2010 – 2ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A

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1. Leia o seguinte texto.

A vida dos organismos marinhos com concha enfrenta uma nova ameaça: o aumento do nível de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico.

Os oceanos absorvem naturalmente parte do CO₂ emitido para a atmosfera, dissolvendo-o nas suas águas.

Uma vez em solução, o CO₂ reage, tornando a água do mar, atualmente a um pH de cerca de 8,1, menos alcalina.

Como se continua a emitir enormes quantidades daquele gás, o impacto começa a notar-se – os cientistas mediram já um aumento de acidez de cerca de 30% na água do mar e prevêem um aumento de 100 a 150% até 2100.

O aumento de acidez é acompanhado por uma diminuição da concentração de iões carbonato em solução.

Assim, muitos organismos marinhos, que dependem do carbonato da água do mar para construírem as suas conchas e outras componentes duras, perderão a capacidade de construir ou de manter essas estruturas vitais.

J.S. Holland, «A ameaça ácida», National Geographic Portugal, Novembro 2007 (adaptado)

• 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)

1.1. Refira, com base no texto, um fator que ameaça a vida dos organismos marinhos com concha e que é devido ao aumento da concentração de CO₂ dissolvido na água do mar.

• 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)

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

Entendendo por acidez de uma solução a concentração hidrogeniónica ([H₃O⁺]) total existente nessa solução, um aumento de acidez de cerca de 100% na água do mar, em relação ao valor atual, determinará um pH de cerca de…

(A) 4,1

(B) 8,4

(C) 16,2

(D) 7,8

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)

1.3. Considere que a densidade do CO₂ (g), à pressão de 1 atm e à temperatura de 25 ºC, é igual a 1,80 g dm^–3.

Calcule o volume ocupado por N_A/2 moléculas de CO₂ (g) nas condições de pressão e de temperatura referidas, sendo N_A a constante de Avogadro.

Apresente todas as etapas de resolução.

• 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 1 (Aspetos quantitativos das reações químicas)

1.4. Selecione a única opção que apresenta uma equação química que pode traduzir a reação do dióxido de carbono com a água.

(A) CO₂ (g) + 2 H₂O (l) ⇋ CO₃^2– (aq) + 2 H₃O⁺ (aq)

(B) CO₂ (g) + H₂O (l) ⇋ CO₃^2–  (aq) + H₃O⁺ (aq)

(C) CO₂ (g) + H₂O (l) ⇋ HCO₃^– (aq) + H₃O⁺ (aq)

(D) CO₂ (g) + 2 H₂O (l) ⇋ HCO₃^– (aq) + H₃O⁺ (aq)

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Ligação química)

1.5. O carbono, elemento presente nas moléculas de CO₂, dá origem a uma grande variedade de compostos orgânicos, nos quais se incluem os hidrocarbonetos saturados, também designados por alcanos.

Selecione a única opção que corresponde à representação correta de uma molécula de propano.

2. As conchas dos organismos marinhos são constituídas, maioritariamente, por carbonato de cálcio, CaCO₃.

• 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 3 (Soluções e equilíbrio de solubilidade)

2.1. O carbonato de cálcio resulta de uma reação de precipitação entre os iões cálcio (Ca²⁺) e os iões carbonato (CO₃^2–) presentes na água.

Entre o precipitado e os iões em solução estabelece-se um equilíbrio que é traduzido por:

CaCO₃ (s) ⇋ Ca²⁺ (aq) + CO₃^2– (aq)

Selecione a única opção que apresenta o valor da solubilidade do carbonato de cálcio em água, à temperatura de 25 ºC, sabendo que a constante de produto de solubilidade deste sal, à mesma temperatura, é 8,7 x 10^–9.

(A) 4,4 x 10^–9 mol dm^–3

(B) 1,7 x 10^–8 mol dm^–3

(C) 7,6 x 10^–17 mol dm^–3

(D) 9,3 x 10^–5 mol dm^–3

• 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)

2.2. O carbonato de cálcio dissolve-se em meio ácido, devido a uma reacção química que pode ser representada por:

CaCO₃ (s) + 2 H₃O⁺ (aq) → Ca²⁺ (aq) + 3 H₂O (l) + CO₂ (g)

Considere que se quer fazer reagir um conjunto de conchas marinhas, exclusivamente constituídas por CaCO₃ (M = 100,1 g mol^–1), com 7,5 dm³ de uma solução aquosa de um ácido forte, cuja concentração hidrogeniónica é 0,80 mol dm^–3.

Calcule a massa de conchas que é possível dissolver nas condições referidas.

Apresente todas as etapas de resolução.

• 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Energia dos eletrões nos átomos)

2.3. Escreva a configuração electrónica do átomo de cálcio no estado fundamental.

• 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 3 (Tabela periódica)

2.4. Justifique a afirmação seguinte, com base nas posições relativas dos elementos cálcio (Ca) e manganês (Mn), na Tabela Periódica.

O raio atómico do cálcio é superior ao raio atómico do manganês.

• 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Reações de oxidação redução)

2.5. Para comparar o poder redutor dos metais manganês (Mn), ferro (Fe), prata (Ag) e chumbo (Pb), adicionou-se um pequeno pedaço de cada um destes metais a várias soluções aquosas, cada uma contendo iões positivos de um desses mesmos metais, em concentrações semelhantes.

A tabela seguinte apresenta os resultados obtidos.

Indique qual dos metais tem menor poder redutor.

• 10ºano – Física – subdomínio 3

3. A água é a única substância que coexiste na Terra nas três fases (sólida, líquida e gasosa).

3.1. A Figura 1 representa o gráfico teórico que traduz o modo como varia a temperatura, θ, de uma amostra de água, inicialmente em fase sólida, em função da energia fornecida, E, à pressão de 1 atm.

• 10ºano – Física – subdomínio 3 (Energia, fenómenos térmicos e radiação)

3.1.1. Indique, justificando com base no gráfico, em que fase (sólida ou líquida) a água apresenta maior capacidade térmica mássica.

• 10ºano – Física – subdomínio 3 (Energia, fenómenos térmicos e radiação)

3.1.2. A Figura 2 representa um gráfico que traduz o modo como variou a temperatura de uma amostra de água, inicialmente em fase líquida, em função do tempo de aquecimento, à pressão de 1 atm.

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

A amostra de água considerada _______ impurezas, uma vez que a ebulição ocorre a uma temperatura, diferente de 100 ºC, que ________ constante ao longo do tempo.

(A) não contém … não se mantém

(B) contém … não se mantém

(C) contém … se mantém

(D) não contém … se mantém

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)

3.2. Identifique a propriedade física considerada quando se afirma que duas amostras de água com a mesma massa, uma na fase sólida e outra na fase líquida, têm volumes diferentes.

• 10ºano – Física – subdomínio 3 (Energia, fenómenos térmicos e radiação)
• 10ºano – Física – A.l. – 3.2 – Capacidade térmica mássica

3.3. A tabela seguinte apresenta os valores da energia que foi necessário fornecer a diversas amostras de água na fase sólida, à temperatura de fusão e a pressão constante, para que elas fundissem completamente.

O gráfico da energia fornecida às amostras de água, em função da massa dessas amostras, permite determinar a energia necessária à fusão de uma unidade de massa de água.

Obtenha o valor dessa energia, expresso em J kg^–1, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentado na tabela.

Utilize a calculadora gráfica.

Apresente o resultado com três algarismos significativos.

3.4. As paredes dos igloos, abrigos tradicionalmente usados pelos esquimós, são feitas de blocos de gelo ou de neve compacta.

Se, num igloo, o gelo fosse substituído por betão, a espessura da parede do igloo deveria ser maior, para que, considerando uma mesma diferença de temperatura entre as faces interior e exterior dessa parede, a energia transferida por unidade de tempo fosse a mesma.

Que conclusão se pode retirar da afirmação anterior?

*O conteúdo deste item  já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina. 

• 11ºano – Física  – Domínio 2 – subdomínio 3 (Ondas eletromagnéticas)

3.5. A velocidade de propagação de uma radiação monocromática na água em fase líquida é cerca de 3/4 da velocidade de propagação dessa radiação no vácuo.

Selecione a única opção que apresenta um valor aproximado do índice de refração da água em fase líquida, para aquela radiação.

(A) 0,75

(B) 1,33

(C) 2,25

(D) 1,20

4. O amoníaco, NH₃ (g), obtém-se industrialmente através do processo de Haber, podendo a reação de síntese ser representada por:

3 H₂ (g) + N₂ (g) ⇋ 2 NH₃ (g)       ΔH = – 92,6 kJ mol^–1

• 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)

4.1. Preveja, justificando, como varia a concentração de NH₃ (g) quando ocorre um aumento da temperatura do sistema inicialmente em equilíbrio.

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Ligação química)

4.2. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

Se a reacção de síntese do amoníaco ocorrer em sistema isolado, ______ transferência de energia entre o sistema e o exterior, e a energia interna do sistema _______.

(A) não há … mantém-se

(B) não há … diminui

(C) há … diminui

(D) há … mantém-se

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Ligação química)

4.3. A tabela seguinte apresenta dois valores de energia média de ligação.

Seleccione a única opção que apresenta a expressão que permite estimar a energia envolvida na quebra da ligação tripla (E_N≡N) na molécula de azoto, expressa em kJ mol⁻¹.

(A) – 3(436,4) – E_N≡N + 6(393) = –92,6

(B) +3(436,4) + E_N≡N – 6(393) = –92,6

(C) +3(436,4) + E_N≡N – 2(393) = –92,6

(D) – 3(436,4) – E_N≡N + 2(393) = –92,6

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Ligação química)

4.4. Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

Na molécula de NH₃, existem, no total, ______ electrões de valência não ligantes e ______ electrões de valência ligantes.

(A) três … dois

(B) dois … seis

(C) dois … três

(D) três … seis

5. As auto-estradas dispõem de diversos dispositivos de segurança, como os postos SOS e as escapatórias destinadas à imobilização de veículos com falhas no sistema de travagem.

Considere que, no item 5.1., o automóvel pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

5.1. Considere um automóvel que, devido a uma falha no sistema de travagem, entra numa escapatória com uma velocidade de módulo 25,0 m s^–1.

Admita que a massa do conjunto automóvel + ocupantes é 1,20 x 10³ kg .

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)

5.1.1. A Figura 3 representa o percurso do automóvel na escapatória, imobilizando-se aquele a uma altura de 4,8 m em relação à base da rampa, após ter percorrido 53,1 m.

A figura não está à escala.

Calcule a intensidade da resultante das forças não conservativas que actuam sobre o automóvel, no percurso considerado.

Admita que essas forças se mantêm constantes e que a sua resultante tem sentido contrário ao do movimento.

Apresente todas as etapas de resolução.

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)

5.1.2. Considere que o automóvel entra na escapatória, nas mesmas condições.

Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta.

Se a intensidade das forças dissipativas que atuam sobre o automóvel fosse maior, verificar-se-ia que, desde o início da escapatória até ao ponto em que o automóvel se imobiliza, a variação da energia…

(A) potencial gravítica do sistema automóvel-Terra seria maior.

(B) cinética do automóvel seria maior.

(C) potencial gravítica do sistema automóvel-Terra seria menor.

(D) cinética do automóvel seria menor.

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)

5.1.3. Suponha que a escapatória não tinha o perfil representado na Figura 3 (situação A), mas tinha o perfil representado na Figura 4 (situação B), e que o automóvel se imobilizava à mesma altura (4,8 m).

A figura não está à escala.

Seleccione a única opção que compara correctamente o trabalho realizado pela força gravítica aplicada no automóvel, desde o início da escapatória até ao ponto em que o automóvel se imobiliza, na situação A, W_A, e na situação B, W_B.

(A) W_A = W_B

(B) W_A > W_B

(C) W_A < WB

(D) W_A ≥ W_B

• 10ºano – Física – subdomínio 3 (Energia, fenómenos térmicos e radiação)

5.2. Nas auto-estradas, os telefones dos postos SOS são alimentados com painéis fotovoltaicos.

Considere um painel fotovoltaico, de área 0,50 m² e de rendimento médio 10%, colocado num local onde a potência média da radiação solar incidente é 600 W m⁻².

Selecione a única opção que permite calcular a potência útil desse painel, expressa em W.

• 11ºano – Física  – Domínio 2 – subdomínio 1 (Sinais e ondas)

5.3. Em situações de emergência, os automobilistas podem usar a buzina para emitir um sinal sonoro que, ao propagar-se no ar, origina uma onda sonora.

Sabendo que uma onda sonora é uma onda mecânica longitudinal, descreva como ocorre a propagação de um sinal sonoro no ar.

6. Para investigar se o valor da aceleração da gravidade depende da massa dos corpos em queda livre e da altura de queda, um grupo de alunos usou duas células fotoeléctricas, X e Y, ligadas a um cronómetro digital, e diversas esferas de um mesmo material, mas com diâmetros diferentes.

A Figura 5 representa um esquema da montagem utilizada.

Os alunos começaram por medir, com uma craveira, o diâmetro, d, de cada uma das esferas.

Realizaram, seguidamente, diversos ensaios, para determinarem:

– o tempo que cada esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, Δt_queda ;

– o tempo que cada esfera demora a passar em frente à célula Y, Δt_Y.

Os alunos tiveram o cuidado de largar cada esfera sempre da mesma posição inicial, situada imediatamente acima da célula X, de modo a poderem considerar nula a velocidade com que a esfera passava nessa célula (v_X = 0).

6.1. Para uma dada esfera, os alunos obtiveram os valores mais prováveis do diâmetro, d, e do tempo de passagem da esfera pela célula Y, Δt_Y :

• d = 2,860 cm

• Δt_Y = 12,3 x 10^–3 s

Os alunos usaram a expressão

(que se refere a um movimento rectilíneo uniforme) para calcular um valor aproximado da velocidade, v_Y, com que a esfera passa na célula Y.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 2 (Interações e os seus efeitos)
• 11ºano – Física – A.l. – 1.1 – Queda livre força gravítica

6.1.1. Explique por que é possível utilizar-se aquela expressão no cálculo do valor aproximado da velocidade v_Y.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 2 (Interações e os seus efeitos)
• 11ºano – Física – A.l. – 1.1 – Queda livre força gravítica

6.1.2. Os alunos obtiveram, em três ensaios consecutivos, os valores de tempo que a esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, Δt_queda , apresentados na tabela seguinte.

Calcule o valor experimental da aceleração da gravidade obtido pelos alunos a partir das medidas efectuadas.

Apresente todas as etapas de resolução.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 2 (Interações e os seus efeitos)
• 11ºano – Física – A.l. – 1.1 – Queda livre força gravítica

6.2. A tabela seguinte apresenta alguns dos valores experimentais da aceleração da gravidade, expressos em ms^–2, obtidos pelos alunos, utilizando esferas de massas diferentes e alturas de queda diferentes.

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

A partir dos resultados experimentais obtidos, podemos concluir que o valor da aceleração da gravidade ______ da massa dos corpos em queda e que ______ da altura de queda.

(A) depende … depende

(B) depende … não depende

(C) não depende … depende

(D) não depende … não depende

FIM