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Teste de Avaliação de Química

Física e Química A

11.⁰ Ano de Escolaridade

Teste Global

Duração do Teste: 90 minutos

VERSÃO 1

O teste inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma Tabela Periódica. As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado do teste.

Tabela de constantes

Constante de Avogadro 23 1

A 6,02 10 molN

Volume molar de um gás (PTN) 3 1

m 22,4 dm molV

Produto iónico da água (a 25 °C) 14

w 1,0 10K

Formulário

Quantidade de matéria e massa molar

n – Quantidade de matéria m – Massa M – Massa molar

mn

M

Número de entidades e constante de Avogadro

N – Número de entidades n – Quantidade de matéria

AN – Constante de Avogadro AN n N

Volume e volume molar de um gás

V – Volume n – Quantidade de matéria

mV – Volume molar mV n V

Massa volúmica

– Massa volúmica

m – Massa V – Volume

m

V

Concentração de solução

c – Concentração de solução

n – Quantidade de matéria de soluto V – Volume de solução

nc

V

Rendimento de uma reação química

% – Rendimento

obtidon – Quantidade de produto obtido

previston – Quantidade de produto prevista

obtido

previsto

% 100n

n

pH de uma solução

3H O – Concentração hidrogeniónica

3pH log H O

Produto iónico da água

3 eH O – Concentração hidrogeniónica

eOH – Concentração do anião hidróxido

w 3 e eH O OHK

Grupo I

O amoníaco, NH3, matéria-prima essencial no fabrico de adubos químicos, pode ser obtido

industrialmente a partir de di-hidrogénio e dinitrogénio na presença de um catalisador, em

condições de pressão e temperatura constantes e em sistema fechado. A equação química que

traduz a reação química associada a este processo, designado por processo de Haber-Bosch, em

homenagem aos químicos alemães Haber e Bosch que o desenvolveram no início do século XX, é:

2 2 3N g 3 H g     2 NH g

O gráfico representado na figura 1 traduz a variação do valor da constante de equilíbrio, Kc, para

esta reação química, em função da temperatura, T, e o gráfico da figura 2 representa uma das

possíveis evoluções das concentrações dos componentes de uma mistura reacional, em função do

tempo, num recipiente fechado de capacidade 1,00 dm3, a temperatura constante, contendo

inicialmente N2(g) e H2(g).

Figura 1 Figura 2

1. De acordo com os dados fornecidos pelo gráfico da figura 1, selecione a afirmação verdadeira.

(A) Esta reação de formação de NH3 é exotérmica.

(B) A reação de produção do amoníaco é tanto mais extensa quando maior for a temperatura.

(C) O aumento da pressão favorece a produção de NH3.

(D) O aumento da temperatura aumenta o rendimento da reação.

2. Determine o valor da constante de equilíbrio da reação inversa ( '

cK ) da reação de síntese do

amoníaco à temperatura de 800 K e compare a extensão da reação direta e inversa com base

nos valores de cK e '

cK , respetivamente.

3. Considere o gráfico da figura 2.

3.1. Calcule o rendimento desta reação de síntese do amoníaco.

Apresente todas as etapas de resolução.

3.2. Selecione a opção que apresenta a comparação entre os valores do quociente da reação,

Qc, e da constante de equilíbrio, Kc, no instante em que o valor da concentração do

produto é igual à de um dos reagentes, supondo que se mantém a temperatura no

decorrer da reação.

(A) c cQ K

(B) c cQ K

(C) c cQ K

(D) Não é possível comparar.

3.3. O processo industrial de síntese do amoníaco, para se tornar economicamente rentável e

para garantir as necessárias condições de segurança durante a sua produção, obedece a

determinadas condições relacionadas com temperatura, pressão e uso de catalisadores.

Selecione a opção que contém os termos que completam, sequencialmente, os espaços

seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

O rendimento da reação de formação do amoníaco irá _______ quando, a este sistema

inicialmente em equilíbrio químico, se provocar _______ da pressão e/ou _______ da

temperatura.

(A) diminuir … um aumento … uma diminuição

(B) aumentar … um aumento … uma diminuição

(C) aumentar … uma diminuição … um aumento

(D) diminuir … uma diminuição … uma diminuição

4. É possível comparar reações químicas do ponto de vista da química verde (QV) tendo em conta

fatores como a produção de resíduos ou produtos indesejados ou a opção por reagentes e

processos mais ou menos poluentes.

Relativamente ao processo de síntese do amoníaco, selecione a opção que identifica o

processo que mais se aproxima das preocupações da QV, enunciadas no parágrafo anterior.

(A) Produção do H2 a partir do metano.

(B) Produção do H2 a partir do carvão.

(C) Obtenção do H2 a partir da água.

(D) Obtenção do H2 a partir do amoníaco.

Grupo II

A água é uma das substâncias mais importantes para a garantia de vida do planeta, sendo o valor

de pH um dos parâmetros a considerar na avaliação da sua qualidade. O aumento do nível de

dióxido de carbono atmosférico é uma ameaça à qualidade da água, sendo responsável,

nomeadamente, pela cada vez mais acentuada acidificação dos oceanos. A emissão acrescida

para a atmosfera de outros compostos gasosos contendo enxofre e nitrogénio é responsável pela

chuva ácida, com efeitos ambientais que obrigam à adoção de medidas urgentes restritivas da

queima de combustíveis fósseis.

1. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

A água é quimicamente neutra quando…

(A) … não possui óxidos de enxofre e/ou de nitrogénio dissolvidos.

(B) … não possui óxidos de enxofre dissolvidos.

(C) … o valor do seu pH é igual a 7.

(D) … a concentração de H3O+ é igual à concentração de OH–.

2. Selecione a opção que representa a reação química referenciada no texto responsável, pela

acidificação da água do mar.

(A) 2 2 2 3CO aq H O H CO aq

(C) 2 2 2 3NO aq H O H NO aq

(B) 2 2 2 3SO aq H O H SO aq

(D) 3 2 2 4SO aq H O H SO aq

3. Para estudar o efeito do dióxido de carbono no pH da água, um grupo de alunos realizou uma

atividade experimental usando iguais volumes de água gaseificada e água sem gás, de acordo

com o esquema de montagem da figura 3. O sistema é fechado, pelo que o gás libertado pelo

recipiente contendo a água com gás é conduzido por um tubo de vidro para o recipiente

contendo a água sem gás. O gráfico da figura 4 representa a variação do pH em função do

tempo, medido no medidor de pH digital em contacto com a água com gás. Os valores

registados nos dois medidores de pH dizem respeito aos valores medidos no instante inicial.

Figura 3 Figura 4

3.1. Determine a variação do valor da concentração em iões H3O+ presentes na água

gaseificada decorridos 100 min do início da atividade.

3.2. Selecione o gráfico que melhor corresponderá à variação do pH da água sem gás, em

função do tempo.

(A)

(B)

(C)

(D)

3.3. A equação química seguinte traduz a produção de iões hidrogeniónicos a partir do ácido

carbónico.

2 3 2 3 3H CO aq H O HCO aq H O aq

3.3.1. Selecione a opção que indica as duas espécies básicas de acordo com a definição

de Brönsted-Lowry.

(A) 2 3H CO ;

3HCO

(C) 3H O ;

3HCO

(B) 2H O ;

3H O

(D) 3HCO ;

2H O

3.3.2. Sabendo que o valor de Ka deste ácido, à temperatura a que se realizou a

atividade, é 74,4 10 , determine a concentração deste ácido na água inicialmente

sem gás, quando esta passa a apresentar, por efeito da adição de CO2, um valor

de pH igual a 5,9.

Considere, nos cálculos, e por aproximação, que a concentração em iões hidrónio

presentes nesta solução resulta apenas da primeira protólise deste ácido.

4. A chuva normal, embora ácida, não causa problemas ambientais, contudo, existem outros

gases poluentes, para além do responsável pela acidez normal da chuva, que reagem com

essa água, transformando-a em chuva ácida.

Elabore um pequeno texto no qual explore os seguintes tópicos:

Identificação dos gases responsáveis pelo pH da chuva normal e da chuva ácida.

Referência a dois problemas ambientais associados às chuvas ácidas.

Identificação de dois comportamentos humanos responsáveis pela emissão de gases

causadores das chuvas ácidas.

Grupo III

A um grupo de alunos apresentou-se o desafio de organizar uma série eletroquímica a partir da

realização de uma atividade laboratorial em que observaram reações entre metais e soluções

aquosas, de iguais concentrações, de sais contendo catiões de outros metais. Os alunos, que

optaram por estudar o comportamento dos metais ferro (Fe), zinco (Zn) e magnésio (Mg), numa

atividade laboratorial realizada em iguais intervalos de tempo e com as mesmas concentrações da

realizada em contexto escolar, confirmaram as suas previsões iniciais, elaborando a seguinte série

eletroquímica.

1. Complete a tabela seguinte, indicando as observações em falta identificadas pelas letras A e B.

Solução

Metal Fe2+ Mg2+ Zn2+

Fe Não reagiu A

Mg Reagiu B

Zn Reagiu Não reagiu

2. Qual foi a variação do número de oxidação do magnésio sólido quando reagiu com o catião Fe2+

em solução aquosa?

3. Selecione a opção que traduz a semiequação de oxidação do zinco metálico.

(A) 2Zn s 2 e Zn aq

(B) 2Zn s Zn aq 2 e

(C) 2Zn aq 2 e Zn s

(D) 2Zn aq Zn s 2 e

4. O ferro, utilizado em cascos de navios e tubagens, em contacto com a água, oxida-se muito

facilmente. Para proteger estas estruturas metálicas, utiliza-se uma técnica, designada por

proteção catódica, na qual um metal fortemente redutor é colocado em contato com aquele que

se deseja proteger (com maior poder oxidante).

Tendo em conta os resultados desta atividade laboratorial, justifique o facto de se usar,

frequentemente, para a proteção dos cascos de navios, o zinco, e para a proteção das

tubagens, o magnésio.

Grupo IV

A maioria das dissoluções de compostos sólidos em água são

endoenergéticas. Excetuam-se, nesta generalidade, alguns

sais, como o Li2SO4 ou o Ca(OH)2, cujas concentrações dos

iões aquosos diminuem com o aumento da temperatura.

Excetuam-se igualmente dissoluções que, dependendo dos

intervalos de temperatura em causa, podem ser endo ou

exoenergéticas. Deste último grupo faz parte o composto

Na2SO4.

O gráfico da figura 5 representa a variação da solubilidade de

dois sais com a temperatura.

1. Selecione a afirmação correta.

(A) Todas as substâncias cujas dissoluções são endoenergéticas apresentam curvas de

solubilidade iguais à que caracteriza o sal KNO3.

(B) Quanto maior for a temperatura, maior é a solubilidade do Na2SO4 em água

(C) À temperatura de 35 °C, a solubilidade do KNO3 é superior à do Na2SO4.

(D) No intervalo de 0 °C a 30 °C, a dissolução em água dos dois compostos representados na

figura é endoenergética.

2. Sabendo que a solubilidade é a massa de soluto máxima (em gramas) que se pode dissolver

por 100 mL de solvente, determine a massa máxima de Na2SO4 que é possível dissolver em

200 mL de água.

Comece por identificar, a partir da análise do gráfico, a temperatura mais favorável ao processo

de dissolução deste sal. (água= 1 g/mL )

Item de 10.º ano

3. Escreva a expressão que relaciona o valor da solubilidade do Na2SO4 com o valor do seu

produto de solubilidade (Ks) em água desionizada.

Comece por escrever a equação de dissociação do sal.

4. O hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, é um sal pouco solúvel em água ( 61,3 10sK , a 25 °C).

Selecione a opção que apresenta o procedimento correto com vista a aumentar a solubilidade

do hidróxido de cálcio presente numa solução aquosa saturada deste sal.

(A) Diminuir a temperatura da mistura.

(B) Adicionar uma solução aquosa de nitrato de cálcio, 3 2Ca NO .

(C) Agitar fortemente o sistema (sal e água).

(D) Adicionar água.

Figura 5

– COTAÇÕES –

Grupo

Item

Cotação (em pontos)

I 1. 2. 3.1. 3.2. 3.3. 4.

8 12 12 8 8 8 56

II 1. 2. 3.1. 3.2. 3.3.1. 3.3.2. 4.

8 8 12 8 8 12 12 68

III 1. 2. 3. 4.

8 8 8 12 36

IV 1. 2. 3. 4.

8 12 12 8 40

TOTAL

200

Critérios e propostas de resolução Física e Química A – Química 11.º ano

Teste Global

Grupo I

1. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (A)

Versão 2 – (B)

2. ................................................................................................................................... 12 pontos

Etapa A – Valor de cK e de '

cK a T = 800 K (6 pt)

25 10cK

' '

2

1 120

5 10c c

c

K KK

Etapa B – Comparação de cK com '

cK (6 pt)

Como à temperatura de 800 K o valor de '

cK é maior do que o valor de cK , a reação

inversa é mais extensa do que a reação direta a essa temperatura.

3.1. ................................................................................................................................... 12 pontos

Etapa A – Quantidade de 3NH obtida (3 pt)

0,113 1,00 0,113 moln

c n c VV

Etapa B – Identificação do reagente limitante (3 pt)

2 2

0,250 1,00 0,250 1,00(N ) 0,250; (H ) 0,0833

1 3

Dado que, relativamente aos coeficientes estequiométricos, o di-hidrogénio está presente em menor quantidade, o regente limitante é o di-hidrogénio.

Etapa C – Quantidade de NH3 previsto (3 pt)

De acordo com a estequiometria da reação:

2 3

2 previsto 3

previsto 3

3 mol de H ________ 2 mol de NH

0,250 mol de H ________ de NH

0,167 mol de NH

n

n

Etapa D – Rendimento (3 pt)

obtido

previsto

0,113% 100 % 100 % 67,7%

0,167

n

n

3.2. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (B)

Versão 2 – (A)

3.3. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (B)

Versão 2 – (D)

4. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (C)

Versão 2 – (B)

Grupo II

1. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (D)

Versão 2 – (B)

2. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (A)

Versão 2 – (D)

3.1. ................................................................................................................................... 12 pontos

Etapa A – Valor de 3H O

nos instantes 0 mint e 100 mint (6 pt)

0 mint

3,3 4 3

3H O 10 5,0 10 mol dm

100 mint

4,1 5 3

3H O 10 7,9 10 mol dm

Etapa B – Variação de 3H O

(6 pt)

5 4 4 3

3 3 3100 min 0 minH O H O H O 7,9 10 5,0 10 4,2 10 mol dm

t t

3.2. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (C)

Versão 2 – (B)

3.3.1. ................................................................................................................................ 8 pontos

Versão 1 – (D)

Versão 2 – (C)

3.3.2. ................................................................................................................................ 12 pontos

Etapa A – Valor de 3 e

H O

pH

3 3e e

5,9 6 3

3 e

pH log H O H O 10

H O 10 1,2 10 mol dm

Etapa B – Valor da concentração inicial do ácido

2 3 2 3 3

3

início

3 6

equil.

H CO aq H O HCO aq H O aq

(mol dm )

(mol dm ) 1,2 10

c y

c y

7 7 7,9 10 7,9 10

6 67

a 6

26

6

7

6 6

6 6

3 3e

3

e

2 3 e

6

1,2 10 1,2 104,4 10

1,2 10

1,2 101,2 10

4,4 10

1,2 10 3,3 10

3,3 10 1,2 10 4,

HCO H O

H CO

5 10 mol dm

Ky

y

y

y y

2 3

6 3

i4,5 10 mol H CO dm

4. ................................................................................................................................... 12 pontos

Tópico A

O gás responsável pela acidez natural da chuva ácido é o dióxido de carbono. Os gases

responsáveis pela chuva ácida são outros óxidos de não metais (óxidos de enxofre e de nitrogénio) capazes de formar ácidos fortes como o ácido sulfúrico e o ácido nítrico.

Tópico B

Rápida oxidação de metais.

Destruição de monumentos calcários.

Destruição de florestas.

Perda de rendimento na produção agrícola.

(Ou outro correto)

Tópico C

Uso de combustíveis fósseis nos transportes.

Redução da libertação dos referidos gases pela indústria.

Grupo III

1. ................................................................................................................................... 8 pontos

A – Não reagiu

B – Reagiu

2. ................................................................................................................................... 8 pontos

n.o. 2 0 2

3. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (B)

Versão 2 – (C)

4. ................................................................................................................................... 12 pontos

Tópico A – Comparação do poder redutor (6 pt)

Foi comprovado, com a atividade laboratorial, que o Fe tem menor potencial redutor do que o Mg e do que o Zn.

Tópico B – Conclusão (6 pt)

Quanto maior for o poder redutor de um metal, maior será a facilidade em sofrer oxidação (em se oxidar). Dado que o zinco tem maior poder redutor do que o ferro, este pode ser usado na proteção da oxidação do ferro dos cascos de navios (pois reduz os catiões ferro a ferro sólido), e dado que o magnésio tem maior poder redutor do que o ferro, este pode ser usado na proteção da oxidação do ferro das tubagens (pois também reduz os catiões ferro a ferro sólido).

Grupo IV

1. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (D)

Versão 2 – (B)

2. ................................................................................................................................... 12 pontos

Etapa A – Leitura do gráfico (4 pt)

Da análise do gráfico, a solubilidade de 2 4Na SO é máxima à temperatura de 30 ºC e

tem o valor de 60 g / 100 g de água .

Etapa B – Massa de 2 4Na SO que é possível dissolver nos 200 mL de água (8 pt)

água água 200 mL 1 200 200 gm

m V mV

100 g de água _____ 60 g

200 g de água _____

60 200120 g

100

x

x

Em 200 mL de água, é possível dissolver 120 g de 2 4Na SO .

3. ................................................................................................................................... 12 pontos

Etapa A – Escrita da equação de dissociação (6 pt)

2H O 2

2 4 4Na SO s 2 Na aq SO aq

Etapa B – Solubilidade em função de sK (6 pt)

2 22 3 3

4e eNa SO 2 4s sK s s s s K

4. ................................................................................................................................... 8 pontos

Versão 1 – (A)

Versão 2 – (C)