 9 Cu 63,55 3 Zn 65,41 31 Ga 69,7 3 Ge 7,64 33 As 74,9 34 Se 78,96 35 Br 79,9 36 Kr 83,8 11 Na,99 1 Mg 4,31 13 A 6,98 14 Si 8,9 15 P 3,97 16 S 3,7 17 C 35,45 18 Ar 39,95 3 Li 6,94 4 Be 9,1 5 B 1,81 6 C 1,1 7 N 14,1 8 O 16, 9 F 19, 1 Ne,18 1 H 1,1 He 4, 9 Th 3,4 91 Pa 31,4 9 U 38,3 93 Np [37] 94 Pu [44] 95 Am [43] 96 Cm [47] 97 Bk [47] 98 Cf [51] 99 Es [5] 1 Fm [57] 11 Md [58] 1 No [59] 13 Lr [6] 58 Ce 14,1 59 Pr 14,91 6 Nd 144,4 61 Pm [145] 6 Sm 15,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,5 65 Tb 158,9 66 Dy 16,5 67 Ho 164,93 68 Er 167,6 69 Tm 168,93 7 Yb 173,4 71 Lu 174,98 87 Fr [3] 88 Ra [6] 89-13 Acinídeos 15 Db [6] 14 Rf [61] 17 Bh [64] 18 Hs [77] 19 M [68] Número aómico Elemeno Massa aómica relaia 11 Ds [71] 111 Rg [7] 89 Ac [7] 57 La 138,91 16 Sg [66] 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 18 715.V1/6
1. Leia aenamene o seguine exo. Aé hoje, a ciilização indusrial em iido quase exclusiamene da exploração inensia de energias acumuladas ao longo das épocas geológicas. Mais de 85% da energia consumida hoje é obida araés do carão, peróleo e gás naural, enre ouros. A elocidade de reposição desas energias é praicamene nula à escala da ida humana. Por isso, o fuuro depende da uilização que o Homem saiba fazer das energias renoáeis como, por exemplo, as energias solar, eólica e hidroelécrica. Acualmene, consomem-se cerca de 3 mil milhões de kwh de elecricidade por dia. A maner-se o rimo acual de consumo de combusíeis fósseis, eses recursos esgoar-se-ão rapidamene. O consumo dos recursos não renoáeis em assim, ineiaelmene, de diminuir, não apenas para afasar o especro de uma crise energéica grae que a humanidade enfrena, mas ambém porque a sua uilização em efeios alamene prejudiciais sobre o meio ambiene. Eses efeios esão relacionados, sobreudo, com as emissões de gases com efeio de esufa, como o dióxido de carbono, cujas concenrações na amosfera êm aumenado, nos úlimos anos, de forma exponencial. O aumeno de concenração deses gases em poenciado o reforço do efeio de esufa naural, causando alerações climáicas globais. 1.1. Indique, com base no exo, duas razões jusificaias da necessidade de um maior recurso às energias renoáeis. 1.. Uma das ariáeis imporanes do problema do aquecimeno global é a concenração de dióxido de carbono na amosfera. Seleccione a opção que coném os ermos que deem subsiuir as leras (a) e (b), respeciamene, de modo a ornar erdadeira a afirmação seguine. O dióxido de carbono, CO, é um gás com efeio de esufa, porque (a) facilmene as radiações infraermelhas emiidas pela Terra, conribuindo para (b) a emperaura global média na superfície da Terra. (A)... absore... diminuir... (B)... absore... aumenar... (C)... ransmie... aumenar... (D)... ransmie... maner... 715.V1/7
. O gás naural é o combusíel fóssil de maior coneúdo energéico. É consiuído, essencialmene, por meano, CH 4, um hidrocarboneo muio oláil, inflamáel e inodoro..1. Quando o meano arde no ar, os únicos produos dessa reacção são dióxido de carbono, CO, e água, H O, sendo a reacção de combusão raduzida pela seguine equação química: CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O(g) Numa reacção, ocorrendo em condições normais de pressão e emperaura (PTN), gasou-se 4, g de meano (M = 16, g mol 1 ) e obee-se um olume de 78,4 dm 3 de apor de água. Deermine o rendimeno da reacção de combusão. Apresene odas as eapas de resolução... Um composo deriado do meano, mas com caracerísicas bem diferenes, é o dicloromeano, CH Cl, que é um solene orgânico oláil, não inflamáel e de cheiro agradáel...1. O dicloromeano é um composo cuja unidade esruural é consiuída por áomos de carbono, de cloro e de hidrogénio. Seleccione a afirmação CORRECTA. (A) A configuração elecrónica do áomo de carbono, no esado de energia mínima, é 1s s 3s. (B) Os elecrões do áomo de cloro, no esado de energia mínima, esão disribuídos por rês orbiais. (C) A configuração elecrónica 1s s p 1 3s 1 pode corresponder ao áomo de carbono. (D) O conjuno de números quânicos (3,, 1, 1 ) pode caracerizar um dos elecrões mais energéicos do áomo de cloro, no esado de energia mínima.... O esquema da figura 1 represena um diagrama de níeis de energia no qual esão indicadas algumas ransições elecrónicas possíeis no áomo de hidrogénio. E Z T n = 4 n = 3 n = X Y n = 1 Fig. 1 715.V1/8
Seleccione a afirmação correca, relaiamene às ransições assinaladas no diagrama com as leras X, Y, Z e T. (A) A ransição Z corresponde a uma risca, na região do infraermelho, do especro de absorção do hidrogénio. (B) A ransição Y esá associada à emissão da radiação menos energéica pelo áomo de hidrogénio. (C) A ransição X esá associada à absorção de radiação ulraiolea pelo áomo de hidrogénio. (D) A ransição T corresponde à risca azul do especro de emissão do hidrogénio...3. Considere que o alor de energia do elecrão no áomo de hidrogénio, no esado fundamenal, é igual a,18 1 18 J. Seleccione a alernaia que complea correcamene a frase seguine. Se, sobre um áomo de hidrogénio no esado fundamenal, incidir radiação cujos foões êm energia igual a,18 1 18 J (A)... o elecrão não é remoido do áomo e permanece no mesmo níel energéico. (B)... o elecrão é remoido do áomo e fica com um alor nulo de energia cinéica. (C)... o elecrão é remoido do áomo e fica com um alor não nulo de energia cinéica. (D)... o elecrão não é remoido do áomo e ransia para um níel energéico superior...4. A abela seguine apresena os alores da primeira energia de ionização dos elemenos flúor, cloro, bromo e iodo. 1 Elemeno 1 Energia de ionização / kj mol 1 Flúor (F) 168 Cloro (Cl) 16 Bromo (Br) 114 Iodo (I) 11 Inerpree a ariação enconrada nos alores da primeira energia de ionização dos diferenes halogéneos considerados, aendendo aos alores da abela. 715.V1/9
3. Num parque de diersões, um carrinho de massa igual a 5, kg percorre o rajeco represenado na figura, parindo do pono A sem elocidade inicial e parando no pono D. O módulo da aceleração do carrinho no percurso enre os ponos C e D é igual a 3, ms, e a disância enre aqueles ponos é de 1, m. Considere desprezáel o ario no percurso enre os ponos A e C. A h h B C D Fig. 3.1. Seleccione a alernaia que complea correcamene a frase seguine. No rajeco percorrido pelo carrinho enre os ponos A e C, o rabalho realizado pelo peso do carrinho (A) é igual à ariação da sua energia poencial graíica. (B) é simérico da ariação da sua energia cinéica. (C) é igual à ariação da sua energia mecânica. (D) é simérico da ariação da sua energia poencial graíica. 3.. Seleccione a alernaia que permie calcular correcamene o módulo da elocidade do carrinho no pono B da rajecória descria. (A) (B) (C) g (D) gh gh gh h 3.3. Calcule a ariação da energia mecânica do carrinho durane o percurso enre os ponos C e D. Apresene odas as eapas de resolução. 715.V1/1
4. Um saélie descree periodicamene uma órbia circular em orno da Terra, esando sujeio apenas à força graíica exercida pela Terra. 4.1. Seleccione o diagrama que represena correcamene a força, F, exercida pela Terra (T) sobre o saélie (S) e a elocidade,, do saélie, durane o seu moimeno em orno da Terra. F F S S T F S T T T (A) (B) (C) F S (D) 4.. Seleccione a alernaia que apresena os gráficos que raduzem correcamene a ariação dos módulos da elocidade,, do saélie e da força, F, que acua sobre ese, em função do empo,, durane o moimeno do saélie em orno da Terra. (A) (B) (C) (D) F F F F 4.3. Um saélie arificial descree, com elocidade de módulo,, uma órbia circular de raio, r, igual a 8,4 1 6 m, em orno da Terra. Calcule o módulo da elocidade orbial do saélie, considerando que o módulo da aceleração cenrípea do saélie é a c = r. Apresene odas as eapas de resolução. 715.V1/11
5. O diapasão (figura 3) é um pequeno insrumeno meálico muio uilizado na afinação de insrumenos musicais, uma ez que emie um som puro, com uma frequência bem definida, a que corresponde uma deerminada noa musical. O sinal sonoro produzido pelo diapasão propaga-se araés de um deerminado meio, fazendo ibrar as parículas consiuines desse meio em orno das suas posições de equilíbrio, gerando uma onda sonora. Fig. 3 5.1. A figura 4 refere-se a uma onda sinusoidal e raduz a periodicidade emporal do moimeno ibraório de uma parícula do ar, em consequência do sinal sonoro emiido pelo diapasão. y/nm 1 1, 1 3, 1 3 3, 1 3 4, 1 3 5, 1 3 6, 1 3 / s 1 Fig. 4 Considere que a elocidade de propagação dese sinal no ar em módulo igual a 34 ms 1. Relaiamene à siuação descria, classifique como erdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguines. (A) A disância enre duas parículas do ar que se enconram no mesmo esado de ibração é de 1 nm. (B) O período de ibração de uma parícula do ar é de 1, 1 3 s. (C) No ar, a onda sonora em um comprimeno de onda de,68 m. (D) Uma parícula do ar afasa-se, no máximo, 1 nm em relação à sua posição de equilíbrio. (E) O produo do comprimeno de onda pela frequência de ibração é consane e igual a 34 m s 1. (F) A elocidade de propagação do sinal aumena se a ampliude da ibração diminuir. (G) A frequência de ibração de uma parícula do ar é de 45 Hz. (H) No ar, o sinal emiido percorre 17 m em 5, s. 715.V1/1
5.. Explique, num exo, como se pode conerer o sinal sonoro emiido pelo diapasão num sinal elécrico, uilizando um microfone de indução. 5.3. A ransmissão a longas disâncias de um sinal elécrico resulane da conersão de um sinal sonoro é quase impossíel, uma ez que a onda elecromagnéica que corresponde à propagação daquele sinal apresena frequências baixas. Seleccione a alernaia que indica correcamene o processo que permie, na práica, ulrapassar aquele problema. (A) Digialização. (B) Disorção. (C) Modulação. (D) Amplificação. 6. Os aquários são, hoje em dia, uma fone de enreenimeno e de lazer basane diulgada, sendo ambém uilizados na decoração de diersos espaços. 6.1. O ph é uma das propriedades químicas deerminanes da «saúde do aquário», uma ez que cada espécie esá adapada a uma gama relaiamene esreia de alores de ph. Ese faco orna o ajuse do alor de ph nos aquários uma condição indispensáel à sobreiência das espécies que neles habiam. 6.1.1. Admia que dois amigos compraram um aquário com capacidade de 45 L e que o encheram com água de ph igual a 6,8. Sabem, no enano, que o ineralo de alores de ph ópimo para a ida dos peixes que irão habiar esse aquário é de 6, 6,4. Assim, para fazer o ajuse de ph, adicionam à água do aquário 1,4 cm 3 de solução aquosa de ácido clorídrico, HCl, de concenração 1, 1 mol dm 3. Considere desprezáeis a ariação de olume decorrene da adição da solução de HCl e eenuais equilíbrios exisenes em solução. Verifique que o ajuse de ph foi efeciamene conseguido. Apresene odas as eapas de resolução. 6.1.. Jusifique a seguine afirmação. Se iessem adicionado o mesmo olume de uma solução, com a mesma concenração, de cloreo de sódio, NaCl, não eria haido qualquer aleração no alor de ph da água do aquário. 715.V1/13
6.. A dureza da água é ouro parâmero imporane na regulação das condições de funcionameno de um aquário. Considere que a água do aquário apresena uma dureza de mg / L em Ca + (M = 4, g mol 1 ). Seleccione a alernaia que apresena a forma de calcular correcamene a concenração de ião CO 3 que erá de exisir na água do aquário para proocar a precipiação de carbonao de cálcio, CaCO 3 (K s = 4,5 1 9 ). 9 (A) [CO 4,5 1 3 ] = mol dm 3 3 1 4, 9 (B) [CO 4,5 1 3 ] = mol dm 3 4, 3 1 4, 9 (C) [CO 4,5 1 3 ] = mol dm 3 3 1 (D) [CO 3 1 3 ] = mol dm 3 9 4,5 1 4, 6.3. Seleccione a alernaia correca, considerando que o ião HCO 3 é uma espécie anfoérica, segundo a eoria de Brönsed-Lowry. (A) O ião HCO 3 é o ácido conjugado da espécie H CO 3. (B) O ião HCO 3 é o ácido conjugado do ião CO 3. (C) A espécie H CO 3 é a base conjugada do ião HCO 3. (D) O ião HCO 3 é a base conjugada do ião CO 3. 715.V1/14
6.4. Quando se quer elear a emperaura da água de um aquário para garanir a melhor sobreiência de algumas espécies, podem uilizar-se espiras meálicas como resisências elécricas de aquecimeno. Para escolher o meal mais adequado a uma desas espiras, fez-se reagir uma solução aquosa de ácido clorídrico, HCl, com rês diferenes meais: cobre (Cu), zinco (Zn) e magnésio (Mg). Os resulados obidos experimenalmene são apresenados na abela seguine. Cu Zn Mg Não reage. Reage. Reage iolenamene. HCl(aq) Libera-se um gás e o meal fica corroído. Libera-se um gás e o meal reage compleamene. Seleccione a alernaia que apresena, por ordem decrescene, a sequência correca do poder reduor daqueles meais. (A) Mg > Zn > Cu (B) Zn > Mg > Cu (C) Mg > Cu > Zn (D) Cu > Zn > Mg FIM 715.V1/15