Testes globais- Física e Química 11º

Teste Intermédio 2Física e Química ADuração do Teste: 90 minutos

11.° ou 12.° Anos de Escolaridade

1. Leia atentamente o seguinte texto.

Desde o lançamento do primeiro satélite artificial, o Sputnik, em 1957, milhares de satélites foram glançados para orbitar em volta da Terra. Actualmente, o nosso planeta está rodeado de uma cin- ftura de hardware espacial. Dia e noite, centenas de satélites artificiais giram à volta da Terra a |velocidades que podem atingir 8 km s~1, transmitindo sinais de telefone e de televisão entre os |continentes e observando pormenorizadamente o nosso planeta e o Universo em seu redor. 3

Tal como qualquer objecto em movimento, um satélite tem tendência a mover-se em linha recta,numa trajectória que o levaria a afastar-se da Terra. Essa tendência é contrariada pela força graví-tica exercida pela Terra, que constantemente acelera o satélite na sua direcção, fazendo com quea trajectória deste seja circular ou elíptica.

A força gravítica diminui à medida que nos afastamos da superfície do planeta. Quanto maisintensa for a força gravítica que actua sobre um satélite, mais depressa ele terá de se deslocarpara não cair em espiral para o solo. Assim, os satélites de baixa altitude têm períodos pequenos,ao passo que os satélites de orbitas mais altas têm períodos mais longos.

Um satélite colocado em órbita a uma altitude de cerca de 35 800 km acima do equador demoraum dia a completar uma órbita. Neste intervalo de tempo, a Terra gira uma vez sobre o seu eixo.Assim, o satélite roda em perfeita sintonia com a Terra, permanecendo sempre no céu sobre omesmo ponto da superfície terrestre. Actualmente os satélites geostacionários são utilizados comosatélites de comunicações e de observação de regiões específicas da Terra.

Adaptado de The Encyclopedia of Science in Action, T. Ruppel e M. Walisiewicz

1.1. Tendo em conta a informação apresentada, escreva um texto no qual explicite: 24 pontos

• O que é um satélite artificial e qual é o significado do seu período.

• De que forma os satélites mantêm a sua trajectória.

• De que modo um satélite geostacionário permite a comunicação e observação de regiõesespecíficas da Terra.

1.2. Com base na informação do texto e sabendo que o raio da Terra é de 6400 km, calcule o 16 pontosvalor da velocidade de um satélite geostacionário.

Apresente todas as etapas de resolução.

1.3. Uma das aplicações dos satélites artificiais é o Sistema de Posicionamento Global, GPS. Estesistema permite obter, por exemplo, a posição de um ponto à superfície da Terra. Seleccionea alternativa que corresponde ao número de satélites que são, no mínimo, necessários paragarantir o eficaz posicionamento de um ponto à superfície da Terra.

(A) 2 satélites

(B) 3 satélites

(C) 4 satélites

(D) 5 satélites

22

8 pontos

Teste Intermédio 2 • Física e Química A

1.4. Seleccione o esquema que poderá representar a interacção gravítica entre a Terra e um satélite.

(A) <*^f (B)/5^> /F /F

(C)(D)

2. A ida do Homem à Lua foi sem dúvida um marco histórico na conquista do espaço.

2.1. O astronauta David Scott, da missão Apollo 15, realizou na Lua a experiência da queda deum martelo e de uma pena, homenageando, assim, Galileu pelos seus estudos acerca daqueda dos graves.

Seleccione a alternativa correcta relativamente ao movimento do martelo e da pena.

(A) A aceleração adquirida pelo martelo e pela pena depende da massa destes objectos.

(B) A aceleração adquirida pelo martelo e pela pena depende da altura de onde caem.

(C) A aceleração adquirida pelo martelo e pela pena depende da massa destes objectos eda altura de onde caem.

(D) A aceleração adquirida pelo martelo e pela pena é independente da massa destes objec-tos e da altura de onde caem.

2.2. O gráfico da figura 1 representa a variação da velocidade de um objecto que foi lançado verti-calmente para cima na superfície lunar.

Calcule a altura máxima atingida pelo objecto, utilizando a equação do movimento y = y (f).Apresente todas as etapas de resolução.

i//m s"

f/s

8 pontos

8 pontos

24 pontos

Fig. 1

23


2.3. Dos gráficos que se seguem, seleccione a alternativa que corresponde à forma como varia a rposição de um objecto em função do tempo, quando é lançado verticalmente para cima na ~superfície lunar. °

8 pontos

t/s

(D) y/m

3. Um osciloscópio permite visualizar uma onda sonora através da deflexão que produz num feixe deelectrões, quando esta é captada por um microfone. A figura 2 representa o ecrã de um oscilos-cópio aquando da captação de um sinal sonoro proveniente de um diapasão, estando ocomando/botão da base de tempo (TIME/DIV) em 1 ms e o comando/botão que controla a escalada tensão (VOLTS/DIV) em 2 V.

Fig. 2

3.1. Seleccione a alternativa que mais se aproxima da frequência do diapasão.

(A) / - 256 Hz (B) / - 304 Hz

(C) /-440Hz (D) /

8 pontos

24


3.2. Seleccione a alternativa que corresponde à amplitude do sinal sonoro da figura 2.

(A) U = 4,0 ±0,2 V

(B) U = 4,0 ±0,4 V

(C) U = 8,0 ±0,2 V

(D) U = 8,0 ±0,4 V

3.3. Se medir a amplitude do sinal com um voltímetro, indique se o valor lido é maior, menor ouigual ao lido no osciloscópio.

4. A figura 3 representa uma bobina que é atravessada por um íman. O ponteiro do galvanómetrooscila à medida que o íman se move.

4.1. Seleccione a alternativa que corresponde ao nome do cientista que |descobriu este fenómeno.

8 pontos

(A) Galileu

(C) Faraday

(B) Oersted

(D) Newton

4.2. Calcule o fluxo do campo magnético que atravessa cada espira,sabendo que a bobina tem oito espiras e que o ponteiro do galva-nómetro varia entre - 0,60 V e 0,60 V em 10 ms.


4.3. A figura 4 representa as linhas de campo magnético em redor de um íman.

In -TV

Fig.s

8 pontos

8 pontos

16 pontos

8 pontos

Hg. 4

Com base na figura, seleccione a alternativa correcta.

(A) A intensidade do campo magnético em A é igual à intensidade do campo magnético em B.

(B) A intensidade do campo magnético em A é igual à intensidade do campo magnético em C.

(C) A intensidade do campo magnético em A é maior do que a intensidade do campomagnético em B.

(D) A intensidade do campo magnético em A é menor do que a intensidade do campomagnético em C.

25


5. Um sistema, apenas com movimento de translação e onde as variações de energia interna sejam :desprezáveis, pode ser representado por um único ponto. Assim, as transferências de energia;entre este e outros sistemas são feitas sob a forma de trabalho e o teorema da energia cinética jreveste-se de especial importância em determinados cálculos. \. Classifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmações.

(A) Se o ângulo que a força faz com a direcção do deslocamento é superior a 90°, o trabalhorealizado pela força é positivo.

(B) O trabalho realizado pela força gravítica só depende da posição inicial e final.

(C) O trabalho das forças conservativas é igual à variação da energia potencial.

(D) Há conservação da energia mecânica se o trabalho das forças não conservativas forigual a zero.

(E) Quando a resultante das forças é nula, há conservação da energia cinética.

(F) Para que exista trabalho realizado, basta que a partícula se desloque, mesmo que sejanula a força que actua sobre ela.

(G) Se o trabalho realizado pelas forças não conservativas for nulo, a variação da energiacinética é simétrica da variação da energia potencial.

(H) Uma força realiza trabalho sempre que ocorra movimento de translação.

5.2. Com o objectivo de estudar a variação da energia cinética de um corpo ao longo de umplano inclinado, de altura h e com atrito desprezável, um grupo de alunos abandonou, a partirdo repouso, um carrinho no cimo de um plano inclinado e mediu a sua velocidade no instanteem que o mesmo atinge a base do plano.

Seleccione a alternativa que permite calcular o módulo da velocidade com que o carrinhoatinge a base do plano.

/9h(C)

16 pontos

\ pontos

6. Todos os corpos irradiam energia. Devido à agitação dos constituintes da matéria (átomos, molé-culas, iões...), há emissão de radiação electromagnética. O resultado dessa emissão de radiaçãoé um espectro contínuo, chamado espectro de radiação térmica, como mostra a figura 5.

E/J

A/nmFíg. 5

6.1. Estime a temperatura da fotosfera solar, sabendo que a potência máxima irradiada pelo Sol I 16 pontosocorre para um comprimento de onda de cerca de 510 nm. |

6.2. Diga se a potência máxima irradiada por uma estrela, cuja fotosfera se encontra a 10 000 K, \ pontosocorre para um comprimento de onda maior, menor ou igual do que no caso do Sol. |

i

FIM l

26

Teste Intermédio 2 • Física e Química A • Proposta de Resolução

Proposta de ResoluçãoTeste Intermédio 2

1.1.1. O texto deverá ser escrito interligando as seguintes três ideias-chave:

• Um satélite artificial é um corpo feito pelo Homem que é colocado em órbita em volta de outro corpo,como é o caso da Terra. O período do satélite é o tempo que este demora a dar uma volta completa emtorno do corpo que orbita.

• Na ausência de gravidade, um corpo move-se livremente em linha recta (1.a Lei de Newton); porém, napresença do campo gravítico terrestre, um corpo é atraído para a Terra. Conjugando estes dois factores,é possível colocar um corpo a mover-se em trajectórias circulares ou elípticas. A força gravítica é respon-sável pela alteração da direcção do vector velocidade, permitindo ao satélite ter uma trajectória fechada.Se um destes factores se sobrepuser ao outro, o corpo pode cair para a Terra ou sair da região docampo gravítico.

• Os satélites geostacionários são satélites cujo período de translação é de 24 horas encontrando-se, porisso, parados relativamente a um ponto fixo sobre a Terra. Como se encontram sempre sobre o mesmoponto da Terra, os satélites geostacionários são utilizados como satélites de comunicações e de obser-vação de regiões específicas da Terra.

1 .2. O período de um satélite geostacionário é T = 24 x 60 x 60 <=> T = 8,6 x 1 04 s.TT r

A velocidade, v, do satélite é dada por: v =

Substituindo, tem-se, v= 2 * (35 8°° + ̂400) x 1°3 <=* , = 3,1 x 103 m *-\O X l U

1.3. (C). Para que um receptor GPS obtenha a posição de um ponto na Terra, são necessários, no mínimo, 4satélites, três por questões geométricas (método da triangulação) e um para sincronizar os relógios dossatélites com o do utilizador.

1.4. (C). Na interacção entre dois corpos existe sempre um par de forças que têm a mesma intensidade edirecção, sentidos contrários e pontos de aplicação em corpos diferentes.

2.

2.1. (D). A aceleração de um corpo de massa m em queda livre depende apenas da massa do planeta, /Wp, eda distância a que o corpo se encontra do centro do planeta, r.

A força de atracção gravitacional que se exerce no corpo é dada por Fg = G —~-, onde a aceleração a

que o corpo fica sujeito é g = G —£-.

2.2. Através do gráfico podemos concluir que:

para t = O s tem-se v0 = 4,8 m s~1 e para t - 3,0 s tem-se v3 = O m s"1.

Como a aceleração é constante e dada por a = V~+°, vem a = ~ <=> a = - 1,6 m s~2.Af G,U

A lei do movimento é dada por y = y0 + v01 + — a t2 e, substituindo pelos valores, vem:

y = 4,8 f+ —(- 1,6) f22

A altura máxima, ymáx, atinge-se quando ocorre inversão no sentido do movimento, logo, para t = 3,0 s,pelo que:

i/ — <d £ v 9 O v 1 R v ^ D2 /—s \ — 7 9 m /máx ~ ^")O X G,U —~ X l ,D X G,U v-v ymáx ~ ' >^- '''2

! -j

j 2.3. (C). Pela alínea anterior, a equação do movimento, y = 4,8 t + — (- 1,6) í2, é a equação de uma parábola| com a concavidade virada para baixo.í O movimento é uniformemente retardado (na subida) de t = O s a t = 3,0 s e uniformemente acelerado (na; descida) de t = 3,0 s a t = 6,0 s.

27


3.

3.1. (B). A partir da leitura no "ecrã do osciloscópio", o período é de 3,3 ±0,1 ms (a incerteza da medida éigual a metade da menor divisão da escala).

Como f = -^, tem-se f = 1 3 <^ f =303 Hz.l o,o x i u

Logo, o valor que mais se aproxima da frequência do diapasão só pode ser f= 304 Hz.

o3.2. (A). A escala da tensão (que está em 2 V) indica a maior divisão da escala vertical do ecrã, que por sua íp ©

vez está dividida em 5 divisões mais pequenas. Logo, a menor divisão da escala é — = 0,4 V. a^ l

Assim, o valor correcto da leitura para a amplitude é 4,0 V e a incerteza da medida é igual a metade da |04menor divisão da escala, isto é, —j— = 0,2 V, uma vez que se trata de uma escala analógica.

3.3. Como se trata de um sinal de corrente alternada, o multímetro regista a diferença de potencial eficaz que édada por:

/ / — máxu eficaz ~~ v^

Assim, o valor lido no voltímetro é inferior à amplitude máxima lida no osciloscópio.

4.4.1. (C).

A04.2. Usando a relação s, =

Af, tem-se:

10x10~ c

4.3. {C}. A intensidade do campo magnético numa dada região é tanto maior quanto maior for a densidade delinhas de campo nessa região.

5.

5.1. (A) Falsa. Como l/l/p = F d cos a, se a > 90°, então !/!£< 0.

(B) Verdadeira. Como a força gravítíca é uma força conservativa, o trabalho realizado pela mesma sódepende da posição final e inicial.

(C) Falsa. O trabalho realizado pelas forças conservativas é simétrico da variação da energia potencial,

* *F conservativas ~~ •^-p1

(D) Verdadeira. A variação da energia mecânica é igual ao trabalho realizado pelas forças não conservativas,AEm = Wp não conservativas- Se o trabalho das forças não conservativas for igual a zero (l/Vp- não conservativas = 0), aenergia mecânica é constante.

(E) Verdadeira. Se a resultante das forças é nula, o trabalho realizado pela resultante também é nulo.Então, pelo Teorema da Energia Cinética, a variação da energia cinética também é nula: l/l/p*R = AEC.

(F) Falsa. Como l/Vp*= F d cos a, se F= O, então Wp = 0.

(G) Verdadeira. Se o trabalho realizado pelas forças não conservativas for nulo, há conservação da ener-gia mecânica, logo, Emt = Emi <^> AEC = - AEP.

(H) Falsa. Como Wp = F d cos a, se a = 90°, então l/l/p* = 0.

5.2. (A). Atendendo a que há conservação da energia mecânica, tem-se:

6.

6.1. Usando a expressão que traduz a Lei do Deslocamento de Wien, Xmáx T=B, tem-se:

6.2. A potência máxima irradiada por uma estrela cuja fotosfera se encontra a 10 000 K ocorre para um compri-mento de onda menor, uma vez que, de acordo com a Lei do Deslocamento de Wien, o comprimento deonda da potência máxima irradiada é inversamente proporcional à temperatura absoluta do corpo emissor.

28




Os primeiros esforços sistemáticos de que há registo, no sentido de entender a noção de movi-mento, vieram da Antiga Grécia. No sistema da "filosofia natural", estabelecido por Aristóteles(384-322 a. C.), as explicações dos fenómenos físicos eram deduzidas não a partir da experi-mentação, mas sim de assunções acerca do mundo. Por exemplo, era uma assunção funda-mental que cada "substância" teria um "lugar natural" no Universo. Devido, por um lado, à con-cordância entre as explicações da física aristotélica e o movimento observado no universo físico,e, por outro, à ausência de tradição na experimentação que pudesse provocar uma reviravolta, avisão grega foi aceite durante cerca de 2000 anos. Foi apenas com as brilhantes experiências demovimento do cientista italiano Galileu Galilei (1564-1642) que se estabeleceu para sempre anecessidade absoluta da experimentação e se iniciou a desintegração da física aristotélica. Noséculo seguinte, coube a Isaac Newton (1642-1727) generalizar, em três leis de espectacularsucesso, os resultados das experiências de Galileu, pondo um fim à filosofia natural de Aristóteles.

Adaptado de Tipler, P. A., Physics for scientists and engineers, 4th edition, Freeman and Company, New York, 1999

1.1. Tendo em conta a informação apresentada, escreva um texto no qual explicite:

• A interpretação do movimento dos corpos de acordo com o ponto de vista de Aristóteles.

• A interpretação do movimento de acordo com as leis de Newton.

• O modo como é possível interpretar a Primeira Lei de Newton a partir da Segunda.

24 pontos

1.2. O movimento de um satélite geostacionário, bem como o de todos os corpos, é "governado"pelas leis de Newton. Seleccione a alternativa que corresponde à distância, r, a que um saté-lite geostacionário, que orbita em torno da Terra, se encontra do centro da mesma.

8 pontos

P) r =

1.3. Os satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS) encontram-se, aproximadamente, a28 500 km do centro da Terra, muito mais próximos do que o nosso satélite natural, a Lua,cuja distância ao centro da Terra é, em média, 384 400 km. Assim, a aceleração de cada umdestes corpos, sujeitos ao campo gravítacional da Terra, é diferente. Seleccione a alternativaque corresponde à razão entre as acelerações da Lua e do satélite do GPS.

a. (A)

(B)

(C)

(D)

2 Lua _28500384 400

aLua _ 384 4002

GPS

GPS

28 5002

28 5002

384 4002

aLua = 28 500 ~384 400

8 pontos

29


1.4. A intensidade da força gravítica que actua sobre um corpo colocado sobre a superfície dagÒ

Lua é, aproximadamente, 6 vezes menor do que quando colocado à superfície da Terra. =Considere dois corpos, A e B, com a mesma massa, lançados verticalmente, de baixo para gcima, à superfície da Terra e da Lua, respectivamente, com a velocidade de 7,0 m s~1. Dês- fpreze qualquer resistência ou dissipação de energia.

Classifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmações.

(A) O tempo que o corpo demora a atingir a altura máxima na Terra é maior do que na Lua.

(B) A altura máxima atingida pelo corpo na Lua é maior do que a que atinge na Terra.

(C) O trabalho realizado pelo peso do corpo, na Terra, até atingir a altura máxima é maior doque o trabalho realizado pelo peso do corpo, na Lua.

(D) A variação da energia potencial sofrida pelo corpo, na Terra, é maior do que a variaçãoda energia potencial sofrida pelo corpo, na Lua.

(E) A energia mecânica do corpo na Terra é maior do que a energia mecânica do corpo na Lua.

(F) A aceleração a que o corpo fica sujeito na Terra é maior do que a aceleração a que ficasujeito na Lua.

(G) A variação da energia cinética sofrida pelo corpo, na Terra, é maior do que a variação daenergia potencial sofrida pelo corpo na Lua.

(H) A altura máxima atingida pelo corpo, quer na Terra quer na Lua, depende da massa do corpo.

16 pontos

2. Com o objectivo de verificar a Primeira Lei de Newton, um grupo de alunos realizou uma activi-dade experimental, fazendo uma montagem de acordo com o esquema da figura 1, e utilizou umsensor de movimento ligado a um computador, de modo a obter um gráfico da velocidade do car-rinho, que se desloca horizontalmente, à medida que é puxado pelo corpo suspenso.

Fig. 1

O gráfico v = f(t) obtido foi o que se apresenta na figura 2.

v/ms~

í/s

Fig. 2

2.1. Com base no esquema da figura 1 e no gráfico da figura 2, explique como é que o grupo dealunos consegue verificar a Primeira Lei de Newton.

30

| 16 pontos


2.2. A altura inicial, h, a que se encontrava o corpo em suspensão foi medida com uma fitamétrica cuja menor divisão da escala é o milímetro.

Seleccione a alternativa que corresponde ao registo correcto dessa medida.

(A) h = 50 ±0,05 cm

(B) h = 50,0 ± 0,05 cm

(C) h = 50,00 ± 0,05 cm

(D) h = 50,000 ± 0,05 cm

2.3. Sabendo que a massa do carrinho é M = 0,600 kg e a massa do corpo suspenso ém = 0,150 kg, calcule o tempo que o corpo suspenso demora a cair da altura h, cujamedida foi indicada na alínea 2.2.


3. Uma onda sonora harmónica pode ser gerada por um diapasão que, quando vibra periodicamentecom período T, emite um som harmónico simples. A oscilação do diapasão provoca o movimentoharmónico das moléculas que constituem o ar em torno das suas posições de equilíbrio que, porcolisão com outras moléculas da vizinhança, propagam a onda sonora. O deslocamento dasmoléculas ocorre na direcção do movimento da onda provocando variações na densidade e pres-são do ar. O gráfico da figura 3 mostra, para um determinado instante, o valor do deslocamento,Ax, sofrido pelas moléculas que constituem o ar em função da posição, x, devido à propagaçãode uma onda sonora harmónica.

Ax/(im

8 pontos

x/m

3.1

Fig.3

Seleccione a alternativa que corresponde à posição onde a densidade do ar é máximanaquele instante.

(A) x,(B) x2(C)x3(D)x4

3.2.

3.3.

Calcule o valor da frequência da onda sonora representada na figura 3, sabendo que a veloci-dade do som no ar é v = 340 m s"1.


Considerando a propagação de uma onda sonora no ar, seleccione a alternativa que corres-ponde à classificação destas ondas quanto ao seu modo de propagação.

(A) Ondas electromagnéticas

(B) Ondas mecânicas

(C) Ondas longitudinais

(D) Ondas transversais

24 pontos

8 pontos

16 pontos

8 pontos

31


3.4. Considerando que o sentido de propagação da onda sonora é o sentido positivo do eixo r | 8 pontosT € '

dos xx, seleccione a alternativa que corresponde ao gráfico Ax = f (x) num instante, t = —, =posterior ao representado na figura 3. f

(A) (B) l

AX/JJ.IT)

6 x/m

Ax/jam

^r^ X ̂ \̂ X X X .^^ "̂̂ .̂

1 2\ 3 .Á 5 6 x/m*

(C)Ax/jani

6 x/m

3.5. Com as novas tecnologias, o reconhecimento da voz é uma realidade.

Esta pode ser reconhecida...

(A) ... pelo seu timbre que resulta da sobreposição de vários sinais harmónicos que variamde pessoa para pessoa.

(B) ... pela sua intensidade que se relaciona com a altura da voz de uma pessoa.

(C) ... pela sua frequência que tem a ver com os sons agudos e graves.

(D) ... pela sua amplitude que se relaciona com a frequência.

Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase.

3.6. Uma onda sonora pode ser captada por um microfone e transformada num sinal eléctrico.Esta transformação baseia-se no fenómeno da indução electromagnética, descoberto porFaraday. A membrana do microfone contém uma bobina que se encontra próxima de umíman permanente.

Tendo em conta a informação apresentada, complete a frase seguinte.

"Quando a membrana do microfone oscila, o fluxo do campo magnético que atravessa o cir-cuito da bobina (a) e gera-se uma (b) induzida no circuito capaz de produziruma corrente eléctrica (c) induzida que pode ser novamente convertida num sinalmecânico num altifalante."

3.7. Em sistemas de alta-fidelidade, os condensadores podem ter a função de eliminar ruídos.

8 pontos

8 pontos

8 pontos

Hg. 5

32


Considerando o condensador de placas paralelas representado na figura 5, seleccione aalternativa correcta.

(A) Se o módulo do campo eléctrico em A for 50 V rrr1, em B pode ter o módulo de 25 V rrf1.

(B) Se o módulo do campo eléctrico em A for 50 V m"1, em B pode ter o módulo de 75 V m"1.

(C) Se o módulo do campo eléctrico em A for 50 V rrr1, em B também tem o mesmo módulo.

(D) Se o módulo do campo eléctrico em A for 50 V rrf1, em B pode ter o módulo de 100 V m"1.

4. No dispositivo experimental de Joule, a energia potencial cedida por um corpo em queda é trans-formada em trabalho realizado na água, aumentando assim a temperatura da mesma. Com basenesta experiência, Joule verificou que era necessário fornecer uma energia de 4184 J para aumen-tar a temperatura de 1 kg de água de 1 °C.

4.1. Com base no texto, seleccione a alternativa correcta.

(A) Na experiência de Joule, ocorre conservação da energia mecânica.

(B) Na experiência de Joule, a quantidade de energia potencial que o corpo cede é inferior àquantidade de energia cinética que o mesmo ganha.

(C) Na experiência de Joule, a quantidade de energia potencial que o corpo cede é igual àquantidade de energia cinética que o mesmo ganha.

(D) Na experiência de Joule, a quantidade de energia potencial que o corpo cede é superiorà quantidade de energia cinética que o mesmo ganha.

4.2. Um exemplo concreto da experiência de Joule pode ser observado na queda de água deuma cascata. Assumindo que a variação de energia potencial sofrida pela água de uma cas-cata tem como consequência o aumento de temperatura da mesma, calcule a variação detemperatura sofrida pela água quando a mesma cai de uma altura de 10 m.


4.3. A variação de energia interna de um sistema fechado pode ser feita à custa de transferênciasde energia sob a forma de trabalho, calor ou radiação. Seleccione a opção correcta.

(A) Um sistema cede calor a outro se tiver maior energia interna.

l (B) Um sistema cede calor a outro se estiver a uma temperatura superior.3

l (C) Um sistema cede calor a outro se tiver maior capacidade térmica mássica.

= (D) Um sistema cede calor a outro se tiver maior energia potencial.

8 pontos

16 pontos

8 pontos

FIM

TI-FQA11-0333



1.

1.1. O texto deverá ser escrito interligando as seguintes três ideias-chave:

• Para Aristóteles, cada "substância" teria um "lugar natural" no Universo. Toda e qualquer matéria era|composta por quatro elementos: Terra, Água, Ar e Fogo. Esses elementos tinham posições determi- 1nadas no Universo. O lugar natural do Fogo e do Ar era sempre acima do lugar natural da Água e da fTerra. Desse modo, Aristóteles explicava, por exemplo, porque cai uma pedra: o seu lugar natural l

2

era a Terra.

• Para Newton, os movimentos eram governados por três leis. A Primeira Lei diz-nos que se a resultantedas forças que actuam sobre um corpo for nula, o corpo permanece no seu estado de repouso oumove-se com velocidade constante. A Segunda Lei diz-nos que a aceleração de um corpo é proporcio-nal à resultante das forças que actuam sobre o mesmo. A Terceira Lei diz-nos que as forças existem aospares (par acção-reacção).

• Se a resultante das forças que actuam sobre um corpo for nula, pela Segunda Lei de Newton, a suaaceleração é também nula. Se a aceleração do corpo for nula, a sua velocidade é constante (ou nula).Logo, verifica-se a Primeira Lei de Newton.

1.2. (B). Vamos aplicar a Segunda Lei de Newton ao satélite geostacionário: F = m~a.

A intensidade da força que a Terra exerce sobre o satélite é dada pela Lei da Gravitação Universal:

v2A aceleração a que fica sujeito o satélite é uma aceleração centrípeta, logo: ac = — .

Substituindo, então, na expressão da Segunda Lei de Newton, fica: G — ̂ - = m— (1).

O TT rComo o valor da velocidade do satélite é dado por: v = - , tem-se, substituindo em (1):

1.3. (C). Vamos aplicar a Segunda Lei de Newton quer à Lua quer ao satélite do GPS: F = m a.

A intensidade da força que a Terra exerce sobre os satélites é dada pela Lei da Gravitação Universal:MmF=G v.

Igualando as duas expressões, fica: m a = G —^- <=> a = G —.

Assim, a razão entre as acelerações —^~ dos dois satélites será:aGPS

r_/w_fl r2 fl r2"Lua __ 'Lua / v "Lua _ 'GPS

^GPS Q M ^GPS r\_ua

^GPS

Logo, substituindo, fica: 0 n .aGPS 384 4002

34


1.4. (A) Falsa. Na Terra, o corpo está sujeito a uma atracção gravítica maior. Logo, o seu tempo de voo,ívoo = -2., será menor. Portanto, o corpo demora menos tempo a atingir a altura máxima.

^y

(B) Verdadeira. O corpo A fica sujeito a uma maior aceleração, uma vez que, na Terra, a intensidade daforça gravítica é maior. Logo, ao mudar mais rapidamente a sua velocidade, atinge a velocidade nula

v2(na altura máxima) muito mais rapidamente e a uma altura, /?máx = —^-, menor do que o corpo B que seencontra na Lua. ^

(C) Falsa. Pelo Teorema da Energia Cinética, o trabalho realizado pela resultante das forças que actuamnum corpo é igual à variação da energia cinética sofrida pelo corpo, isto é, W^ = AEC. Como a únicaforça que actua sobre cada um dos corpos A e B é a força gravítica, temos:

Wp = AJEc <=$ Wp = — m (v2 - v2). Uma vez que os corpos possuem a mesma massa e são lançados

com a mesma velocidade inicial (7 m s~1), ao atingirem a altura máxima a sua velocidade é nula, sendoa variação da energia cinética igual para ambos.

Portanto, o trabalho realizado pela força gravítica é igual.

(D) Falsa. Uma vez que a única força que actua em cada um dos corpos é a força gravítica (força conser-vativa), há conservação da energia mecânica, ou seja, a uma diminuição da energia cinética corres-ponde um mesmo aumento de energia potencial, AEC = - AEP. Como a variação da energia cinética éa mesma para os dois corpos (ver resposta à alínea (C)), então, a variação da energia potencial sofridapor ambos os corpos é também igual.

(E) Falsa. Os corpos têm a mesma massa e a mesma velocidade inicial, logo- têm a mesma energia mecâ-nica inicial. Não existindo forças dissipativas, a energia mecânica é a mesma para ambos.

(F) Verdadeira. Pela Segunda Lei de Newton, se a resultante das forças que actuam no corpo é maior, aaceleração a que o corpo fica sujeito também o será. Neste caso, os corpos estão sujeitos apenas àforça gravítica, que é maior na Terra do que na Lua. Então, a aceleração a que fica sujeito o corpo A(na Terra) é maior do que a aceleração a que fica sujeito o corpo B (na Lua).

(G) Falsa. Ver respostas às alíneas (C), (D) e (E).

(H) Falsa. A altura máxima é independente da massa do corpo. Consideremos o início do movimento e oinstante em que o corpo atinge a altura máxima. Como há conservação da energia mecânica, pode-mos escrever:

^nrij = ̂mf ^ ^ ^q ~*~ ^PJ = ̂Cf ~*~ ^-pf ^ ^

— m v?+ mgh^ — m v2+ m g h^

2

2= Considerando h-} = O e sendo vf = O, tem-se: —• v2= g ft, <=» rtf = — — .

Portanto, a altura máxima atingida pelo corpo depende do valor da velocidade inicial, v-}t com que élançado e da aceleração da gravidade, g (na Terra ou na Lua), e não da massa do corpo.

2.2.1. A Primeira Lei de Newton diz-nos que se a resultante das forças que actuam sobre um corpo for nula, o

corpo ou permanece em repouso ou desloca-se com velocidade constante. Assim, de modo a verificar aPrimeira Lei de Newton, o grupo de alunos deverá, depois de ter efectuado a montagem da figura e deter ligado o sensor de movimento ao computador, iniciar o programa de aquisição de dados e, emseguida, largar o carrinho a partir do repouso. Como para t > ̂ (onde ̂ é o instante em que o corpo sus-penso, que puxa o carrinho, atinge o chão), a resultante das forças que actuam no carrinho pode serconsiderada nula (admitindo também que as forças de atrito entre o carrinho e o plano sobre o qual se

35


desloca são desprezáveis), o grupo de alunos deverá verificar, no gráfico v = f (f), obtido para o movi- gmento do carrinho, que, quando f > í^ se tem uma recta paralela ao eixo das abcissas, isto é, o valor da =velocidade é constante para valores superiores a í1f como se observa no gráfico da figura 2. |

ol

2.2. (C). Como a menor divisão da escala da fita métrica é o milímetro, a sua incerteza, uma vez que se tratade um instrumento analógico, é metade da menor divisão da escala, ou seja, 0,5 mm. Assim, podemosmedir alturas com uma precisão que vá até aos 0,5 mm (0,05 cm). Logo, a alternativa correcta é a (C),uma vez que o número de algarismos significativos da medida (h = 50,00 cm) deve respeitar a ordem degrandeza da incerteza (A/7 = 0,05 cm).

2.3.

Cálculo da aceleração do movimento:

Aplicando a Segunda Lei de Newton ao carrinho e ao corpo suspenso, obtêm-se duas equações comduas incógnitas:

Relativamente ao carrinho de massa M, tem-se: T= M a (1).

Relativamente ao corpo suspenso de massa m:mg-T = ma (2).

Resolvendo o sistema das duas equações (1) e (2), de modo a eliminar T, fica:

^m g - M a = m a <=> m g = (M + m) a <=> a =

Substituindo pelos valores, obtém-se: a = - 2,0 m s"2.

Cálculo do tempo que o corpo suspenso demora a cair da altura h\o o movimento do corpo suspenso é uniformemente acelerado, com velocidade inicial nula, tem-se:

Substituindo pelos valores, tem-se: t = J2x^000 <^> t = 0,71 s.

3.

3.1. (C). Pela análise do gráfico:

Para x = x^, as moléculas encontram-se na posição de equilíbrio Ax = 0.

Para x = x2, as moléculas sofrem um deslocamento no sentido positivo (Ax > 0) do eixo dos xx, ou seja,deslocaram-se no sentido de ficar mais próximas da abcissax = x3.

Para x = x3, as moléculas encontram-se na posição de equilíbrio Ax = 0.

Para x = x4, as moléculas sofrem um deslocamento no sentido negativo (Ax < 0) do eixo dos xx, ou seja,deslocaram-se no sentido de ficar mais próximas da abcissa x = x3.

Portanto, a posição onde a densidade do ar é máxima é x = x3.

3.2. A velocidade de propagação de uma onda é dada por: v = — <=> v = hf.

Pela análise do gráfico da figura 3, verificamos que o comprimento de onda da onda sonora é A = 4,0 m.Então, substituindo pelos valores, tem-se: 340 = 4,0 f <=> f =85 Hz.

3.3. (C). Quanto ao modo de propagação, as ondas sonoras no ar são ondas longitudinais, pois a vibraçãodá-se na mesma direcção em que a onda se propaga.

36


3.4. (D). A onda propaga-se no sentido positivo do eixo dosxx, percorrendo um espaço, s, dado por:i

s = v At, onde véa velocidade de propagação da onda. Logo, tem-se: s = — Aí.

T AT ÀComo Aí = —, fica: s = — — <=> s = —, ou seja, o espaço percorrido pela onda, no sentido positivo do eixo

dos xx, corresponde a um quarto do comprimento de onda. Assim, o gráfico Ax = f (x) é o (D).

3.5. f A). O timbre permite distinguir dois sons com a mesma intensidade e frequência, emitidos por fontessonoras diferentes. A actual tecnologia de reconhecimento de voz baseia-se na identificação dos diferen-tes harmónicos de um som complexo, o qual pode ser caracterizado pela altura, intensidade e timbre. Otimbre resulta da execução de vários sinais harmónicos que variam de pessoa para pessoa. Sendo esteparâmetro característico de cada pessoa, por comparação de sinais é possível fazer o reconhecimentoda voz.

3.6. "... (a) varia ... (b) força electromotriz ... (c) alterna (ou variável) ..."

3.7. fC). No interior de um condensador de placas paralelas, o campo eléctrico é uniforme, isto é, o vectorcampo eléctrico, E, tem a mesma direcção, o mesmo sentido e o mesmo módulo em todos os pontosdessa região.

4.

4.1. (D). Na experiência de Joule, a energia potencial cedida pelo corpo é transformada em trabalho realizadosobre a água. Logo, a quantidade de energia potencial cedida pelo corpo é superior à quantidade de ener-gia cinética que o mesmo ganha.

4.2. A variação da energia potencial da água da cascata é dada por: AEP = m g h.

Assumindo que a energia potencial cedida na queda vai ser absorvida na forma de calor, Q, levando aoaquecimento da água da cascata, tem-se:

m g h = Q «=> m g h = m c AT <=> g h = c AT <=^> AT= —conde c é a capacidade térmica mássica da água e AI é a variação de temperatura sofrida pela mesmadurante a queda.

Substituindo pelos valores fica: AT= 1<?,XQ1° <=> AT =0,024 K.H-l o4-

l 4.3. (B). Quando dois sistemas fechados, inicialmente a temperaturas diferentes, são postos em contacto,l ocorre transferência de energia do sistema que se encontra a uma temperatura superior para o sistema= que se encontra a uma temperatura inferior, por interacção partícula-partícula (colisões em que as partícu-; Ias com maior energia cinética cedem energia às de menor energia).

37

Teste Intermédio 4

Física e Química ADuração do Teste: 90 minutos



Muitas reacções atingem uma condição de equilíbrio, um estado de balanço ou igualdade entreprocessos opostos. No equilíbrio, a tendência dos reagentes para formar produtos é contrabalan-çada pela tendência dos produtos em formar reagentes, de onde resulta uma mistura de reagen-tes e produtos.

O conhecimento do equilíbrio permite-nos determinar a extensão da reacção, as quantidades deprodutos formados e as quantidades de reagentes que não reagem. Podemos determinar as con-dições que favorecem a formação de produtos e as que não favorecem. Muitos processos indus-triais importantes são reacções de equilíbrio efectuadas sob condições que produzem a maiorquantidade de produto ao preço mais baixo.

Adaptado de Química: Princípios e Aplicações, D. Reger, S. Goode e E. Mercer, Fundação Calouste Gulbenkian

1.1. Com base na informação apresentada no texto, indique porque é importante que as reac-ções de síntese industrial sejam completas.

1.2. As condições em que as reacções são efectuadas são estudadas cuidadosamente de modoa obter-se o maior rendimento no que respeita aos produtos fabricados, reduzindo o maispossível os custos de produção.

Relativamente aos factores que alteram a posição de equilíbrio das reacções em fase gasosae à importância do seu estudo nos processos industriais e ambientais, classifique como ver-dadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmações.

(A) Um sistema reaccional está em equilíbrio quando a velocidade da reacção directa é igualà da reacção inversa.

(B) Se a temperatura de um sistema em equilíbrio aumentar, atinge-se um novo estado deequilíbrio, onde a velocidade da reacção no sentido directo é superior à da reacção nosentido inverso.

(C) Numa reacção exotérmica, se a temperatura do sistema em equilíbrio diminuir, a reacçãoprogride no sentido de formação dos reagentes.

(D) A constante de equilíbrio, Kc, de uma reacção é afectada por variações de temperatura.

(E) Se a reacção for endotérmica, Kc diminui quando a temperatura aumenta.

{F) Um aumento de pressão favorece a progressão da reacção no sentido da formação dosprodutos.

(G) Um valor elevado de Kc (Kc » 1) indica que a reacção é muito extensa no sentido da for-mação dos produtos.

(H) Os catalisadores, apesar de não afectarem o valor da constante de equilíbrio, aumentama velocidade da reacção.

| 8 pontos

16 pontos

2. O amoníaco, NH3, é um dos produtos químicos mais importantes a nível mundial. É produzidoindustrialmente pelo processo Haber-Bosch, de acordo com a equação química seguinte:

N2(g) + 3H2(g)^2NH3(g)

j A constante de equilíbrio, Kc, da reacção, a 430 °C, é 9,7.

\s condições de produção, com vista a um maior rendimento versus custos, exigem um com-\o que estabelece uma temperatura entre 400 °C e 450 °C e uma pressão entre 200 atm; e 300 atm, com o uso simultâneo de um catalisador.

39


2.1. Escreva um texto no qual faça referência aos seguintes tópicos: r \4 pontosO l>

• Critérios utilizados para a escolha da temperatura. ©

• Necessidade de efectuar a síntese a pressão relativamente elevada. |

• A função do catalisador. j

2.2. Considere que na síntese do amoníaco, NH3, as concentrações de equilíbrio do sistema reac- \4 pontoscional, a uma temperatura 7, são: |

[NH3] = 0,80 mol drrr3; [N2] -0,81 mol drrf3; [H2] = 9,18 mol dnr3 |

Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, nestas condições, e indique, justificando, se a |temperatura T é superior ou inferior a 430 °C. l

Apresente todas as etapas de resolução. \. Considerando as energias médias de dissociações das ligações: \6 pontos

Edjss(N = N) - 945 kJ mol"1; Edíss(H - H) = 432 kJ mor1; Ediss(N - H) - 391 kJ mor1 \e que a variação de entalpia, AH, da reacção é -105 kJ. |

Apresente todas as etapas de resolução. \. Seleccione a opção que completa correctamente a frase seguinte. j 8 pontos

A energia libertada na reacção, por mole de amoníaco formado, é... |

(A) ... 146 kJ mor1 |

(B) ... 986 kJ mor1 \) ... 52,5 kJ mor1 j

(D) ... 105 kJ mor1 \. O amoníaco no estado gasoso, NH3(g), ou em solução aquosa, NH3(aq), é o reagente-base

de um grande número de indústrias, nomeadamente dos fertilizantes, dos explosivos, dosplásticos e do ácido nítrico.

2.5.1. No rótulo de um frasco que contém uma solução aquosa de NH3 estão registadas as 16 pontosseguintes informações: ,

M (NH3) = 17,0 g mol'1 25,0% (m/m) p = 0,91kgdnr3 |

Calcule o volume da solução referida necessário à preparação de 0,50 dm3 de uma |solução de NH3, que deverá conter 100,0 g de NH3 em 1,0 dm3 de solução. l


2.5.2. A presença de amoníaco e de compostos de amoníaco é comum em diversos produ- 8 pontostos, como os de limpeza doméstica. A identificação destes compostos pode ser feita lem laboratório, usando testes químicos específicos como, por exemplo, o de obter lcloreto de amónio, NH4C^(s), a partir de amoníaco, NH3(g), e de cloreto de hidrogénio, |HC^(g), de acordo com a reacção: \3(g) + HC^(g) —> NH4Of(s) |

Justifique a seguinte afirmação verdadeira: j

"A reacção do amoníaco, NH3(g), com o cloreto de hidrogénio, HC/(g), originando |cloreto de amónio, NH4C^(s), é uma reacção de ácido-base, segundo a Teoria de \" |

40


3. O sabor característico do vinagre é devido ao ácido acético, CH3COOH(aq). Este ácido ioniza-sede acordo com a equação química:

CH3COOH(aq) + H2O(^) ̂ CH3COCr(aq) + H3O+(aq)

À temperatura de 25 °C, o valor da constante de equilíbrio desta reacção é 1,8 x 10'5.

3.1. Seleccione a alternativa correcta correspondente ao valor da constante de basicidade, Kb, dabase conjugada do ácido acético.

(A) 1,8x1Cr19

(B) 5,6x10-10

(C) 1,8x10'9

(D) 5,6x10'8

3.2. De entre as seguintes soluções aquosas, todas com a mesma concentração, seleccione aque, à temperatura de 25 °C, tem maior valor de pH.

(A) Ácido acético(aq), Ka(a 25 °C) - 1,8 x 1CT5

(B) Ácido acetilsalicílico(aq), Ka(a 25 °C) - 3,0 x 1Cr4

(C) Ácido ascórbico(aq), Ka(a 25 °C) = 8,0 x 10~5

(D) Ácido fórmico(aq), Ka(a 25 °C) - 1,7 x 10~4

3.3. O produto de solubilidade do acetato de prata, AgCH3COO(s), em água é KQ = 1,9 x 10~3, àtemperatura de 25 °C.

Seleccione a alternativa que corresponde ao valor da solubilidade do acetato de prata emágua, à temperatura referida.

(A) 3,6x10-6moldrrr3

(B) 1,2x10-3moldrrr3

(C) 4,4x10-2moldm-3

(D) 6,9x10-4moldrTT3

4. A uma solução aquosa diluída de sulfato de cobre(ll), adicionaram-se fragmentos de zinco metá-lico, tendo-se observado a ocorrência de reacção.

Cu2+(aq) + Zn(s) ̂ Zn2+(aq) + Cu(s)

4.1. Seleccione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respectiva-mente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte.

A ocorrência de reacção é evidenciada pela (a) da cor azul da solução e por deposi-ção de (b) metálico.

(A) ... perda ... cobre ...

(B) ... perda ... zinco ...

(C) ... intensificação ... cobre ...

(D) ... intensificação ... zinco ...

4.2. A reacção química que ocorre é uma reacção de oxidação-redução.

Relativamente a esta reacção, seleccione a alternativa que justifica o que ocorre na reacção.

(A) O catião Cu2+(aq) é um redutor mais forte que o catião Zn2+(aq).

| (B) O catião Cu2+(aq) tem menor poder oxidante do que o catião Zn2+(aq).

i (C) O zinco metálico é um oxidante mais forte do que o cobre metálico.

; (D) O zinco metálico tem maior poder redutor do que o cobre metálico.

8 pontos

8 pontos

8 pontos

8 pontos

8 pontos

41


5. A água consegue dissolver, em extensão apreciável, um elevado número de substâncias. Con- rtudo, verifica-se que nem todas as substâncias se dissolvem de igual modo, ou seja, para o =mesmo volume de solvente, a massa de soluto que as torna saturadas é diferente. Um dos facto-1rés que influenciam a solubilidade em água de um composto iónico é a temperatura. |

3

5.1. Diga o que se entende por solubilidade.

5.2. No gráfico da figura 1 estão representadas as curvas de solubilidade, em função da tempera-tura, para alguns sais.

CuSO4

KC!

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Temperatura /°C

Hg. 1

Seleccione a alternativa correcta relativamente à influência da temperatura nas solubilidadesdestes sais.

(A) A solubilidade dos sais aumenta com o aumento da temperatura.

(B) À temperatura de O °C, a solubilidade do KNO3 é superior à do

(C) O KCl é mais solúvel em água do que o NaC^.

(D) A 70 °C, a solubilidade do CuSO4 é igual à do

8 pontos

8 pontos

6. A geometria molecular é o arranjo tridimensional dos átomos numa molécula. O seu conhecimentoé importante, pois afecta muitas das propriedades físicas e químicas da substância, como sejam ospontos de fusão e de ebulição, a densidade e o tipo de reacções em que a substância participa.

6.1. Seleccione a alternativa correcta correspondente, respectivamente, à geometria molecular 8 pontosdas espécies: CO2, H2O, NH3 e CH4.

(A) Angular, linear, piramidal e tetraédrica.

(B) Linear, angular, piramidal e tetraédrica.

(C) Linear, linear, angular e piramidal.

(D) Angular, angular, tetraédrica e piramidal.

6.2. Dos pares de moléculas que se apresentam a seguir, seleccione, justificando, a alternativa 16 pontoscorrespondente a espécies isoelectrónicas.

(A) CO2, H2O (B) CO2, NH3

(C) H2O, NH3 (D) CH4, CO2

FIM

42



1.1.1. Porque, de outro modo, desperdiçar-se-iam reagentes, o que se traduziria em prejuízo económico, ao

mesmo tempo que seriam lançadas substâncias para o ambiente, por vezes de elevada toxicidade.

1.2. (A) Verdadeira. Macroscopicamente, quando um sistema se encontra em equilíbrio químico, a uma dadatemperatura, não se registam mudanças observáveis de propriedades físicas e químicas ao longo dotempo (cor, concentração dos componentes, pressão, volume, temperatura,...). No entanto, a reac-ção não pára; os reagentes continuam a formar produtos da reacção e vice-versa, sendo a velocidadeda reacção no sentido directo igual à da reacção no sentido inverso.

(B) Falsa. Se a temperatura do sistema em equilíbrio aumentar, atinge-se um novo estado de equilíbrio emque a velocidade das duas reacções (nos sentidos directo e inverso) é igual. Enquanto não for atingidoo novo estado de equilíbrio, se a reacção for exotérmica no sentido directo, a velocidade da reacçãonesse sentido é superior à velocidade da reacção no sentido inverso.

(C) Falsa. A maior parte das reacções químicas ocorre com absorção ou libertação de energia sob aforma de calor, designando-se, por isso, por reacções endotérmicas e exotérmicas, respectivamente.De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, uma diminuição de temperatura irá favorecer uma reacçãoexotérmica no sentido directo, levando a um aumento da constante de equilíbrio. Portanto, se a reac-ção for exotérmica no sentido directo, Kc aumenta quando a temperatura diminui, pois a reacção pro-gride no sentido de formação de produtos.

(D) Verdadeira. Como já se referiu em (C), uma variação na temperatura provoca uma variação da cons-tante de equilíbrio, afectando a extensão da reacção.

{E} Falsa. Se a reacção for endotérmica, quando a temperatura do sistema aumenta, Kc aumenta. Um aumentode temperatura do sistema favorece a evolução da reacção no sentido da formação dos produtos.

(F) Falsa. De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, a evolução da reacção, que ocorre no estadogasoso, dá-se no sentido de minimizar a perturbação, ou seja, no sentido de fazer diminuir a pressão,até ser atingido um novo estado de equilíbrio (mantendo Kc), o que se verifica no sentido em que háformação de menor número de moles gasosas.Se a quantidade química de reagentes, isto é, o número de moles, for igual à quantidade química deprodutos, uma variação de pressão não afecta o equilíbrio.

(G) Verdadeira. Para uma reacção à temperatura 7~, traduzida genericamente pela equação química:

a A + b B ̂± c C + d D

a expressão da constante de equilíbrio, Kc, em função das concentrações é a seguinte:

~ [cfetDEC

Como se pode ver pela expressão, se Kc » 1 , no equilíbrio há um domínio dos produtos sobre osreagentes, o que significa que a reacção é muito extensa no sentido directo.

(H) Verdadeira. Um catalisador não tem efeito no estado de equilíbrio, pelo que não afecta o valor daconstante de equilíbrio. A adição de um catalisador apenas faz aumentar a velocidade das reacçõesdirecta e inversa na mesma extensão.

2.

2.1. O texto solicitado deve referir:

• Critérios utilizados para a escolha da temperatura - referir que a reacção de síntese industrial do amo-níaco pelo processo de Haber-Bosch é uma reacção exotérmica. Como tal, a produção de amoníacoserá favorecida se a temperatura diminuir.

j No entanto, quanto menor for a temperatura, mais lenta é a reacção, o que significa que a temperaturasi baixas a reacção levará muito tempo para atingir a posição de equilíbrio. Portanto, o intervalo de tempe-i raturas 400-450 °C é um intervalo de compromisso, pois permite a obtenção de uma elevada proporçãoi de amoníaco na mistura de equilíbrio, num intervalo de tempo pequeno e economicamente aceitável.

43


• Necessidade de efectuar a síntese a pressão relativamente elevada - explicar que, de acordo com o rPrincípio de Lê Chatelier, a produção industrial de amoníaco será favorecida se a pressão aumentar, pois ío sistema irá responder evoluindo de forma a contrariar esse aumento, isto é, no sentido em que se |forma um menor número de moles gasosas (sentido directo). Contudo, a obtenção industrial a altas |pressões é muito dispendiosa e, como tal, a pressão de compromisso é 200-300 atm. 3

> A função do catalisador - o catalisador, neste processo, tem um contributo importante. Ao aumentar avelocidade da reacção, vai permitir que a temperatura a que decorre a reacção seja mais baixa, propor-cionando, assim, um melhor rendimento.

2.2. Kr = •[NH3

Substituindo pelos valores, fica: Kc = °'8^ <=> Kc = 1,0 x 10~3.u,oi x y, 1 o

Como Kc, à temperatura T, é inferior a Kc> à temperatura de 430 °C, e a reacção é exotérmica no sentidodirecto (AH < 0), o que significa que a temperatura T é superior a 430 °C (7 > 430 °C). De acordo com oPrincípio de Lê Chatelier, quando a temperatura aumenta, a reacção evolui no sentido de a fazer diminuir,que, neste caso, é no sentido inverso. Como tal, a constante de equilíbrio diminui.

2.3. NlH

A entalpia da reacção corresponde ao balanço energético da energia envolvida na quebra e formação denovas ligações. Assim:

AH = Ediss(N s N) + 3 Ediss(H - H) - 2 x 3 Ediss(N - H)

3x432-6x391 <=> AH--105kJ

2.4. (C). Vimos em 2.3. que, quando se formam duas moles de amoníaco, se libertam 105 kJ de energia.

Portanto, por mole de amoníaco formado, a quantidade de energia libertada é de 52,5 kJ mor1.

2.5.2.5.1. Se se pretende preparar uma solução com 100,0 g de NH3 por 1,0 dm3 de solução, então, em

0,50 dm3 teremos de ter 50,0 g de NH3.

Cálculo da massa de solução inicial necessária:

% (m/m) = msoluto x 100"'solução inicial

Substituindo pelos valores, tem-se:

25,0 - 5°'° x 100 £=> msolução incial = 2,00 x 102 g'' 'solução inicial

Cálculo do volume de solução necessário:

p = £L 0,91 = 2,00 x 102 x 1 Q"3 <=> v= Oj22 dms (220 cm3}

2.5.2. Segundo a Teoria de Brõnsted-Lowry, numa reacção de ácido-base há transferência de protões doácido para a base.Na reacção indicada, verifica-se essa transferência protónica.O cloreto de hidrogénio (espécie ácida) cede um protão ao amoníaco (espécie básica), formando-seos iões NH^ e Gl~ que constituem o cloreto de amónio, NH4C£

3.

3.1. (B). A base conjugada do ácido acético, CH3COOH, é o ião acetato, CH3COO~.A relação entre a constante de acidez de um ácido, Ka, e a constante de basicidade, Kb, da sua base con-jugada é a seguinte:

Substituindo pelos valores, tem-se:

1,Ox10-1 4=1,8x10-5xKb <=> Kb = 5,6x10-10(a25°C)Nota: os ácidos carboxílicos mais vulgares na Natureza são frequentemente designados pelos seus nomes comuns. O ácido acético

(nome comum) designa-se por ácido etanóico segundo a IUPAC (International Union of Applied Chemistry),

44


3.2. (Â). Para soluções aquosas de ácidos com a mesma concentração, a extensão da ionização de um ácidoé tanto maior quanto maior for o valor da constante de acidez, Ka.Sendo a extensão da ionização maior, maior é o valor de [H3O+]e e, consequentemente, menor é o valor do pH,uma vez que pH = - log [H3O+]e. Logo, ao ácido com menor valor de Ka corresponde o maior valor de pH.

3.3. fC). O equilíbrio de solubilidade do acetato de prata, AgCH3COO(s), em água é traduzido pela equaçãoquímica seguinte:

AgCH3COO(s) ̂ Ag+(aq) + CH3COO-(aq)

sendoKs(AgCH3COO) - [Ag+]e [CH3COO1e

Designando por s a solubilidade do sal AgCH3COO(s) em água, pode escrever-se:Ks(AgCH3COO) - s2

Substituindo pelos valores, tem-se:1,9 x 10'3 = s2 =» s - 4,4 x 10'2 mol dnr3

4.

4.1. (A). Quando se adicionam fragmentos de zinco metálico a uma solução aquosa de sulfato de cobre(ll),ocorre uma reacção de oxidação-redução. A solução azul perde cor porque os iões Cu2+(aq), que seencontram na solução, são reduzidos a cobre metálico, Cu(s), que se deposita. Simultaneamente, o zincometálico, Zn(s), é oxidado a Zn2+(aq), que passa para a solução.

4.2. (D). Uma reacção de oxidação-redução, representada genericamente por:

Oxid 1 + Red 2 ̂ Red 1 + Oxid 2

é espontânea no sentido directo se:• o Oxid 1 for mais forte do que o Oxid 2;• o Red 2 for mais forte do que o Red 1.

Logo, o catião Cu2+(aq) é um oxidante mais forte do que o catião Zn2+(aq) e o zinco metálico é um redutormais forte do que o cobre metálico.

Cu2+(aq) + Zn(s) ^ Zn2+(aq) + Cu(s)Oxidl Red 2 Red 1 Oxid 2

5.

5.1. A solubilidade de um soluto nunn dado solvente, a uma dada temperatura, define-se como sendo a quantidademáxima de soluto que se pode dissolver no solvente, por decímetro cúbico de solução, de forma a obter umasolução saturada.

5.2. (D). Para a maioria dos sais, a solubilidade aumenta com a temperatura, havendo, porém, sais cuja solubi-lidade diminui e outros para os quais praticamente não varia.Por análise do gráfico verifica-se, por exemplo, que a temperatura tem pouca influência na solubilidade doNaC^ em água. Verifica-se também que, para algumas temperaturas, há sais com igual solubilidade, comoé o caso do CuSO4 e do KGl a 70 °C, e que a solubilidade do Ce2(SO4)3 diminui com a temperatura.

6.

6.1. (B). A geometria das moléculas de CO2, H2O, NH3 e CH4 é, respectivamente, a seguinte:

H

X0X /^^ C^

Geometria linear Geometria angular Geometria piramidal Geometria tetraédrica

6.2. (C). Duas espécies dizem-se isoelectrónicas quando têm o mesmo número de electrões na sua nuvem\. Atendendo aos números atómicos dos átomos que entram na constituição das moléculas,

Í iH 6C 7N 80

\s que na molécula de CO2 há 22 electrões e que nas moléculas de H2O, NH3 e CH4 há 10 electrões.

: Logo, a alternativa que corresponde a duas espécies isoelectrónicas é a (C).

45




Quando uma chuva se abateu sobre Pitllochry, na Escócia, em 10 de Abril de 1974, ela atingiu o grecorde do mundo - não de volume, mas de acidez. §

©A chuva que caiu nesse dia era quase sumo de limão e mais ácida do que vinagre. Embora os l

m

valores em Pitllochry fossem excepcionalmente elevados, em muitas localidades da Europa e da fAmérica do Norte a chuva que cai é centenas de vezes mais ácida do que deveria ser.

A chuva ácida corrói os edifícios, danifica os solos, mata os peixes nos lagos e contribui para adestruição de floresta. Nem mesmo o Árctico está livre da poluição atmosférica que origina aschuvas ácidas.

De onde provém esta acidez? Não restam dúvidas de que a maior parte provém da actividadehumana - dos automóveis, das fábricas, das centrais termoeléctricas, etc. Sempre houve algumaacidez na água das chuvas devido aos vulcões, às reacções que ocorrem nos pântanos e noplâncton marítimo, mas a acidez tem aumentado abruptamente nos últimos 200 anos.

Mediu-se o grau de acidez em gelos formados antes da Revolução Industrial e aprisionados nosglaciares e verificou-se que eram moderadamente ácidos, em concordância com as suas origensnaturais. Para além do dióxido de carbono e da matéria particulada, a chuva ácida deve-se tam-bém ao enxofre e ao azoto que se encontram no carvão e no petróleo. O enxofre, ao ser quei-mado, transforma-se em óxidos de enxofre e o azoto, que existe no ar e nos próprios combustí-veis, é transformado, por combustão, em óxidos de azoto [...].

Adaptado de Maravilhas da Ciência, Selecções Reader's Digest, 1991

1.1. Relativamente ao problema da chuva ácida, escreva um texto no qual explicite:

• Como se forma.

• Como se controla.

• A necessidade de estabelecer acordos internacionais para minorar os seus efeitos.

1.2. Com base na informação apresentada no texto, seleccione a alternativa que completa cor-rectamente a frase seguinte.

Para além do dióxido de carbono, CO2, os principais causadores da chuva ácida são...

(A) ... o dióxido de enxofre e a matéria particulada.

(B) ... os óxidos de enxofre e de azoto.

(C) ... os óxidos de enxofre e de azoto e a matéria particulada.

(D) ... os óxidos de enxofre, o vapor de água e a matéria particulada.

1.3. Com base na informação apresentada no texto, indique três efeitos prejudiciais da deposiçãoácida.

1.4. O limite inferior e actual do pH da água da chuva "normal", à temperatura de 25 °C, épH = 5,6.

Seleccione a alternativa que corresponde ao valor correcto do pH da chuva ácida, quase"sumo de limão", como a que se abateu sobre Pitllochry, com uma concentração em iõesH3O+ mil vezes superior à que existe na chuva "normal", à mesma temperatura.

(A) 2,6 (B) 3,6

(C) 4,6 (D) 5,0

46

24 pontos

8 pontos

8 pontos

8 pontos


2. A diminuição da acidez de solos e de águas pode ser feita usando o carbonato de cálcio, CaCO3.Em alguns países escandinavos, gastam-se anualmente milhões de toneladas de carbonato decálcio para este efeito.A reacção que traduz este tipo de correcção pode ser traduzida pela seguinte equação química:

2 H3O+(aq) + CaCO3(s) —* Ca2+(aq) + CO2(g) + 3 H2O(^)

2.1. Indique as espécies ácida e básica envolvidas na reacção.

2.2. Calcule a massa de carbonato de cálcio, CaC03, que reage completamente com os iõesH3O+ presentes em 1,0 dm3 de água de um lago tratado, com pH = 5,0, considerando quenão ocorrem outras reacções.Apresente todas as etapas de resolução.

2.3. Determine o volume de dióxido de carbono, C02, libertado nesta reacção, por 1,0 dm3 deágua do lago tratado, nas condições normais de pressão e temperatura.Apresente todas as etapas de resolução.Se não resolveu a alínea 2.2., considere nCaC03 = 4,0 x 10~6 mol.

3. O dióxido de carbono, C02, bem nosso conhecido devido aos problemas climáticos e ambientaisque está a provocar, tem importância também no metabolismo celular, na fotossíntese, em extin-tores de incêndio, em bebidas gaseificadas, etc.

3.1. O dióxido de carbono é um composto cujas unidades estruturais são constituídas por áto-mos de carbono, C, e de oxigénio, O.Relativamente a estes átomos, e tendo em conta a posição relativa dos respectivos elemen-tos na Tabela Periódica, seleccione a afirmação correcta.

(A) Os electrões do átomo de carbono, no estado de energia mínima, distribuem-se por qua-tro subníveis.

(B) Os electrões de valência do átomo de oxigénio, no estado de energia mínima, distri-buem-se por duas orbitais.

(C) O raio do átomo de oxigénio é superior ao raio de átomo de carbono.

(D) Quatro electrões do átomo de oxigénio, no estado de energia mínima, ocupam orbitaiscujos números quânticos n e l têm, respectivamente, os valores 2 e 1.

3.2. O dióxido de carbono reage com o hidrogénio, de acordo com a seguinte equação química:

C02(g) + H2(g) ̂ CO(g) + H2O(g) Kc = 4,2 (a 1650 °C)Num dado instante e à temperatura de 1650 °C, no recipiente fechado de capacidade fixaonde se irá estabelecer o referido equilíbrio, as concentrações das substâncias CO2, H2, CO eH2O são tais que o quociente da reacção é 2,5. Nestas condições, seleccione a alternativaque completa correctamente a frase seguinte.Mantendo constante a temperatura, a reacção vai progredir no sentido de...

(A) ... aumentar [CO2]. (B) ... aumentar [CO].[CO] (C) ... aumentar [CO] e [CO2].(D) ... diminuirá razão[C02

3.3. Pensa-se que a emissão excessiva de dióxido de carbono para a atmosfera possa contribuirpara o aumento do efeito de estufa. Considerando que, em média, são enviadas para aatmosfera cerca de 100 milhões de toneladas de dióxido de carbono, durante um ano, selec-cione a alternativa que permite calcular o número de moléculas de dióxido de carbono cor-respondente a essa emissão anual.

(A) N = ̂- moléculas de CO2

(B) N =44,01 x 6,02 x 102

moléculas de CO2

1 DD v 1 D12

(C) N = u' x 6,02 x 1023 moléculas de CO2

(D) N = 100 x 1012 x 44,01 x 6,02 x 1023 moléculas de C0:

8 pontos

24 pontos

16 pontos

8 pontos

8 pontos

8 pontos

47


4. Um dos constituintes do esmalte dos dentes é a hidroxiapatite, Ca5(P04)3OH, uma substância r \l em água. A dissolução desta substância designa-se por desmineralização e a sua forma- = \o por mineralização. Na boca estabelece-se sempre o seguinte equilíbrio químico: f |

Ê l

Ca5(PO4)3OH(s) ^=± 5 Ca2+(aq) + 3 POf(aq) + OH-(aq) l' |

4.1. Seleccione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), rés- | 8 pontospectivamente, de modo a tornar verdadeira a seguinte afirmação. |

O flúor reage com a hidroxiapatite produzindo Ca5(PO4)3F(s), substância dificilmente atacadapelos(as) (§) , reduzindo assim a (b) dos dentes, ao fazer com que a hidroxiapa-tite não se dissolva.

(A) ... bases ... mineralização ...

(B) ... bases ... desmineralização ...

(C) ... ácidos ... mineralização ...

(D) ... ácidos ... desmineralização ...

4.2. A constante de um equilíbrio de solubilidade, KSI designa-se por constante de produto de 8 pontossolubilidade ou, simplesmente, produto de solubilidade.

Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.

O valor de uma constante de produto de solubilidade, Ks, assim como o de qualquer outraconstante de equilíbrio...

(Â) ... só depende da temperatura.

(B) ... depende não só da temperatura, como também dos iões presentes na solução.

(C) ... só depende da concentração inicial da espécie no estado sólido.

(D) ... depende da concentração inicial da espécie no estado sólido e do pH do meio.

5. O etanol (ou álcool etílico), CH3CH2OH, é produzido biologicamente por fermentação do açúcar oudo amido. Na ausência de oxigénio, as enzimas presentes nas culturas bacterianas ou no fer-mento catalisam a reacção:

C6H1206(aq) 2 CH3CH2OH(aq) + 2 CO2(g)

Este processo liberta energia que os microrganismos, por sua vez, utilizam para o seu cresci-mento e para outras funções.

5.1. Considerando que a reacção ocorre com um rendimento de 80%, seleccione a alternativacorrespondente à massa de etanol que se forma a partir de 90,0 g de C6H12O6.

M (C6H1206) = 180 g mor1; M (CH3CH2OH) = 46,0 g mor

(A) 57,5 g

(B) 36,8 g

(C) 9,20 g

(D) 18,4 g

48

8 pontos


5.2. O gráfico da figura 1 representa a variação de entalpia no decorrer da reacção química.

Progressão da reacção

Fig. 1

Classifique a reacção sob o ponto de vista energético. Justifique a resposta com base nainterpretação do gráfico.

5.3. O etanol que é comercializado pode obter-se através da reacção de adição de água ao eteno(ou etileno), C2H4, a cerca de 280 °C e 300 atm, de acordo com a reacção:

CH2 - CH2(g) + H20(g) -̂i> CH3CH2OH(g)catalisador

em que se utilizam catalisadores industriais.

Embora industrialmente se prepare o etanol por hidratação do eteno, no laboratório prepara-seeteno por desidratação do etanol.

Escreva a equação química que traduz esta reacção e indique o nome do(s) reagente(s) edo(s) produto(s) da reacção.

6. Hoje, os cientistas procuram conseguir água doce, em quantidade e a custos reduzidos, a partirda água do mar, de forma a satisfazer as necessidades mundiais.

Há vários processos de dessalinização, como, por exemplo, a destilação, a congelação, a osmoseinversa, o intercâmbio iónico e a electrodiálise.

6.1. Seleccione a alternativa correspondente ao método mais antigo de dessalinizar a água do mar.

(A) Evaporação (B) Congelação

(C) Destilação (D) Osmose inversa

6.2. Tal como a água que existe na Natureza, a maioria dos materiais que se usam no quotidianosão misturas. Assim, os processos de separar e purificar são importantes e necessários paraa obtenção de substâncias puras. Há vários processos físicos que podem ser usados naseparação dos componentes de uma mistura.

Relativamente a estes processos físicos de separação, classifique como verdadeiras (V) oufalsas (F) as seguintes afirmações.

(A) A dessalinização da água do mar por destilação envolve mudanças de fase.

(B) Uma destilação consiste numa vaporização seguida de evaporação.

(C) A dessalinização por congelação baseia-se no facto de que, quando uma soluçãoaquosa congela, o sólido (gelo) que se separa da solução é praticamente água pura.

(D) A destilação simples permite separar sólidos dissolvidos em líquidos.

(E) Quando uma mistura de dois líquidos é separada por destilação, o líquido de maior pontode ebulição é o primeiro a destilar.

(F) Uma destilação fraccionada usa-se para separar misturas heterogéneas.

(G) A principal vantagem da congelação relativamente à destilação, como processo de des-l salinização, é o consumo de energia.ll (H) A decantação é o processo economicamente mais viável de dessalinizar a água do mar.

FIM

16 pontos

16 pontos

8 pontos

16 pontos

TI-FQA11-0449



O texto solicitado deve referir:

• Como se forma - referir que uma chuva ácida pode apresentar um valor de pH compreendido entre 2,0 %e 5,0, a 25 °C (o limite inferior e actual do pH da água da chuva "normal" é 5,6, a 25 °C). íInicialmente, foi atribuída a responsabilidade principal desta diminuição de pH ao dióxido de carbono, |CO2, atmosférico, devido à interacção deste com a água, o que pode ser interpretado através da |seguinte reacção química:

CO2(aq) + 2 H2O(^) ̂ HCO3(aq) + H30+(aq)

Quanto maior for a concentração de CO2, mais a reacção evolui no sentido directo, o que conduz aoaumento da concentração de H3O+ e, consequentemente, à diminuição do pH.Hoje, sabe-se que, para além do CO2, os óxidos de enxofre (SOJ e de azoto (NOJ e a matéria particu-lada são os principais causadores da chuva ácida.

• Como se controla - explicar que o controlo das chuvas ácidas pode ser efectuado antes de os poluentesserem lançados para a atmosfera (redução das emissões nas fontes), que é o melhor processo, pois atacalogo o problema na origem, ou depois de chegar à Terra, por diminuição da acidez de solos e de águas.

• A necessidade de estabelecer acordos internacionais para minorar os seus efeitos - referir que o pro-blema das chuvas ácidas assume proporções internacionais. Devido às grandes distâncias percorridaspelos óxidos de enxofre e de azoto transportados pelos ventos, as chuvas ácidas não atingem apenasas regiões onde estes são emitidos.É necessário, portanto, que haja acordos internacionais que estabeleçam regras para a redução deemissões dos poluentes.

1.2. (C). Como se pode ler no último parágrafo do texto, a chuva ácida deve-se, entre outros, ao dióxido decarbono, à matéria particulada e aos óxidos de enxofre e de azoto. Estes óxidos são maioritariamente deorigem antropogénica.

1.3. Corrosão dos monumentos e estátuas de calcário, acidificação da água de lagos e de rios e a destruiçãode florestas.

1.4. (A). O pH é dado pela expressão: pH = - log [H30+].

Sendo o pH da água da chuva "normal" 5,6, a concentração em iões H3O+ é:

5,6 = - log [H30+]chuval,normar => [H301chuva..normar= 2,5 x 10'6 mol dnr3

Então, a concentração em iões H3O+ da água da chuva poluída é:

[H30+]chuvapoluída = 2,5 x 10-6 x 1000 <=> [H30+]chuvapotuída - 2,5 x 10~3 mol dnr3

e o pH é:pHchuvapoluída = - log (2,5 x 10~3) <^> pHchuvapoluída = 2,6

2.

2.1. Espécie ácida - ião H3O+

Espécie básica - CO|" (do CaCO3)

2.2. Cálculo da quantidade química de iões H3O+(aq), em 1,0 dm3 de água do lago:

pH = 5,0 =» 5,0 = - log [H30+] <^> [H3O+] = 1,0 x 1CT5 mol drrf3

Atendendo a que c = ̂ t tem-se:

nH30+ = 1,0 x 1,0"5 x 1,0 t=> nH3o+ = 1,0 x 10"5 mol

50


Cálculo da massa de carbonato de cálcio, CaCO3, que reage completamente com os iões H3O+(aq):

Como H3O+(aq) e CaCO3(s) reagem na proporção estequiométrica de dois para um (2:1) (ver equação química), é:

"caco3 = •£ "H3o+> ou seja, ncaco3 = -^ x 1 ,0 x 1 Cr 5 <^> nCaC03 = 5,0 x 1 0' 6 mol

Então, atendendo a que n = TT e /W(CaCO3) = 100,09 g mor1, tem-se:

™Caco3 = 5,0 x 1 0- 6 x 1 00,09 <=> mCaC03 = 5,0 x 1 (T 4 g

2.3. Nas condições normais de pressão e temperatura (PTN), o volume molar de um gás é: Vm = 22,4 dm3 mor1.Por outro lado, atendendo à estequiometria da reacção, tem-se:

3» ou seja, nco2 = 5,0 x 10"6 mol.

Então, sendo n = — -, tem-se:^m

\/c02 = 5,Ox10-6x22,4 <=> \/Co2 = 1,1 x10~4dm3.

3.3.1. (D).

(A) Falsa. As configurações electrónicas dos átomos de carbono e de oxigénio, no estado de energiamínima, são as seguintes:

6C-1s22s22p2; 80-1s22s22p4

Como se pode verificar, os electrões do átomo de carbono, no estado de energia mínima, distribuem-sepor três subníveis, 1s, 2s e 2p, e não por quatro.

(B) Falsa. Os electrões de valência (electrões do último nível de energia) do átomo de oxigénio, no estadode energia mínima, distribuem-se por quatro orbitais: uma orbital s - a orbital 2s, no subnível 2s, e trêsorbitais p - as orbitais 2px, 2py e 2pz, no subnível 2p.

(C) Falsa. O carbono tem número atómico Z = 6 e o oxigénio Z = 8. Como se pode ver na Tabela Perió-dica, são dois elementos do mesmo período (2.° período) e dos grupos 14 e 16, respectivamente.Como o raio atómico diminui, em geral, ao longo do período, devido ao efeito do aumento da carganuclear se sobrepor ao efeito do aumento das repulsões electrónicas, o raio atómico do oxigénio éinferior ao raio atómico do carbono.

(D) Verdadeira. As orbitais cujos números quânticos n e l têm, respectivamente, os valores 2 e 1 são asorbitais 2p, que são três: 2px, 2py e 2pz.Como se pode ver na configuração electrónica, o átomo de oxigénio tem, no estado de energiamínima, quatro electrões nestas orbitais.

3.2. (B). O quociente da reacção, Q, para a reacção química considerada, é dado pela expressão:

Q =[CO] [H20]

[C02][H2]

Como a 1 650 °C é Q = 2,5 e Kc = 4,2, o valor de Q é menor do que Kc (Q < Kc). Logo, a reacção vai evoluirno sentido da formação dos produtos. Assim, [CO] e [H2O] vão aumentar e [CO2] e [H2] vão diminuir, deforma que Q aumente, até ser atingido o equilíbrio químico (Kc = 4,2).

3.3. (C). A massa de 100 milhões de toneladas de C02 é, expressa em gramas:

mc02 = 100x106x106g <=» mCQ2 = 100 x 1012 g

Cálculo da quantidade de CO2 correspondente a esta massa:

n = -!- e sendo M(CO2) = 44,01 g mol"1, substituindo pelos valores, tem-se:

Cálculo do número de moléculas, A/, de CO2 correspondente à emissão anual:

n = TT ̂ N = nxN& MASubstituindo pelos valores, tem-se:

1 nn v 1 n12N = u' x 6,02 x 1 023 moléculas de CO2

51


4.

4.1. (D). Os açúcares presentes no bolo alimentar, ao fermentarem, produzem iões H+(aq). Estes combinam-se ícom os iões OH~(aq) e PO|~(aq), deslocando o equilíbrio no sentido da desmineralização, fazendo com que |a hidroxiapatite, Ca5(PO4)3OH(s), se dissolva e os dentes se tornem mais susceptíveis de ficar cariados. §De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, o flúor, ao reagir com a hidroxiapatite produzindo lCa5(PO4)3F(s), vai fazer com que a reacção evolua no sentido inverso, sentido da mineralização dos dentes.

4.2. (A). O valor de uma constante de equilíbrio só depende da temperatura do sistema reaccional. As concen-trações iniciais dos reagentes não influenciam o valor da constante de equilíbrio.

5.

5.1. (B).

Cálculo da quantidade de C6H12O6 que reage:

~n=0i500mo1Atendendo à estequiometria da reacção (1), por cada 1 mol de C6H12O6(aq) que reage, formam-se 2 molde etanol, CH3CH2OH(aq) (l mol (C6H1206): 2 mol (CH3CH2OH)).

Então, 0,500 mol de C6H12O6, se o rendimento da reacção fosse de 1 00%, dariam origem a 1 ,00 mol de etanol.

Como o rendimento da reacção é de 80%, 77 = 80%, a quantidade de etanol que se forma é:

"cH3cH2oH = 1 ,00 x 0,80 <=> nCH3cH2oH = 0,800 mol

e a massa de etanol que se forma é:

n = => ™CH3CH2oH = 0,800 x 46,0 <=» mCH3cH2oH - 36,8 g

5.2. É uma reacção exotérmica. Como se pode observar no gráfico, a entalpia dos produtos de reacção é inferior àdos reagentes, pelo que AH < 0. Numa reacção exotérmica, o sistema liberta, portanto, energia para o exterior.

5.3. Equação química que traduz a reacção de preparação laboratorial do eteno por desidratação do etanol:

CH3CH2OH(aq) —í-> CH2CH2(g) + H2O(g)

Reagente - etanolProdutos da reacção - eteno e vapor de água

6.

6.1. (C). Mais de 90% da água tratada em sistemas de dessalinização é tratada por destilação. Este é ométodo mais antigo de dessalinizar a água do mar. Corno sabemos, este processo envolve a vaporizaçãoda água seguida da condensação do vapor de água.

6.2. (A) Verdadeira. Uma destilação envolve uma vaporização seguida de condensação. Ocorrem, portanto,duas mudanças de fase.

(B) Falsa. Consiste numa vaporização seguida de condensação.

(C) Verdadeira. Por congelação, a água solidifica, tornando-se menos densa. O sólido (gelo) que se vaiformando é praticamente água doce. É o caso dos icebergues.

(D) Verdadeira. Permite separar misturas homogéneas de líquidos com pontos de ebulição afastados(mais de 10 °C) e de sólidos dissolvidos em líquidos.

(E) Falsa. O líquido de maior ponto de ebulição permanece no balão de destilação.

(F) Falsa. Uma destilação fraccionada usa-se para separar misturas homogéneas de líquidos com pontosde ebulição próximos.

(G} Verdadeira. A dessalinização por congelação é mais vantajosa relativamente à destilação, em termosde consumo de energia, mas este método é menos usado, pois ainda não se tornou comercialmenterentável.

(H) Falsa. A decantação não é um processo físico que se possa usar para dessalinizar a água do mar. Adecantação utiliza-se na separação dos componentes de misturas heterogéneas.

52



1. Leia atentamente o seguinte texto. r>

Um grupo de cientistas da agência espacial norte-americana (NASA) acredita ter detectado o bri- ©lho das primeiras estrelas do Cosmos, tendo sido captada uma luz infravermelha difusa que indicia |ser o brilho emanado pelas primeiras estrelas do Universo, formadas depois do Big Bang. l

Em comunicado, o centro espacial Goddard sustenta que este brilho deverá ser proveniente dasestrelas da denominada "População III", uma classe de objectos celestes que se formaram antesde todas as outras estrelas.

A descoberta foi conseguida com a utilização das câmaras de infravermelhos do telescópio Spitzerapontadas para a constelação Draco durante 10 horas consecutivas. Estas câmaras conseguiramcaptar a radiação cósmica infravermelha emitida por estas estrelas milhões de anos antes.

Imaginar que, em pleno século XXI, se conseguiu detectar o brilho emanado por estrelas formadashá, pelo menos, 200 milhões de anos, depois do Big Bang, é no mínimo surpreendente.

Adaptado de http://www.mundopt.com/n-detectado-brilho-das-primeiras-estrelas-do-cosmos-801 9.html (1 0-07-2008)

1.1. A radiação cósmica de fundo situa-se na gama do microondas, sendo atingido o máximo deintensidade para o comprimento de onda de 0,107 cm, enquanto a radiação infravermelhareferida no texto tem um máximo para a frequência fmáx = 1 ,30 x 1013 Hz. Seleccione a alter-nativa que corresponde à relação entre a temperatura associada à radiação infravermelha e ada radiação cósmica de fundo.

(Lei do deslocamento de Wien: B = K T, em que B = 2,898 x 10~3 m K)

v v ' rrad. infravermelha ~ ' ̂ ' rrad. cósmica de fundo

' rad. infravermelha ~ ^"^ ' rad. cósmica de fundo

(C) Tra122

'T,.

l""**) ' rad. infravermelha ~~ ' ̂ ^ ' rad. cósmica de fundo

1.2. Alguns minutos após o Big Bang, o Universo era constituído essencialmente por hidrogénio.Este possui três isótopos: dois naturais e um artificial. As abundâncias relativas dos dois isó-topos naturais do hidrogénio, prótio (1H) e deutério (2H), são, respectivamente, 99,985% e0,015%. Sabendo que as suas massas atómicas são, respectivamente, 1,00783 e 2,01355,seleccione a alternativa que corresponde ao valor da massa atómica relativa do hidrogénio.

(A) 2,013

(B) 1,511

(C) 1,008

(D) 1,000

1.3. O esquema seguinte corresponde à formação de um núcleo de hélio-3 durante o Big Bang:

^X + jp+ —> |He2+ + 7 (X não é um símbolo químico)

Escolha a alternativa que corresponde, respectivamente, ao símbolo químico de X, com o seunúmero de massa (4) e número atómico (Z).

(A) 2H+

(B) ÍH2+

(C) ?H+

(D) ^LÍ3+

66

8 pontos

8 pontos

8 pontos


1.4. Todas as estrelas apresentam, ao longo da sua vida, grandes variações de brilho, tamanho etemperatura, mas em determinadas estrelas essas variações são contínuas e periódicas. Umdesses exemplos é a estrela variável ô-cephei, na qual a sua temperatura à superfície diminui15%, a partir de um máximo de 6600 K, em cerca de quatro dias e meio, para depois voltara aumentar. Considerando que o espectro de emissão de uma estrela é muito semelhante aoespectro de emissão de um corpo negro à mesma temperatura, seleccione a alternativa quecontém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respectivamente, de modo a tornarverdadeira a afirmação seguinte.

"Quatro dias e meio após atingir o seu máximo de temperatura, a temperatura à superfície daestrela S-cephei é (a) e a potência da radiação térmica por ela emitida, por unidade deárea, diminuiu (b)

(A) ...975 K...47%

(B) ... 5610 K... 47%

(C) ... 975 K ... 52%

(D) ...5610 K...52%

2. Uma central termoeléctrica transforma a energia gerada na combustão do carvão em energia eléc-trica. A potência disponibilizada à rede de distribuição é de 63,0 MW, dissipando por hora umaquantidade de energia, sob a forma de calor, igual a 1512 GJ.

2.1. Tendo em conta a informação apresentada, seleccione a alternativa correcta que corres-ponde ao rendimento da central termoeléctrica.

(A) 0,9%

(B) 54%

(C) 65%

(D) 13%

2.2. A cogeração de energia é definida como o processo de transformação de energia em maisdo que uma forma de energia útil. Nas centrais térmicas de última geração, parte da energiaútil é energia mecânica das turbinas, que depois é transformada em energia eléctrica, e outraparte é energia térmica, que pode ser utilizada na destilação do álcool etílico.

2.2.1. Seleccione a alternativa que completa correctamente a afirmação seguinte.

O cobre é normalmente o material escolhido para construir as caldeiras de destilaçãoporque...

(A) ... tem uma capacidade térmica mássica elevada.

(B) ... é um mau condutor térmico.

(C) ... é um bom condutor térmico.

(D) ... tem uma capacidade térmica mássica baixa.

2.2.2. Determine a energia necessária para vaporizar 500 g de álcool etílico que se encon-tram à temperatura de 18 °C.

(^ebulição do áicooi etílico = 78 °C (à pressão normal); cálcooletílico= 2,51 x 103 J kg-1 °C-1;

® A''vaporização do álcool etílico = 8,54 X 1 O J Kg )

2.2.3. Seleccione a alternativa que completa correctamente a afirmação seguinte.

No sistema de arrefecimento habitualmente utiliza-se água porque esta...

l (A) ... tem uma capacidade térmica mássica elevada.

l (B) ... é má condutora térmica.

\) ... é boa condutora térmica.

l (D) ... tem uma capacidade térmica mássica baixa.

8 pontos

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16 pontos

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67


3. O ácido sulfúrico, H2SO4, é um dos compostos produzidos em maior quantidade em todo o rmundo. Utiliza-se, principalmente, na preparação de tintas, adubos, detergentes, fibras e pigmen- Êtos e na indústria química em geral. Um dos processos de obtenção industrial do ácido sulfúrico é fo chamado processo de contacto que consiste, basicamente, na sequência de reacções descritas lpelas seguintes equações químicas:

i) S8(s) + 8 02(g) —> 8 S02(g)

ii) 2S02(g) + 02(g)^2S03(g)

iií) SO3(g) + H2O(l) —» H2SO4(aq)

A reacção ii) é, das três, a mais lenta e com rendimento inferior a 100%. É esta a reacção que con-diciona, portanto, a rapidez e o rendimento do processo global de produção do ácido sulfúrico.

3.1. Relativamente a esta reacção, classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afir-mações seguintes.

(A) A reacção evolui no sentido directo quando se aumenta a concentração de oxigénio.

(B) A concentração de SO3(g) aumenta quando se adiciona ao sistema um catalisador positivo.

(C) Quando diminui a temperatura do sistema, a reacção, que é exotérmica, evolui no sen-tido directo.

(D) Agitando o recipiente que contém o sistema reaccional, aumenta a produção de ácidosulfúrico.

(E) Aumentando a pressão no interior do recipiente onde se encontra o sistema reaccional, areacção evolui no sentido directo.

(F) Fazendo passar uma corrente eléctrica através de uma resistência eléctrica colocada nointerior do recipiente onde se encontra o sistema reaccional, a reacção, como é exotér-mica, evolui no sentido de maior formação de SO3.

(G) Retirando oxigénio do sistema reaccional, o equilíbrio não é afectado, pois a concentra-ção do oxigénio é elevada.

(H) Diminuindo o volume do recipiente, onde se encontra o sistema reaccional, favorece-se aformação de SO3.

3.2. Seleccione a alternativa que completa correctamente a afirmação seguinte.

A velocidade da reacção íí) pode ser controlada de forma a optimizar o processo de produ-ção do ácido sulfúrico...

(A) ... diminuindo a temperatura do sistema e adicionando um catalisador positivo.

(B) ... adicionando um catalisador positivo e mantendo a temperatura do sistema constante.

(C) ... aumentando a temperatura do sistema e adicionando um catalisador positivo.

(D) ... adicionando ao sistema reaccional uma pequena quantidade de SO2(g).

3.3. Produzir ácido sulfúrico com o melhor rendimento possível exige determinadas condições deoperacionalização. Escreva um texto no qual faça referência às condições de optimização doprocesso, no que diz respeito:

- à pressão e temperatura;

- aos catalisadores;

- às quantidades relativas de reagentes.

3.4. O ácido sulfúrico é um ácido diprótico. Quando este é dissolvido em água, sofre duas protólises,sendo a primeira muito extensa no sentido da formação das espécies químicas HSO^ e H3O+.

3.4.1. Escreva a equação química que traduz esta reacção e indique, com base na teoria deácido-base, segundo Brõnsted-Lowry, quais são as espécies ácidas e básicas, identi-ficando os pares conjugados.

68

16 pontos

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24 pontos

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3.4.2. Inadvertidamente, a água na qual se dissolveu o ácido sulfúrico, H2SO4(aq), continha catiãocálcio, Ca2+(aq), tendo-se observado a formação de um precipitado de sulfato de cálcio,CaSO4(s). Sabendo que a concentração do ião Ca2+(aq) é 3,56 x 10~4 mol drrf3, eKs(CaSO4) = 4,93 x 1CT3, seleccione a alternativa correcta correspondente ao valor mínimoda concentração em ião sulfato, S0|~(aq), proveniente da protólise do ácido sulfúrico.

(B) 1,76x10'8 mol dm'3

(D) 7,02x10'3 mol dm'3

(A) 1,38 x 10 mol dm'3

(C) 0,722x101 mol dm'3

4. Um grupo de alunos que pretendia estudar o movimento de um projéctil lançado horizontalmenterealizou a seguinte experiência:

Sobre uma mesa plana e horizontal, apoiaram uma calha inclinada e abandonaram uma pequenaesfera no ponto mais alto (posição A) dessa calha. Mediram a altura da mesa, /?mesa, e o alcance, x,da esfera (distância do impacto da esfera no solo em relação à mesa), tendo registado as seguin-tes medidas:

Altura da mesa em relação ao solo: /7mesa = 55,55 ± 0,05 cm.

Hg. 1

4.1. Com base na informação apresentada, seleccione a alternativa que corresponde ao valormais provável do alcance.

(A) x =100,0 ±0,1 cm (B) x = 100,0 ± 0,2 cm

(C) x - 100,0 ± 0,3 cm (D) x = 100,0 ± 0,5 cm

4.2. Com base nas equações do movimento e nos valores do alcance obtidos, determine o valorda velocidade VQ ao abandonar a mesa. Considere desprezáveis as forças de atrito.


4.3. Considerando que a esfera se comporta como uma partícula e que o atrito é desprezável,determine a altura inicial da bola em relação à mesa.

(Se não resolveu a alínea anterior, considere a velocidade VQ= 2,0 m s~1.)


4.4. Numa fase posterior da experiência, esse grupo de alunos quis comparar o tempo de quedalivre de um projéctil com o tempo de voo do projéctil lançado horizontalmente.

Considerando í-, o tempo que o projéctil em queda livre demora a atingir o solo e í2 o tempode voo no lançamento horizontal do projéctil, seleccione a alternativa que corresponde à rela-ção correcta entre ^ e í2:

(C) í, = Í2(D) í, = 2 Í2

8 pontos

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FIM

69



1.1.1. (B).

Cálculo da temperatura associada à radiação cósmica de fundo (RCF):

Atendendo a que Amáx = 0, 1 07 cm <=> Âmáx = 1 ,07 x 1 0" 3 m

pela Lei de Wien, tem-se, para a temperatura associada à radiação cósmica de fundo: 7~RCF = — .A

Substituindo pelos valores, vem: 7RCF = 2'898 x 1 ° 3 <=> 7"RCF = 2,71 K.i ,U f X l U

Cálculo da temperatura associada à radiação infravermelha (IV):

Como: c = A f <^> A = e ^v= 1,30x 1013 Hz,

substituindo pelos valores, tem-se: A[V = f '̂ ? * 1,P13 <=» A,v = 2,30x 10"5 m.1 ,30 x 1 u

Então, pela Lei de Wien, fica:

Portanto, -^- = - <=> -^ = 46 «• 7IV = 467RCF.' RCF ^ » ' ' ' RCF

1.2. (C).

Designando por /Wr(H) a massa atómica relativa do hidrogénio, tem-se:

M /H\, 0,99985 x 1 ,00783 + 0,0001 5 x 2,01 355 <_> M(H) = 1008

1.3. (A).

Atendendo à conservação da massa e da carga nas reacções nucleares, verifica-se que:

,4 + 1 =3

Z+1 =2Sendo o número de massa (A) do elemento X igual a 2 e o número atómico (Z) igual a 1 , o elemento X é ohidrogénio (o isótopo deutério) cujo núcleo é representado por ^H+.

1.4. (B).

Cálculo da temperatura à superfície de ô-cephei, quatro dias e meio após ter atingido o seu máximo:

7=6600x0,85 <=> 7= 5610 K

Cálculo da potência inicial e final por unidade de área:

Pela Lei de Stefan-Boltzmann: P = eoAT4

Considerando a estrela como um corpo negro (e = 1), tem-se, para a temperatura de 6600 K:

^=1 x5,67x10-8x66004 «=> ~= 1,076 x 108 W nr2

e para a temperatura de 561 0 K:

^=1 x 5,67x1 0~8 x 561 04 <=$ ^ = 0,562 x 108 W m'2

Cálculo da variação percentual da potência, por unidade de área:

A L = 1 .076 x 1 - .562 x 1 08 P

2.2.1. (D). A potência disponibilizada à rede é a potência útil (Pu):

PU = 63,OMW <=» Pu = 63,Ox106W

Cálculo da potência dissipada:

Sendo Pd = -j-, tem-se: Pd = 151Q2,̂ 1°9J <=> Pd = 4,200 x 1 08 WAí oDUU S

70


Cálculo do rendimento da central termoeléctrica:

Pfornecida = Pu + ^d =» Pf = 63,0 X 1 O6 + 4,200 X 1 O8 <=> Pf = 4,83 X 108 W

P R^ n v 1 n6Então, 77 = ̂ x 100 => 77 = *~£ x '" x 100 <=> íj = 13,0%.

/l T",Oo X l w

2.2.

2.2.1. (C). Para que o processo de transferência de energia entre a caldeira e o exterior seja rápido e maiseficiente, o material que a constitui deve ser bom condutor térmico.

2.2.2.

Energia necessária para elevar a temperatura do álcool etílico de 18 °C para 78 °C:

E^mcAf => ^=0,500x2,51 x 103 x (78-18) <£=> E1 = 7,5x104J

Energia necessária para a transição de fase:E2 = m AHvaporizaçáo =» E2 = 0,500 x 8,54 x 105 <=> E2 = 4,3 x 105 J

Energia total:

2.2.3. (A). Um material refrigerador deve ter uma capacidade térmica mássica elevada para absorver omáximo de energia térmica.

3.

3.1. (A) Verdadeira. De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, ao aumentar-se a concentração de oxigénio, areacção vai evoluir no sentido de contrariar essa perturbação que, neste caso, é no sentido directo.

(B) Falsa. A adição de um catalisador positivo não influencia a extensão da reacção, apenas provoca umaumento da velocidade da reacção.

(C) Verdadeira. De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, como a reacção é exotérmica, a diminuição detemperatura favorece a evolução da reacção no sentido directo até se ter atingido um novo estado deequilíbrio.

(D) Falsa. A agitação do recipiente que contém o sistema reaccional não introduz nenhuma perturbaçãono estado de equilíbrio, pelo que este se mantém inalterado.

(E) Verdadeira. De acordo com o Princípio de Lê Chatelier, a reacção vai evoluir no sentido de contrariaresse aumento de pressão que, neste caso, é no sentido directo, sentido em que há formação demenor número de moles gasosas.

(F) Falsa. Por efeito de Joule, a resistência aquece. Deste modo, verifica-se um aquecimento do sistemae, de acordo com o Princípio de Lê Chatelier, sendo a reacção exotérmica, esta vai evoluir no sentidoinverso.

(G) Falsa. Retirando oxigénio ao sistema reaccional em equilíbrio, a reacção vai evoluir no sentido de con-trariar essa diminuição que, neste caso, é no sentido inverso.

(H) Verdadeira. No caso de um sistema em fase gasosa, se o volume diminui, a pressão aumenta e areacção vai evoluir no sentido de a fazer diminuir, que, neste caso, é no sentido directo, sentido emque há formação de menor número de moles gasosas.

3.2. (C). Como a reacção ii) é exotérmica, de acordo com o Princípio de Lê Chatelier, uma diminuição detemperatura favorece a reacção no sentido directo, levando a um aumento da produção de SO3, o queseria desejável. Contudo, a produção industrial do ácido sulfúrico realiza-se a uma temperatura elevada(400-500 °C), pois há que ter também em conta a velocidade da reacção. Quanto menor for a tempera-tura, mais lenta é a reacção. Ora, num processo industrial, a reacção tem de ter uma velocidade suficien-temente elevada. Daí a necessidade de se operar a temperatura elevada e com a adição de um catalisadorpositivo. Este, ao aumentar a velocidade da reacção, vai fazer com que a temperatura a que ela decorrenão seja demasiado elevada, conseguindo-se, assim, um maior rendimento.

3.3. O texto solicitado deve referir:

• Pressão e temperatura - referir que se deveriam usar pressões altas, mas não demasiado altas, para nãol obrigar a investimentos financeiros elevados na aquisição dos equipamentos (torna-se muito dispendiosoi a compra de reactores que suportem elevadas pressões). Quanto à temperatura, como foi já referido emi 3.2., tem de haver um intervalo de compromisso, de tal modo que a temperatura da reacção não seja; nem muito baixa nem muito elevada, para se conseguir um maior rendimento.

71


• Catalisadores - referir que um catalisador positivo tem, neste caso, um papel importante, ao aumentar a gvelocidade da reacção, conseguindo-se um maior rendimento de produção. ê

• Quantidades relativas de reagentes - referir que, por exemplo, excesso de reagente como o oxigénio (uma lvez que será mais barato e mais fácil de obter do que o dióxido de enxofre), na reacção ii), irá fazer evoluir |a reacção no sentido da formação de SO3 e, consequentemente, favorecer a produção de ácido sulfúrico.

3.4.

3.4.1 . H2SO4(aq) + H2O(l) — > HSO^aq) + H3O+(aq)

Segundo Brõnsted-Lowry, numa reacção de ácido-base há transferência de iões H+ de uma espé-cie química - o ácido - para outra espécie química - a base. Nesta reacção, no sentido directo, oácido é o H2SO4, que cede protões à água; a água comporta-se, neste caso, como base, poiscapta os iões H+ cedidos pelo ácido, enquanto, no sentido inverso, o ácido é o ião H3O+, que cedeprotões ao ião HSOí, comportando-se este último como base.

Os pares conjugados são: H2SO4/HSO4 e H3OVH2O

3.4.2. (A). A equação química que traduz o equilíbrio de solubilidade do sulfato de cálcio é a seguinte:

CaS04(s) 3 C

Ocorre formação de precipitado quando o valor do quociente da reacção, Q, é superior ao do pro-duto de solubilidade, KS(Q > Ks(CaSO4)), que é o que se verifica neste caso.

Então,

[Ca21 [SOM > 4,93 x 1CT3 <^ 3,56 x 10~4 x [SOM > 4,93 x 1CT3 <^> [SOM > 1 ,38 x 10 mol drrf 3

4.1. (B). Numa amostra, a incerteza é dada pelo valor do maior desvio em relação à média.Neste caso dg = 99,80 -100,00 <=> c/3 = -0,20cm.

4.2. Um lançamento horizontal é uma composição de dois movimentos: movimento uniforme, na direcção hori-zontal, e movimento uniformemente acelerado, na direcção vertical.

As leis desses movimentos, para esta situação, são as seguintes:

Í2vResolvendo a equação (2) em ordem a í, fica: t = •\I-JL-' Í7

Substituindo t na equação (1) e resolvendo em ordem a v0, obtém-se:

^o = xmáx Jy- cm» onde xmáx é o alcance da esfera.

Sendo xmáx (médk)) = 1 00,0 cm e y = hmesa = 55,55 cm,

substituindo pelos valores, fica:

10

4.3. O módulo da velocidade VQ da esfera, ao abandonar a mesa, corresponde ao valor da velocidade daesfera, na posição B.

Pela conservação da energia mecânica, tem-se:

- Para a posição inicial A:

Em(A) = Em(B)

= 4,50x1 0'1 m (45,0 cm)

4.4. (C). Um lançamento horizontal é uma composição de dois movimentos onde o movimento vertical é inde-pendente do horizontal, pelo que o movimento vertical é igual ao movimento de queda livre de um projéctil.Logo, os tempos são iguais.

72




Todas as actividades humanas dependem da energia: desde o banho matinal e a preparação dasrefeições, até às deslocações diárias para o trabalho e escola, já não falando das nossas horas delazer a ver televisão, a utilizar o computador ou a ouvir música.

O carvão foi o primeiro combustível fóssil a ser utilizado para a produção de energia eléctrica nascentrais térmicas. O carvão só por si não tem a capacidade de produzir energia eléctrica, maspode ser utilizado em centrais termoeléctricas, que o usam como combustível principal, produ-zindo electricidade.

Nos anos 50 do século passado, este combustível fóssil cobria cerca de 60% das necessidadesenergéticas mundiais. Nos nossos dias essa percentagem é muito menor.

Porém, o ciclo mundial do carvão não terminou. A sua extracção continua a crescer, mas a suaimportância relativa como fonte de energia diminuiu, sobretudo em virtude dos acelerados cresci-mentos de produção de outras fontes de energia, designadamente do petróleo, do gás natural eoutros, ao longo de todo o século XX.

O carvão, o petróleo e o gás natural são todos combustíveis fósseis, mas com composição quí-mica e propriedades mecânicas e térmicas distintas. Esse lento processo de substituição de umpelos outros não foi devido à escassez mundial do carvão, mas antes às superiores qualidadesdos outros.

Nas centrais termoeléctricas o aquecimento de água pode ser feito a partir de carvão, provocandoo aparecimento de vapor de água. A deslocação deste vapor provoca o movimento de uma tur-bina que, associada a um alternador, permite a geração de energia eléctrica.

Adaptado de http://www.abae.pt/programa/EE/escola_energia/2006/Conteudos/sala2/sala2_2.htm (15-09-2008)

1.1. Numa determinada central termoeléctrica, foram feitas análises das águas do lago adjacenteà mesma. A tabela 1 mostra os valores obtidos em três parâmetros.

Tabela 1

Parâmetro

PH

Chumbo na forma iónica (Pb2+(aq))

Temperatura à superfície do lago

Valor obtido

6,80

4,83x10-4moldm-3

25,0 °C

As canalizações usadas para transportar a água do lago para a central termoeléctrica eraminicialmente de ferro, mas tiveram de ser substituídas, pois este metal, em contacto com aágua do lago (pH < 7,00), é corroído, ou seja, enferruja, formando-se catião ferro(ll), deacordo com a seguinte equação química:

Fe(s) + 2 H3O+(aq) ̂ Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O(l)

Esta corrosão pode ser, contudo, evitada, colocando um outro metal em contacto com o ferro.

1.1.1. Foram apresentadas à Administração da central termoeléctrica duas propostas nasquais era sugerido revestir as canalizações com uma camada de crómio ou com umacamada de zinco.

24 pontos

73

Teste Intermédio 8 • Rsica e Química A

Com base na informação apresentada e na série electroquímica seguinte,

Série electroquímicaAumento do poder redutor

AgAg+

Cu

Cu2+

Pb

Pb2+

Ni

Ni2+

Fe

Fe2+

Cr

Cr3+

Zn

Zn2+

Aumento do poder oxidante j

escreva um texto onde explique: |- o processo de protecção referido; |- qual a proposta que considera mais adequada; |-a viabilidade desta protecção, atendendo à eventual interferência do catião |

chumbo(ll) em solução aquosa. I

1.1.2. A presença de catião Pb2+(aq) na água do lago contribui para a corrosão das canaliza- | 8 pontoscoes usadas para transportar essa água para a central termoeléctrica. Um processo \l para a eliminação do catião chumbo(ll) consiste em provocar a sua precipitação |

utilizando, por exemplo, sulfureto de cálcio. Nestas circunstâncias, o chumbo precipita \e acordo com a seguinte equação química: j

PbS(s) ̂ Pb2+(aq) + S2-(aq) \ caudal da água utilizado pela central termoeléctrica é de cerca de 120 m3 h"1 e a cons- |

tante do produto de solubilidade do sulfureto de chumbo, PbS(s), é: /<s(PbS) = 3,2x10"28. |

Seleccione a alternativa que corresponde ao valor da massa mínima de sulfureto de |cálcio necessária para provocar a precipitação de todo o catião chumbo(ll) na quanti- |dade de água que é usada em uma hora. |

(A) 4,8 x 10'18 kg (B)1,0x101kg (C) 4,8 x 1CT18 g (D)1,4x102g

1.1.3. O pH de uma determinada quantidade de água do lago foi analisado em laboratório e 8 pontosajustado para 7,00. Seleccione a alternativa que corresponde, respectivamente, à con-centração inicial em ião hidrónio, [H30+(aq)], e ao factor de diluição da concentraçãodesse ião, no ajuste efectuado.

(A) 5,0 x 10-1 moldar3; 1,0x102 (B) 1,6 x 10~7 mol drrf3; 1,6

(C) 5,0x10'1 mol dm'3; 2,0x102 (D) 1,0 x 10~5 mol dm~3; 2,0

1.2. O carvão é um dos combustíveis fósseis usados nas centrais termoeléctricas. Este é consti- 8 pontostuído essencialmente por carbono.

Na Tabela Periódica, o elemento químico carbono, de número atómico 6, encontra-se no2.° período e no grupo 14. Neste mesmo grupo encontra-se também o chumbo.

Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

(A) A energia de um electrão na orbital 1s do átomo de carbono é igual à energia de umelectrão na orbital 1s do átomo de chumbo.

(B) Quanto mais energético for um electrão num átomo, menor é a energia necessária para oremover.

(C) O raio atómico do chumbo, Pb, é maior do que o raio do catião chumbo(ll), Pb2+.

(D) Os átomos de carbono e de chumbo têm, no segundo nível de energia, dois electrões naorbital caracterizada pelos números quânticos r? = 2, ^ = 1 e /r^ = - 1.

(E) A cada valor de i correspondem 21 + 1 valores de mf.

(F) O carbono pode formar, com o oxigénio, monóxido de carbono, CO, e dióxido de carbono,CO2 sendo que a ordem de ligação carbono-oxigénio é igual em ambas as moléculas.

(G) O catião chumbo(ll), Pb2+, possui 80 electrões.

(H) O elemento que se situa na Tabela Periódica imediatamente a seguir ao carbono tem, no estadofundamental, electrões na orbital caracterizada pelo conjunto de números quânticos: (3, 2, -1).

74


1.3. A configuração da camada de valência dos átomos de um gás nobre, B, é: 2s2 2p6. Os iõesA+, C2~, D~, E3~ e F2* são isoelectrónicos de B.

1.3.1. Seleccione a alternativa correspondente à ordem crescente de raio iónico.

(A) r(F2+) < r(A-) < r p-) < r(C2~) <r(E3~)

(B) r(F2+) > r (A*) > r p-) > r(C2~) > r (E3-)

(C) r(A+) > r (C2-) > r p-) > r(E3~) > r(F2+)

(D) r (A+) < r (F2') < r (E3-) < r (C2~) < r (D~)

1.3.2. Dos elementos representados, indique, justificando, qual dos átomos possui menorenergia de ionização.

1.4. A queima do carvão na central termoeléctrica produz gases de combustão e material particu-lado, isto é, partículas sólidas que sofreram combustão incompleta. Estas partículas podemconter, entre outros, vestígios de alumínio, potássio, silício e mercúrio.

Um dos processos usados para filtrar o material particulado, evitando assim a contaminaçãodo meio ambiente, consiste em fazer passar os gases de combustão através de um cilindrometálico que se encontra com um potencial eléctrico positivo.

O cilindro é atravessado longitudinalmente, ao longo do seu centro, por um eléctrodo, carre-gado negativamente, de tal modo que se estabelece uma diferença de potencial entre o eléc-trodo e a superfície metálica.

1.4.1. Na figura 1 está representado um corte transversal do cilindro. As linhas concêntricasrepresentam o campo eléctrico no interior do cilindro.

Com base na figura 1, seleccione a alternativa que corresponde à afirmação verdadeira.

(A) A intensidade do campo eléctrico em A é maior doque a intensidade do campo eléctrico em B.

(B) A intensidade do campo eléctrico em A é menor doque a intensidade do campo eléctrico em B.

(C) A intensidade do campo eléctrico em A é igual àintensidade do campo eléctrico em B.

(D) A informação da figura é insuficiente para saber arelação da intensidade do campo eléctrico entre ospontos A e B.Fig. 1

1.4.2. Seleccione a alternativa que corresponde à representação das linhas de campo eléc-trico criado por duas partículas (de material particulado) carregadas negativamente eseparadas por uma distância d.

(A) \ , (B) x

8 pontos

16 pontos

8 pontos

8 pontos

Fig. 2

75


2. Nas centrais termoeléctricas, a energia térmica é transformada em energia mecânica das turbinas e, gconsequentemente, transformada em energia eléctrica. Uma das possibilidades consiste em fazer variar ía direcção e sentido de um campo magnético, por rotação de um conjunto de imanes, em torno de um fconjunto de bobinas fixas. Cria-se, assim, em cada bobina, uma corrente eléctrica induzida. |

2.1. Considere a figura 3, onde o campo magnético criado por cada um dos imanes é homogé-neo (aproximação irrealista) e tem o valor de 1,50 T. A bobina ilustrada tem um diâmetro iguala 15,0 cm e é constituída por 1000 espiras.

Situação l -^ Situação II

Hg. 3

Com base na figura, calcule o fluxo do campo magnético para cada uma das situações (l e II).A partir do resultado explique como é possível gerar corrente eléctrica induzida através desteprocesso.


2.2. Seleccione a alternativa que corresponde à unidade no Sistema Internacional da força elec-tromotriz induzida.

(A) N (newton) (B) V (volt) (C) T (tesla) (D) J (joule)

3. Na tabela 2 são indicados os valores da velocidade do som em alguns materiais.

Tabela 2 - Velocidade do som em alguns materiais

Material

Cortiça

Ar(0 = 20°C)

Água doce

Ferro

v (som) / m s~ 1

30

343

1498

5200

3.1. Seleccione a alternativa que contém os valores que devem substituir as letras (a) e (b), res-pectivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte.

O comprimento de onda de uma onda sonora de frequência 260 Hz, que se propaga no ar é(§) , mas quando se passa a propagar numa estrutura metálica constituída, fundamen-

talmente, por ferro, o valor do comprimento de onda da onda sonora passa a ser cerca deM vezes superior.

(A) ... 1,33 m ... 15,0 ...

(C) ... 8,92 x 104 m ... 15,2 ...

(B) ... 7,58x10~1 m ... 15,2 ...

(D) ... 15,2 m ... 1,32 ...

3.2. Um som complexo resulta de uma sobreposição de sons harmónicos. Por exemplo, amesma nota musical, produzida por instrumentos diferentes, apresenta timbres diferentes.

Relativamente ao timbre, seleccione a alternativa que corresponde a uma afirmação correcta.

(A) É a propriedade do som que nos permite distinguir um som agudo de um som grave.

(B) Permite distinguir dois sons com a mesma frequência e intensidade, mas emitidos porfontes sonoras diferentes.

(C) Resulta da combinação de um som puro com outros sons por um fenómeno de interfe-rência construtiva.

(D) Podem ser obtidos sons com o mesmo timbre a partir de sons com frequências diferentes.

24 pontos

8 pontos

8 pontos

8 pontos

76


4. Um tapete-rolante que faz o transporte descendente do carvão usado na central avariou. No cimodo tapete, a 5,00 m de altura do solo, ficou retida uma massa de 20,0 kg de um recipiente con-tendo carvão. Um trabalhador, na tentativa de fazer chegar o recipiente ao chão, aplicou sobreeste um impulso, conferindo-lhe uma velocidade de módulo 2,00 m s~1, provocando a sua des-cida, tendo parado, devido ao atrito, no fundo do tapete, ao nível do solo. A inclinação do tapete éde 30°, relativamente à horizontal.

4.1. Nesta descida, a energia potencial gravítica do bloco diminuiu. Seleccione a alternativa cor-recta que corresponde ao valor dessa variação.

(A) -1,Ox103J (B) + 1,Ox103J

(C) -5,Ox103J{D)-4,Ox101 J

4.2. Calcule o valor da força de atrito na descida do bloco sobre o tapete. Apresente todas asetapas de resolução.

4.3. Se não existisse atrito entre o tapete e o bloco, este chegaria ao solo com velocidade devalor não nulo. Seleccione a alternativa que corresponde ao valor dessa velocidade.

(Â) 2,0 m s-1 (B) 10,4 m s-1

(C) 104 m s'1 (D) 10,2 m s'1

5. Uma titulação é uma técnica que permite determinar a concentra-ção de um ácido, conhecida a concentração de uma base, evice-versa. Para o efeito, faz-se reagir o ácido (ou a base) comuma base (ou um ácido) de concentração conhecida, até se atin-gir o ponto de equivalência.

A figura 4 representa a curva de titulação obtida por um grupo dealunos, na titulação de 20 cm3 de uma solução aquosa de umabase forte por um ácido forte, monoprótico, de concentração0,050moldnr3.

O titulante (solução aquosa do ácido) foi colocado numa bureta.O volume de titulado utilizado foi medido com uma pipeta etransferido para um matraz. Para detectar o ponto final da titula-ção, os alunos usaram um indicador ácido-base.

8 pontos

16 pontos

8 pontos

10 15 20 25 30Volume de titulante/mL

Fig. 4

5.1.Dos indicadores referidos na tabela 3, diga, justificando, qual o indicador mais adequado paraesta titulação.

16 pontos

Tabela 3

Indicador

Azul de bromotimol

Vermelho de metilo

Amarelo de alizarina

Cor

Forma ácida

amarela

vermelha

amarela

Forma alcalina

azul

amarela

vermelha

Zona de viragem

6,0-7,6

4,4-6,2

10,0-12,1

5.2.Determine a concentração da solução básica, sabendo que se gastaram 40 cm3 da soluçãoaquosa de ácido forte até se atingir o ponto de equivalência.

FIM

16 pontos

77



1.1.1.

1.1.1. O texto solicitado deve referir:

• O processo de protecção referido - este processo designa-se por protecção catódica. Consiste gem colocar em contacto o metal a proteger com um outro que se oxide mais facilmente. í©

• Qual a proposta que considera mais adequada - a protecção catódica será possível desde que |se usem metais com maior poder redutor do que o ferro na série electroquímica. Portanto, como |o zinco tem maior poder redutor que o crómio, oxida-se mais facilmente. Logo, a escolha do "zinco é a mais adequada. Deste modo, se uma canalização de ferro for revestida com zinco e se,em contacto com a água, se produzirem iões Fe2+(aq), então, ocorre preferencialmente a oxida-ção do zinco, de acordo com a equação:

Fe2+(aq) + Zn(s) — > Fe(s) + Zn2+(aq)

• A viabilidade desta protecção, atendendo à eventual interferência do catião chumbo(ll) em solu-ção aquosa - como se pode ver na série electroquímica, o metal chumbo tem menor poder redu-tor do que o ferro e do que o zinco, ou seja, em contacto com uma solução aquosa que contenhacatião chumbo(ll), oxidante forte, o ferro e o zinco oxidam-se, cedendo electrões ao catião Pb2+(aq),de acordo com as seguintes equações químicas:

Fe(s) + Pb2+(aq) — > Fe2+(aq) + Pb(s)

Zn(s) + Pb2+(aq) — » Zn2+(aq) + Pb(s)

Portanto, o catião Pb2+ compromete a viabilidade desta protecção catódica.

1.1.2. (C). De acordo com o equilíbrio de solubilidade do sulfureto de chumbo, PbS(s), representado pelaseguinte equação química:

H OPbS(s) ̂ Pb2+(aq) + S2-(aq)

e tendo em conta que [Pb2+] = 4,83 x 10~4 mol dnrr 3 (ver tabela 1), a concentração mínima de aniãosulfureto, S2~(aq), para que ocorra precipitação, será calculada com base no produto de solubili-dade, Ks\o é, 3,2x10-28 = 4,83x1(T4x[S21 <£=> [S2~]e = 6,6 x 1CT25 mol dm'3.

A quantidade química de anião sulfureto, S2~(aq), por dm3 de solução aquosa, é 6,6 x 10~25 mol.A massa de sulfureto de cálcio, CaS(s), correspondente é:

m (CaS) = n x M (CaS); m (CaS) = 6,6 x 10" 25 x (40,08 + 32,07) <=> m (CaS) = 4,8 x 10" 23 g

Para o volume V - 1 20 x 1 03 dm3 (volume de água que passa em cada hora), vem:

m(CaS) = 4,8x10-23x120x103 <=> m (CaS) - 5,8 x 10' 18 g

1.1.3. (B). Como pH = - log [H3O+], então:

Antes do ajuste: 6,80 = - log [H3O+] <=> [H3O+]inicial = 1 ,6 x 1 0~ 7 mol dm" 3

Depois do ajuste: pHfinal = 7,00 <=> [H3O+]fína! = 1 ,0 x 1 (T 7 mol dm" 3

Cálculo do factor de diluição:

factor de diluição = ^r 3 ;ínicial <=> factor de diluição = ̂ x ™J7 <=> factor de diluição = 1 ,6iH3O+jfinai 1,uxlu

1.2.

(A) Falsa. A energia de orbitais iguais, para átomos diferentes, apresenta valores diferentes pelo facto de aestrutura do átomo ser diferente, nomeadamente a carga nuclear e a nuvem electrónica.

(B) Verdadeira. A energia necessária para remover um electrão é igual ao simétrico do valor da energia donível onde se encontra. Deste modo, quanto mais energético for o electrão no átomo, menor é a ener-gia necessária para o remover.

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(C) Verdadeira. O catião Pb2+ possui menos dois electrões do que o átomo de chumbo. Assim, as repul-sões entre os electrões na nuvem electrónica tornam-se menores e a atracção efectiva da carganuclear (que é a mesma) sobre os electrões torna-se mais intensa, fazendo com que o raio iónico sejamenor do que o raio atómico.

(D) Falsa. O carbono tem seis electrões, pelo que a configuração electrónica, no estado fundamental, é1s2 2s2 2p2. O conjunto de números quânticos referidos (n = 2, l = 1 e m^ = - 1) diz respeito a umadas três orbitais degeneradas (orbitais com a mesma energia), 2p. Os dois electrões das orbitais 2pdo átomo de carbono não podem ter, ambos, esse conjunto de números quânticos, pois, destemodo, não se verificaria a Regra de Hund, a qual diz que primeiro deve ser feito o semipreenchimentodessas orbitais e só depois completado esse preenchimento.

(E) Verdadeira. Para cada valor de t os valores possíveis de me são: - i, ... , O , ... + l, ou seja, 21 + 1valores.

(F) Falsa. Na molécula de monóxido de carbono, CO, os átomos de carbono e de oxigénio estão ligadosatravés de uma ligação covalente tripla, enquanto no dióxido de carbono, CO2, estes átomos estãoligados por intermédio de uma ligação covalente dupla. Deste modo, a ordem de ligação é, respecti-vamente, três e dois.

(G) Verdadeira. O número atómico do átomo de chumbo é 82, o que significa que o átomo possui 82 pro-tões e, consequentemente, 82 electrões. O catião chumbo(ll), Pb2+, que se forma tem carga eléctrica+ 2, pelo que perdeu dois electrões. Logo, o catião Pb2+ possui 80 electrões.

(H) Falsa. Os átomos de um elemento pertencente ao 2.° período da Tabela Periódica, no estado funda-mental, só possuem dois níveis de energia: n = 1 e n = 2. Logo, o nível n = 3 não é ocupado por elec-trões dos átomos deste elemento no estado fundamental.

1.3.1.3.1. (A). A configuração electrónica de B é 1s2 2s2 2p6, possuindo, assim, o átomo 10 electrões. Os iões

referidos são isoelectrónicos de B, o que significa que possuem todos eles 10 electrões. De acordocom as respectivas cargas eléctricas, pode concluir-se que as configurações electrónicas dos átomosrespectivos são: A: 1s2 2s2 2p6 3s1; C: 7 s2 2s2 2p4; D: 1s2 2s2 2p5; E: 1s2 2s2 2p3; F: 1s2 2s2 2p6 3s2.Deste modo, os números atómicos são: Z (A) = 11; Z (B) = 10; Z (C) = 8; Z(D) = 9; Z (E) = 7 e Z (F) = 12.Os iões possuem todos o mesmo número de electrões, mas diferentes cargas nucleares, pelo que oraio iónico é tanto menor quanto maior for o valor da carga nuclear.

1.3.2. Atendendo à posição destes elementos na Tabela Periódica, verifica-se que é o elemento A, pois aenergia de ionização aumenta ao longo do período e diminui ao longo do grupo.

1.4.1.4.1. (B). A intensidade do campo eléctrico depende da densidade de linhas; como esta é maior em

B, então, EB > EA.

1.4.2. (B). Como a interacção é repulsiva (duas cargas carregadas negativamente), a única hipótese pos-sível é a B, porque as linhas de campo apontam no sentido dos potenciais decrescentes.

2.

2.1. O fluxo do campo magnético é dado por: <í> = N B A cos a, em que: N é o número de espiras da bobina,6, o valor do campo magnético, A, a área da secção recta da bobina (4 = n r2, sendo r o raio da bobina) ea o ângulo formado entre o sentido do vector campo magnético, 8, e a direcção perpendicular à secçãorecta da bobina.

Situação l: 0 = 1000 x 1 ,50 x n x ( 1 )5° * 10 2 } cos 180° <=$ <P = - 0,265 Wb

Situação II: & = 1000 x 1 ,50 x n x ( 1 '50 * 1 °"2 j cos 0° <=^> 0 = 0,265 Wb

Sempre que o fluxo do campo magnético varia, surge uma força electromotriz induzida que é função dessa

variação (e- — ). Logo, por rotação de um conjunto de imanes, em torno de um conjunto de bobinas\í /

fixas, o fluxo do campo magnético varia, originando assim uma corrente eléctrica induzida.

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2.2. (B). A força electromotríz induzida é a diferença de potencial nos terminais da bobina, pelo que tem as gdimensões do potencial eléctrico. f

3. f3.1. (A). A velocidade de propagação, v, de uma onda sonora é dada por v = À, f. Assim, o comprimento de f

onda é: /L = .

No ar é: A = <=> A = 1,3m

e

no ferro é: A = -

O número de vezes que o comprimento de onda da onda sonora, quando se propaga no ferro, é superior20ao da mesma onda sonora, quando se propaga no ar, é: — - =15.1 ,o

3.2. (B). Sons com a mesma frequência e a mesma intensidade, mas produzidos por fontes sonoras diferen-tes, têm timbres diferentes.

4.

4.1. (A).AEp = Epf-EPi <=^ AEp = mgf (A? f - /7 j

AEP = 20,0 x 10,0 x (0,0 -5,00) «=> AEP = - 1,00 x 103 J

4.2. O trabalho realizado pela força de atrito é igual à variação da energia mecânica:

= Emf-Er^ (1)

Cálculo da energia mecânica inicial: Em. = Ec + Ep <^=> Em = — m v2 + m g hr

Substituindo pelos valores, vem: Em, = -l x 20,0 x 2,002 + 20,0 x 10,0 x 5,00 <=>

, = 1,04x103J

Emf = - x 20,0 x O2+ 20,0 x 10,0 x O <^> Emf = OJ

Cálculo de d (distância percorrida ao longo do tapete):

: = ii; d = -^— «=> c/=10,0md sen 30°

Substituindo pelos valores na equação (1), fica:

Fa x 10,0 x cos 180° = 0-1,04 x 103 <^> Fa= ~ ̂ x 1°3 <=> Fa=104N

4.3. (D). Neste caso, AEm = O J, ou seja, Em = Em. <=> — mv2 + mghl = 7-mv2 + mg A?f.1 2. <L

Simplificando, resulta a seguinte expressão: v2 - v2 + 2 g h-}

Substituindo pelos valores, vem:

vf = V2,02 + 2x 10x5,00 <=» v =10,2 m s"1

5.

5.1. A zona de viragem dos indicadores deve conter o valor de pH no ponto de equivalência, neste caso 7,00.Por outro lado, o indicador a escolher deve assinalar, por meio de uma mudança de cor, o momento emque se atinge o ponto de equivalência. Assim, dos indicadores referidos na tabela, o mais adequado é oazul de bromotimol.

5.2. O ponto de equivalência corresponde à situação em que todo o titulado reagiu completamente com o titu-lante - reacção completa e estequiométrica.

Portanto, quando se atinge o ponto de equivalência, e de acordo com a estequiometria da reacção tradu-zida pela equação:

H3O+(aq) + OH"(aq) —> 2 H2O(^)

o número de moles de OH~(aq), provenientes da dissociação completa da base, reagiu com igual númerode moles de H3O+(aq), provenientes da ionização total do ácido.

Como n = c x V, vem: [H3O+] x V (ácido) = [HO"] x V (base)

Substituindo pelos valores, tem-se: 0,050 x 40 x 10"3 = [HO"] x 20 x 10"3 <=> [HO"] = 0,10 mol dm"3

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Testes globais- Física e Química 11º

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