exame_fqa11_2010_ee

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Prova Escrita de Física e Química A

10.º e 11.° Anos de Escolaridade

Prova 715/Época Especial

Duração da Prova: 120 minutos. Tolerância: 30 minutos.

2010

Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta.

Utilize a régua, o esquadro, o transferidor e a máquina de calcular gráfica sempre que fornecessário.

Não é permitido o uso de corretor. Em caso de engano, deve riscar, de forma inequívoca, aquiloque pretende que não seja classificado.

Escreva de forma legível a numeração dos grupos e dos itens, bem como as respetivas res-postas. As respostas ilegíveis ou que não possam ser identificadas são classificadas comzero pontos.

Para cada item, apresente apenas uma resposta. Se escrever mais do que uma resposta a ummesmo item, apenas é classificada a resposta apresentada em primeiro lugar.

Para responder aos itens de escolha múltipla, escreva, na folha de respostas:

• o número do item;

• a letra que identifica a única alternativa correta.

Nos itens de resposta aberta de cálculo, apresente todas as etapas de resolução, explicitandotodos os cálculos efetuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas.

As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.

A prova inclui uma tabela de constantes na página 2, um formulário nas páginas 2 e 3, e umaTabela Periódica na página 4.

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO

Decreto-Lei n.° 74/2004, de 26 de março


1. Leia o seguinte texto.

Chuva ácida é a designação dada à água da chuva cuja acidez seja superior à resultante da disso-lução do dióxido de carbono atmosférico em água. Esta dissolução determina, só por si, um pH decerca de 5,6.

A principal causa deste aumento de acidez é a emissão para a atmosfera, em quantidades signifi-cativas, de compostos gasosos contendo enxofre e azoto, que originam ácidos fortes em meio aquoso.

Os efeitos ambientais da chuva ácida levaram à adoção, pela generalidade dos países, de medidasrestritivas da queima de combustíveis fósseis.

1.1. Selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaçosseguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

A chuva ácida apresenta um pH a 5,6, resultante da formação de áci-dos .

(A) inferior ... fracos

(B) superior ... fortes

(C) inferior ... fortes

(D) superior … fracos

1.2. Identifique a principal causa de origem antropogénica, referida no texto, responsável pela emissãopara a atmosfera de compostos gasosos contendo enxofre e azoto.

1.3. Recolheu-se uma amostra de 50,0 mL de água da chuva com pH igual a 5,6.

Selecione a única opção que apresenta uma expressão numérica que permite calcular a quanti-dade de iões H3O+ presente nessa amostra de água.

(A) s d mol

(B) (10-5,6 * 50 * 10-3) mol

(C) s d mol

(D) (10-5,6 * 50 * 10-3)-1 mol

50 * 10-3

10-5,6

10-5,6

50 * 10-3

1.4. Atendendo apenas à estequiometria do composto, a molécula de água, H2O, poderia assumir umageometria linear. No entanto, aquela molécula apresenta uma geometria angular.

Apresente uma explicação para o facto de a molécula de água adotar uma geometria angular.

1.5. A percentagem, em volume, de dióxido de carbono, CO2, na atmosfera terrestre atual é 0,39%.

Determine o número de moléculas de dióxido de carbono presentes numa amostra de 10 dm3 de ar,nas condições PTN.

Apresente todas as etapas de resolução.

1.6. Considere várias amostras de CO2(g), contidas em recipientes fechados, sob as mesmas condiçõesde pressão e de temperatura.

Selecione a única opção que apresenta um esboço do gráfico que pode traduzir a relação entre adensidade das amostras de CO2(g) e o número de moléculas desse gás existentes nessas amostras.

(A) (B)

(C) (D)

2. O ácido nítrico, um dos ácidos que podem estar presentes na água das chuvas ácidas, é um poderosoagente oxidante.

2.1. A reação do ácido nítrico concentrado com o cobre, Cu, pode ser traduzida por:

Cu(s) + 4 HNO3(aq) " Cu(NO3)2(aq) + 2 H2O(L) + 2 NO2(g)

dens

idad

e

N.º de moléculas

dens

idad

e

N.º de moléculas

dens

idad

e

N.º de moléculas

dens

idad

e

N.º de moléculas


2.1.1. Selecione a única opção que refere a variação do número de oxidação do azoto na reaçãoanterior.

(A) -1

(B) +1

(C) +2

(D) -2

2.1.2. Fez-se reagir uma amostra impura de cobre, de massa 150 g e grau de pureza 80% (m/m),com uma solução concentrada de HNO3, de concentração 15,0 mol dm-3.

Calcule o volume mínimo de solução ácida que é necessário utilizar para fazer reagir todo ocobre presente na amostra.


2.2. A reação de ionização do ácido nítrico em água pode ser traduzida por:

HNO3(aq) + H2O(L) " H3O+(aq) + NO3-(aq)

Selecione a única opção que apresenta, para esta reação, um par ácido-base conjugado.

(A) HNO3 / H2O

(B) HNO3 / NO3-

(C) H2O / NO3-

(D) H3O+ / NO3-

2.3. O azoto (N) é um dos elementos químicos presentes na molécula de ácido nítrico.

2.3.1. Relacione a posição do elemento representativo azoto na Tabela Periódica com a configura-ção eletrónica de valência dos seus átomos no estado fundamental.

2.3.2. Selecione a única opção que apresenta um conjunto de números quânticos que pode carac-terizar um dos eletrões de menor energia do átomo de azoto no estado fundamental.

(A) (1 ,0,1,+1/ 2)

(B) (2,1,0,+1/2)

(C) (2,1,1,+1/2)

(D) (1,0,0,+1/2)


3. A Figura 1 representa um esboço de um gráfico que traduz o modo como varia o módulo da velocidade,v, de uma gota de água da chuva que cai verticalmente, em função do tempo, t.

Figura 1

3.1. Escreva um texto no qual aborde os seguintes tópicos:

• identificação, fundamentada no gráfico apresentado, dos tipos de movimento da gota de água;

• identificação das forças que atuam sobre a gota de água, no intervalo de tempo [0, t1], e indica-ção do modo como variam as intensidades dessas forças, nesse intervalo de tempo;

• caracterização, fundamentada, da resultante das forças que atuam sobre a gota de água, no inter-valo de tempo [0, t1].

3.2. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta.

No intervalo de tempo [t1, t2], a energia cinética da gota de água...

(A) varia, e a energia mecânica do sistema gota + Terra diminui.

(B) varia, e a energia mecânica do sistema gota + Terra aumenta.

(C) mantém-se, e a energia mecânica do sistema gota + Terra diminui.

(D) mantém-se, e a energia mecânica do sistema gota + Terra aumenta.

v

t1 t2 t0


3.3. Admita que se estudou, em laboratório, o movimento de queda de diversas gotas de água.

Considere um referencial unidimensional, com origem no solo e sentido positivo de baixo para cima.

3.3.1. Na tabela seguinte encontram-se registadas as posições de uma gota de água, em váriosinstantes do seu movimento de queda, após ter atingido a velocidade terminal.

Obtenha a componente escalar da velocidade terminal da gota, a partir da equação da retaque melhor se ajusta ao conjunto de valores experimentais.

Utilize a calculadora gráfica.

Apresente o valor obtido com dois algarismos significativos.

3.3.2. Numa outra experiência, deixou-se cair uma gota de água, de uma altura de 1,70 m, nointerior de uma coluna onde se fez previamente o vácuo.

Determine a componente escalar da velocidade com que a gota chegou ao solo.

Recorra exclusivamente às equações que traduzem o movimento, y(t) e v(t).


Tempo / s Posição / m

0,00 1,69

0,10 1,21

0,20 0,63

0,30 0,18


4. O pH da água da chuva pode ser medido com sensores, instalados em balões meteorológicos que reco-lhem amostras de água na atmosfera.

4.1. Os dados recolhidos pelos sensores são enviados para uma estação em terra, por meio de ondasrádio.

4.1.1. A transmissão a longas distâncias do sinal elétrico gerado pelos sensores é quase impossí-vel, uma vez que a onda eletromagnética que corresponderia à propagação desse sinalapresentaria frequências baixas.

Selecione a única opção que refere o equipamento que deve existir num desses balõesmeteorológicos para se ultrapassar a limitação acima referida, viabilizando-se a transmissãodaquele sinal elétrico para a estação em terra.

(A) Amplificador

(B) Modulador

(C) Desmodulador

(D) Microfone

4.1.2. Na Figura 2, as setas representam o sentido de propagação de uma onda que incide numobstáculo com um pequeno orifício.

Identifique o fenómeno ondulatório esquematizado na Figura 2.

Figura 2

4.1.3. Entre a estação em terra, onde os dados são recebidos, e a estação onde é feito o seu trata-mento, a informação é transportada através de fibra ótica, por sucessivas reflexões totais.

Indique as duas condições que têm de se verificar para que ocorra a reflexão total da radiação.


4.2. Admita que um balão meteorológico sobe na atmosfera, com velocidade constante, de uma posi-ção A para uma posição B.

4.2.1. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta.

No deslocamento considerado, o trabalho realizado pela força gravítica que atua no balãoé...

(A) positivo e depende do módulo da velocidade do balão.

(B) negativo e depende do módulo da velocidade do balão.

(C) positivo e depende do desnível entre as posições A e B.

(D) negativo e depende do desnível entre as posições A e B.

4.2.2. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta.

No deslocamento considerado, a soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam nobalão é...

(A) nula, uma vez que a resultante das forças que nele atuam é nula.

(B) positiva, uma vez que a resultante das forças que nele atuam tem o sentido do movi-mento.

(C) nula, uma vez que a resultante das forças que nele atuam tem o sentido do movimento.

(D) positiva, uma vez que a resultante das forças que nele atuam é nula.


5. A reação de síntese do amoníaco, muito estudada do ponto de vista do equilíbrio químico, pode serrepresentada por:

N2(g) + 3 H2(g) — 2 NH3(g) DH = -92,6 kJ mol-1

5.1. A Figura 3 apresenta um gráfico que traduz a evolução, ao longo do tempo, das concentrações dasespécies envolvidas na reação de síntese do amoníaco, à temperatura de 350 °C.

A figura não está à escala.

Figura 3

5.1.1. Selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espa-ços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

O sistema químico considerado inicialmente em equilíbrio, evoluindo nosentido da reação , após Ihe ter sido aplicada, no instante t1,uma perturbação.

(A) encontrava-se ... direta

(B) não se encontrava ... direta

(C) não se encontrava ... inversa

(D) encontrava-se ... inversa

c /mol dm–3

8,80

3,65

1,05

0,683

t0 t1 t

H2

NH3

N2

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5.1.2. Selecione a única opção que apresenta uma expressão numérica que pode traduzir o valoraproximado do quociente da reação, no instante imediatamente após ter sido aplicada aperturbação.

(A) Qc 9

(B) Qc 9

(C) Qc 9

(D) Qc 9

5.2. Indique o valor da energia libertada no estabelecimento das ligações químicas que correspondem àformação de 2 mol de NH3(g), sabendo que a energia total gasta para quebrar as ligações de 1 molde N2(g) e de 3 mol de H2(g) é 2,25 * 103 kJ.

0,683 * 8,803

3,652

0,683 * 8,803

1,052

3,652

0,683 * 8,803

1,052

0,683 * 8,803

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6. Numa aula laboratorial, um grupo de alunos montou um circuito elétrico, constituído por um painelfotovoltaico, um reóstato e aparelhos de medida adequados. Fazendo incidir no painel a radiação pro-veniente de uma lâmpada, os alunos realizaram as medições necessárias para determinarem a potênciafornecida ao circuito, P, em função da resistência, R, introduzida pelo reóstato. Com os resultados obti-dos, os alunos construíram o gráfico representado na Figura 4.

Figura 4

6.1. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta.

Para poderem determinar o valor da potência fornecida ao circuito, os alunos mediram a diferençade potencial nos terminais do painel fotovoltaico e...

(A) a temperatura do painel.

(B) a intensidade de corrente no circuito.

(C) o intervalo de tempo durante o qual o painel esteve ligado.

(D) a resistência introduzida pelo reóstato.

6.2. Indique o valor da resistência introduzida pelo reóstato para o qual a potência fornecida ao circuitoé máxima.

6.3. Admita que, em cada ensaio, a lâmpada esteve ligada durante 2,0 minutos, fornecendo ao paineluma energia de 36 J.

Determine o rendimento do painel fotovoltaico quando o reóstato introduz uma resistência de 40 Wno circuito.


R /W

P / W

0,030

0,020

0,010

0 40 80


6.4. Ao longo da experiência, os alunos usaram sempre a mesma lâmpada e mantiveram fixa a inclina-ção do painel em relação à direção da radiação incidente. Tiveram ainda um outro cuidado relacio-nado com o posicionamento da lâmpada.

Identifique esse outro cuidado e apresente uma razão que o justifique.

6.5. Posteriormente, os alunos repetiram a experiência, mantendo fixo o valor da resistência introdu-zida pelo reóstato, mas variando a inclinação do painel em relação à direção da radiação incidente.

Na tabela seguinte, encontram-se registados os valores experimentais de potência, P, fornecida aocircuito pelo painel fotovoltaico, para os diversos ângulos, a, definidos pela direção em que seencontrava o painel e pela direção da radiação incidente.

O que se pode concluir a partir destes resultados experimentais?

FIM

a / ° P / W

90 1,41 * 10-2

80 1,39 * 10-2

70 1,37 * 10-2

60 1,07 * 10-2

50 7,88 * 10-3


COTAÇÕES

1.1.1. ............................................................................................................................. 5 pontos1.2. ............................................................................................................................. 5 pontos1.3. ............................................................................................................................. 5 pontos1.4. ............................................................................................................................. 10 pontos1.5. ............................................................................................................................. 10 pontos1.6. ............................................................................................................................. 5 pontos

40 pontos2.

2.1.2.1.1. ................................................................................................................... 5 pontos2.1.2. ................................................................................................................... 20 pontos

2.2. ............................................................................................................................. 5 pontos2.3.

2.3.1. ................................................................................................................... 10 pontos2.3.2. ................................................................................................................... 5 pontos

45 pontos3.

3.1. ............................................................................................................................. 15 pontos3.2. ............................................................................................................................. 5 pontos3.3.

3.3.1. ................................................................................................................... 5 pontos3.3.2. ................................................................................................................... 10 pontos

35 pontos4.

4.1.4.1.1. ................................................................................................................... 5 pontos4.1.2. ................................................................................................................... 5 pontos4.1.3. ................................................................................................................... 10 pontos

4.2.4.2.1. ................................................................................................................... 5 pontos4.2.2. ................................................................................................................... 5 pontos

30 pontos5.

5.1.5.1.1. ................................................................................................................... 5 pontos5.1.2. ................................................................................................................... 5 pontos

5.2. ............................................................................................................................. 5 pontos

15 pontos6.

6.1. ............................................................................................................................. 5 pontos6.2. ............................................................................................................................. 5 pontos6.3. ............................................................................................................................. 10 pontos6.4. ............................................................................................................................. 10 pontos6.5. ............................................................................................................................. 5 pontos

35 pontos

TOTAL ...................................................................... 200 pontos


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