Agrupamento de Escolas Anselmo de Andrade Ficha de Preparação para o Intermédio Ciências Físico - Químicas 11.º Ano Ano Lectivo 09/10 1. Leia atentamente o seguinte texto. Imediatamente após o Big-Bang, há cerca de 15 mil milhões de anos, o Universo era constituído por partículas subatómicas, como neutrões, protões e electrões, e por radiação electromagnética, numa permanente interconversão de partículas e energia. Iniciada a expansão e o consequente arrefecimento do Universo, a partir de certo momento (t 3 min), houve condições para a ocorrência de reacções nucleares que originaram os primeiros núcleos. Decorridos cerca de 300 000 anos, formaram-se os primeiros átomos estáveis, como os de hidrogénio e os de hélio. Aproximadamente dois milhões de anos depois, formaram-se as estrelas, nas quais as reacções nucleares originaram elementos mais pesados, como oxigénio, carbono, azoto e ferro. 1.1. Seleccione, com base no texto, a opção que completa correctamente a frase seguinte. A formação de núcleos atómicos no Universo não foi simultânea com o aparecimento de partículas subatómicas, porque... (A)... a energia era insuficiente para permitir que neutrões e protões formassem núcleos atómicos. (B)... a energia era tão elevada que, mesmo que se formassem núcleos atómicos, eram imediatamente destruídos. (C)... o aparecimento de núcleos atómicos dependia das dimensões do Universo e, consequentemente, da sua contracção. (D)... o aparecimento de núcleos atómicos dependia apenas da quantidade existente de partículas subatómicas. 1.2. Seleccione, de entre as seguintes reacções nucleares, a que corresponde a uma reacção nuclear de fusão. 1.3. De acordo com o texto, o hidrogénio terá sido o primeiro átomo estável a formar-se. Relativamente ao átomo de hidrogénio, seleccione a alternativa correcta. (A) O átomo encontra-se no estado de energia máxima quando o electrão está no nível de energia n = 1. (B) Quando o átomo passa de um estado excitado para o estado fundamental, emite radiação ultravioleta. (C) O espectro de emissão do átomo é descontínuo, mas o seu espectro de absorção é contínuo. (D) Quando o electrão transita entre quaisquer dois níveis, o valor da energia emitida pelo átomo é sempre o mesmo. Página 1 de 10
1.4. Relativamente ao lítio, um dos primeiros elementos formados, seleccione a alternativa correcta. (A) O átomo de lítio não pode ter electrões na orbital caracterizada pelo conjunto de números quânticos n = 3, l = 0, ml = 0. (B) Um dos electrões do átomo de lítio, no estado fundamental, pode caracterizar-se pelo conjunto de números quânticos n = 1, l = 0, ml = 0 e ms = ½. (C) Dois dos electrões do átomo de lítio caracterizam-se pelo mesmo conjunto de números quânticos. (D) O electrão mais energético do átomo de lítio, no estado fundamental, ocupa uma orbital com l = 1. 1.5. A configuração electrónica de um átomo de azoto no estado fundamental é 1s 2 2s 2 2px 1 2py 1 2pz 1. Embora em qualquer orbital possam existir dois electrões, cada orbital p encontra-se semipreenchida. Indique o nome da regra aplicada no preenchimento das orbitais 2p. 1.6. Relativamente aos elementos dos grupos 1 e 17 da Tabela Periódica, nos quais se incluem, respectivamente, o lítio e o flúor, seleccione a afirmação correcta. (A) O raio atómico do lítio é superior ao raio atómico do flúor. (B) A energia de ionização do flúor é inferior à energia de ionização do lítio. (C) O elemento metálico do grupo 1 que tem maior raio atómico é o lítio. (D) O elemento do grupo 17 que tem menor energia de ionização é o flúor. 1.7. O efeito fotoeléctrico, interpretado por Einstein, consiste na ejecção de electrões por superfícies metálicas, quando nelas incidem determinadas radiações. Seleccione a opção que completa correctamente a frase seguinte. Quando um fotão de luz amarela de energia 3,4 10 19 J incide sobre uma placa de lítio, ocorre a ejecção de um electrão com energia cinética igual a... (A)... 1,6 10 19 J. (B)... 1,8 10 19 J. (C)... 3,4 10 19 J. (D)... 5,0 10 19 J. Energia mínima de remoção do lítio = 1,6 10 19 J/electrão 1.8. No Universo actual, as distâncias entre os corpos celestes são de tal maneira grandes que houve necessidade de utilizar unidades de medida especiais. A luz que, num dado instante, é emitida pela estrela Alfa de Centauro só é detectada na Terra 4,24 anos depois. Calcule a distância entre a Terra e a estrela Alfa de Centauro, em unidades SI. Apresente todas as etapas de resolução. 2. Leia atentamente o seguinte texto. A actividade humana tem efeitos potencialmente desastrosos nas camadas superiores da atmosfera. Certos produtos químicos libertados no ar, em particular os compostos genericamente denominados CFC, vastamente usados em refrigeração e na indústria electrónica, estão a destruir o ozono na estratosfera. Sem esta camada de ozono estratosférica, a radiação ultravioleta solar atingiria a superfície da Terra com uma intensidade muito elevada, destruindo a maioria das moléculas que constituem o tecido vivo. Página 2 de 10
Em 1985, cientistas descobriram um «buraco» na camada de ozono, sobre a Antárctida, que, de um modo geral, tem vindo a aumentar de ano para ano. Através de acordos internacionais, a utilização dos CFC tem vindo a ser abandonada, sendo estes substituídos por compostos que não destroem o ozono, permitindo que a luz solar produza naturalmente mais ozono estratosférico. No entanto, serão necessárias várias décadas para reparar os danos causados na camada do ozono. Esta situação é um exemplo de que comportamentos que foram adoptados no passado, e que ajudaram a assegurar a sobrevivência dos nossos antepassados, podem não ser os comportamentos mais sensatos no futuro. Adaptado de Freedman, R. A., Kaufmann III, W. J., UNIVERSE, 6th edition, W. H. Freeman and Company, New York 2002 2.1. «Comportamentos que foram adoptados no passado, e que ajudaram a assegurar a sobrevivência dos nossos antepassados, podem não ser os comportamentos mais sensatos no futuro.» Escreva um texto no qual relacione esta frase com o restante conteúdo do texto acima apresentado, referindo-se a: Comportamentos anteriormente adoptados pela indústria e que vieram a revelar-se nocivos; Efeitos nocivos resultantes desses comportamentos; Medidas tomadas para minorar esses efeitos. 2.2. Indique a principal função da camada de ozono. 2.3. A energia de ionização da molécula de oxigénio é 1,9 10 18 J, enquanto a sua energia de dissociação é 8,3 10 19 J. As radiações, que são absorvidas pelas espécies químicas existentes na estratosfera, têm valores de energia entre 6,6 10 19 J e 9,9 10 19 J. Com base nestes dados, indique, justificando, se o processo que ocorre na estratosfera será a dissociação ou a ionização da molécula de oxigénio. 3. Actualmente, a troposfera é constituída por espécies maioritárias, como o azoto, N 2, o oxigénio, O 2, a água, H 2 O, e o dióxido de carbono, CO 2, além de diversas espécies vestigiais, como o hidrogénio, H 2, o metano, CH 4, e o amoníaco, NH 3. 3.1. Considerando as moléculas de N 2 e de O 2, seleccione a alternativa que corresponde à representação correcta de uma dessas moléculas. 3.2. Relativamente à geometria molecular, seleccione a alternativa correcta. (A) A molécula H 2 O tem geometria linear. (B) A molécula NH 3 tem geometria piramidal trigonal. (C) A molécula CH 4 tem geometria quadrangular plana. (D) A molécula CO 2 tem geometria angular. Página 3 de 10
4. Em 1811, Avogadro concluiu que volumes iguais de gases diferentes, medidos nas mesmas condições de pressão e de temperatura, contêm o mesmo número de partículas. A partir deste princípio, tornou-se possível calcular o volume molar, Vm, de um gás e, também, a sua densidade, em quaisquer condições de pressão e temperatura. 4.1. Calcule a densidade do dióxido de carbono (CO 2 ), em condições normais de pressão e temperatura (condições PTN). Apresente todas as etapas de resolução. 4.2. Tendo em conta a conclusão de Avogadro, seleccione a opção que completa correctamente a frase seguinte. Em condições PTN,... (A)... uma mistura de 0,25 mol de O 2 e 0,75 mol de N 2 ocupa 22,4 dm 3. (B)... 1,0 mol de O 2 ocupa um volume menor do que 1,0 mol de CO 2. (C)... a densidade de um gás é tanto maior quanto menor for a sua massa molar. (D)... massas iguais de N 2 e de O 2 ocupam o mesmo volume. 5. As soluções são misturas homogéneas, sendo constituídas por uma única fase. A composição quantitativa de uma solução traduz-se, frequentemente, pela concentração expressa em mol dm 3. Para uma determinada actividade experimental, um grupo de alunos tem de preparar 250 cm 3 de uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH, com a concentração de 2,00 mol dm 3. Calcule a massa de hidróxido de sódio sólido que os alunos devem medir para preparar essa solução. Apresente todas as etapas de resolução. 6. Os principais constituintes do petróleo bruto e do gás natural são compostos orgânicos pertencentes à família dos alcanos, também designados por hidrocarbonetos saturados. Relativamente aos alcanos, classifique cada uma das seguintes afirmações como verdadeira (V) ou falsa (F). (A) Os alcanos têm fórmula geral C n H 2n + 2 (com n = 1,2 3,..., sendo n o número de átomos de carbono). (B) O alcano designado por heptano tem apenas seis átomos de carbono. (C) Os alcanos podem ter ligações carbono-carbono simples e duplas. (D) Um dos átomos de carbono do 2,2-dimetilpropano está ligado a quatro átomos de carbono. (E) Os alcanos são hidrocarbonetos por só conterem átomos de carbono e de hidrogénio. (F) Um alcano com apenas três átomos de carbono pode ser ramificado. (G) O hexano tem mais átomos de carbono do que o 2,3-dimetilbutano. (H) Os CFC podem ser considerados derivados halogenados dos alcanos. Retirado de Teste Intermédio 13.02.2008 7. A Terra possui uma atmosfera que é maioritariamente constituída por uma solução gasosa com vários componentes, como o dióxido de carbono e o vapor de água, que, embora não sendo predominantes, são cruciais para a existência de vida na Terra. No entanto, o aumento exagerado do teor de CO 2 atmosférico, a destruição da camada de ozono e a qualidade da água que circula na atmosfera e cai sobre a superfície terrestre são problemas graves, interligados e resultantes, principalmente, da actividade humana. Página 4 de 10
No âmbito de um projecto sobre chuva ácida, foram medidos, a uma mesma temperatura, os valores de ph de duas amostras de água da chuva: uma amostra da água que pingava das agulhas de um pinheiro e outra, da água que escorria pelo tronco. Os valores obtidos estão indicados na figura 1. Fig. 1 7. Com base na informação dada, seleccione a afirmação CORRECTA. (A) A água da chuva recolhida junto às agulhas do pinheiro é mais ácida do que a água recolhida junto ao tronco. (B) A água da chuva recolhida junto ao tronco do pinheiro tem menor valor de poh do que a água recolhida junto às agulhas. (C) A água da chuva recolhida junto ao tronco do pinheiro tem menor concentração de iões H 3 O + do que a água recolhida junto às agulhas. (D) A água da chuva recolhida junto às agulhas do pinheiro e a água da chuva recolhida junto ao tronco apresentam igual valor de Kw. 8. A queda de um corpo abandonado, próximo da superfície terrestre, foi um dos primeiros movimentos que os sábios da Antiguidade tentaram explicar. Mas só Galileu, já no séc. XVII, estudou experimentalmente o movimento de queda dos graves e o lançamento de projécteis. Observe com atenção a figura, que mostra uma esfera a cair em duas situações: Na situação I, a esfera, inicialmente em repouso, é colocada no ponto A, deslizando sem atrito sobre a calha, até ao ponto B. No ponto B, abandona a calha, descrevendo um arco de parábola até ao ponto C. Na situação II, a esfera é abandonada no ponto E, caindo na vertical da mesma altura, h. Em qualquer das situações, considere o sistema de eixos de referência representado na figura, com origem no solo, desprezando o efeito da resistência do ar. Página 5 de 10
8.1. Considere a situação I representada na figura 3. Determine a altura H, considerando que as distâncias BD e DC são iguais a 20,0 m. Apresente todas as etapas de resolução. 8.2. Considere a situação II representada na figura 3. Seleccione a alternativa que permite calcular o módulo da velocidade com que a esfera atinge o solo. 8.3. Seleccione a alternativa que apresenta os gráficos que traduzem correctamente a variação dos valores da velocidade, v, e da aceleração, a, em função do tempo, t, durante o movimento de queda da esfera. 8.4. Considere os tempos de permanência da esfera no ar, t 1 e t 2, respectivamente nas situações I e II. Seleccione a alternativa que estabelece a relação correcta entre esses tempos. (A) t 1 = 2 t 2 (B) t 1 = t 2 (C) t 1 = 1 2 t 2 (D) t 2 = 10 t 1 Página 6 de 10
9. Nas comunicações a longas distâncias, a informação é transmitida através de radiações electromagnéticas que se propagam, no vazio, à velocidade da luz. 9.1. Um dos suportes mais eficientes na transmissão de informação a longas distâncias é constituído pelas fibras ópticas. 9.1.1. Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte. O princípio de funcionamento das fibras ópticas baseia-se no fenómeno da (A) refracção da luz. (B) reflexão parcial da luz. (C) difracção da luz. (D) reflexão total da luz. 9.1.2. Num determinado tipo de fibra óptica, o núcleo tem um índice de refracção de 1,53, e o revestimento possui um índice de refracção de 1,48. Seleccione a alternativa que permite calcular o ângulo crítico, θc, para este tipo de fibra óptica. 9.2. Os microondas constituem um tipo de radiação electromagnética muito utilizado nas telecomunicações. Indique duas propriedades das microondas que justificam a utilização deste tipo de radiação nas comunicações via satélite. 10. O amoníaco, NH3, obtém-se industrialmente através do processo de Haber-Bosch, fazendo reagir, em condições apropriadas, hidrogénio e azoto gasosos. Este processo de formação do amoníaco ocorre em sistema fechado, em condições de pressão e temperatura constantes, na presença de um catalisador, de acordo com o equilíbrio representado pela seguinte equação química: 3 H 2 (g) + N 2 (g) 2 NH 3 (g) 10.1. O gráfico representado na figura traduz a variação do valor da constante de equilíbrio, Kc, para aquela reacção, em função da temperatura, T, no intervalo de 700 K a 1000 K. Página 7 de 10
Com base na informação dada pelo gráfico, seleccione a afirmação CORRECTA. (A) O aumento de temperatura favorece o consumo de H 2 (g) e N 2 (g). (B) A diminuição de temperatura aumenta o rendimento da reacção. (C) A constante de equilíbrio da reacção é inversamente proporcional à temperatura. (D) A reacção evolui no sentido inverso se se diminuir a temperatura. 10.2. O sulfato de tetraminocobre(ii) mono-hidratado, [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4.H 2 O, (M = 245,6 g mol 1 ), é um sal complexo, obtido a partir da reacção entre o sulfato de cobre(ii) penta-hidratado, CuSO 4.5H 2 O, e o amoníaco. Esta reacção é descrita pela seguinte equação química: CuSO 4.5H 2 O(s) + 4 NH 3 (aq) [Cu(NH 3 ) 4 ] SO 4.H 2 O(s) + 4 H 2 O(l) A 8,0 ml de uma solução aquosa de amoníaco de concentração 15,0 mol.dm 3 adicionaram-se 0,02 mol de sulfato de cobre penta-hidratado. Calcule a massa de sal complexo que se formaria, admitindo que a reacção é completa. Apresente todas as etapas de resolução. Exame de 2007 1ª Fase 11. A composição da atmosfera da Terra sofreu uma evolução desde os tempos primitivos até aos dias de hoje. 11.1. Indica dois componentes da atmosfera primitiva. 11.2. Relativamente à atmosfera actual, indica: - Dois componentes maioritários; - Dois componentes vestigiais. 12. Quer o tetracloreto de carbono (CCl 4 ) quer o sulfureto de carbono (CS 2 ) são solventes orgânicos de uso comum. Solventes CS 2 CCl 4 DL 50 para ratazanas (ingestão oral) 3188 mg/kg 1770 mg/kg 12.1 Qual destes solventes é o mais tóxico? Justifica. Página 8 de 10
12.2 A partir dos gráficos da figura, relativos às diferentes camadas da atmosfera, procura explicar os seguintes factos: 12.3 A diminuição de temperatura na troposfera; 12.4 O aumento de temperatura na estratosfera; 12.5 A diminuição de pressão com a altitude. Parte Experimental A presença de amoníaco e de compostos de amónio é comum em produtos de limpeza domésticos e em adubos. A identificação destes compostos é feita através da adição de uma base forte. Liberta-se amoníaco que é possível identificar através de testes laboratoriais. Um grupo de alunos pretende verificar se alguns produtos de limpeza (um solução diluída de adubo e uma lixívia) que tinham no laboratório contêm amoníaco e confrontaram os resultados dos seus testes com as especificações contidas nos rótulos das embalagens dos produtos. Para isso, os alunos planificaram e realizaram alguns testes. Teste A Em dois tubos de ensaio colocaram as amostras a analisar e adicionaram- -lhes umas gotas de hidróxido de sódio. Aproximaram da boca de cada tubo uma vareta que tinham mergulhado em ácido clorídrico concentrado. Teste B Colocaram na boca de cada tubo utilizado no teste a uma tira de papel de filtro mergulhada em tornesol. Os resultados dos testes são os que constam da tabela seguinte: Página 9 de 10
Teste A Teste B Sol. diluída de adubo Fumos Brancos Azul Lixívia Negativo Negativo Teste C Em dois tubos de ensaio colocaram as amostras a analisar e adicionaram-lhes umas gotas de Reagente de Nessler (solução alcalina de tetraiodomercurato (II) de potássio). Repetiram a experiência com amostras mais diluídas. No tubo que continha lava-tudo forma-se um precipitado vermelho acastanhado na solução mais concentrada e um precipitado de cor amarelo acastanhado na solução diluída. No tubo com lixívia não acontece nada. Teste D Em dois tubos de ensaio colocaram um pouco de solução diluída de sulfato de cobre (II) adicionaram gota a gota a um dos tubos uma das amostras a analisar e ao outro a outra amostra. Relativamente aos testes A e B: 1. Descreva o que aconteceu em cada um dos tubos quando os alunos aproximaram a vareta de vidro com ácido clorídrico. 2. Escreve as equações químicas que traduzem as reacções que ocorreram. 3. Descreva o que aconteceu quando os alunos aproximaram o papel vermelho de tornesol. 4. Escreve as equações químicas que traduzem as reacções que ocorreram. 5. Qual a vantagem de se usar amoníaco nos produtos de limpeza? Relativamente aos testes C e D: 1. Tire conclusões relativamente ao que aconteceu no teste C. 2. Descreve o que aconteceu em cada um dos tubos no teste D. 3. Escreva as equações químicas que traduzem as reacções que ocorreram no teste D. Página 10 de 10