2007 – 2ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A
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- Prova Escrita de Física e Química A – versão 1
- Prova 715: 2.ª Fase – 2007
Até hoje, a civilização industrial tem vivido quase exclusivamente da exploração intensiva de energias acumuladas ao longo das épocas geológicas. Mais de 85% da energia consumida hoje é obtida através do carvão, petróleo e gás natural, entre outros. A velocidade de reposição destas energias é praticamente nula à escala da vida humana. Por isso, o futuro depende da utilização que o Homem saiba fazer das energias renováveis como, por exemplo, as energias solar, eólica e hidroeléctrica.
Actualmente, consomem-se cerca de 320 mil milhões de kWh de electricidade por dia. A manter-se o ritmo actual de consumo de combustíveis fósseis, estes recursos esgotar-se-ão rapidamente.
O consumo dos recursos não renováveis tem assim, inevitavelmente, de diminuir, não apenas para afastar o espectro de uma crise energética grave que a humanidade enfrenta, mas também porque a sua utilização tem efeitos altamente prejudiciais sobre o meio ambiente.
Estes efeitos estão relacionados, sobretudo, com as emissões de gases com efeito de estufa, como o dióxido de carbono, cujas concentrações na atmosfera têm aumentado, nos últimos anos, de forma exponencial. O aumento de concentração destes gases tem potenciado o reforço do efeito de estufa natural, causando alterações climáticas globais.
- 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)
1.1. Indique,com base no texto, duas razões justificativas da necessidade de um maior recurso às energias renováveis.
⇒ Exemplos de razões apresentadas no texto: diminuir a utilização de combustíveis fósseis, alargando assim o tempo que decorre até se esgotarem, e evitar a ocorrência de uma crise energética grave; reduzir significativamente os efeitos prejudiciais sobre o meio ambiente, causados pela utilização dos combustíveis fósseis.
⇒ Nível 2 – Diminuir a probabilidade de ocorrência de uma crise energética grave.
– Reduzir significativamente os efeitos prejudiciais sobre o meio ambiente. …….. 10 pontos
⇒ Nível 1 – Apresenta apenas uma razão justificativa. ……… 5 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)
1.2. Uma das variáveis importantes do problema do aquecimento global é a concentração de dióxido de carbono na atmosfera.
Seleccione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respectivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte.
O dióxido de carbono, CO2, é um gás com efeito de estufa, porque ___(a)___ facilmente as radiações infravermelhas emitidas pela terra, contribuindo para __(b)___ a temperatura global média na superfície da terra.
(A) … absorve… diminuir…
(B) … absorve… aumentar…
(C) … transmite… aumentar…
(D) … transmite… manter…
- Opção (B)
⇒ Transmitir indica que se deixa atravessar significativamente pela radiação.
- Opção (B)…………. 8 pontos
2. O gás natural é o combustível fóssil de maior conteúdo energético. É constituído, essencialmente, por metano, CH4, um hidrocarboneto muito volátil, inflamável e inodoro.
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 1 (Aspetos quantitativos das reações químicas)
2.1. Quando o metano arde no ar, os únicos produtos dessa reação são dióxido de carbono, CO2, e água, H2O, sendo a reacção de combustão traduzida pela seguinte equação química:
CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Numa reação, ocorrendo em condições normais de pressão e temperatura (PTN), gastou-se 40,0 g de metano (M = 16,0 g mol–1) e obteve-se um volume de 78,4 dm3 de vapor de água.
Determine o rendimento da reação de combustão.
Apresente todas as etapas de resolução.
- m(CH4) = 40,0 g
- M(CH4) = 16,0 g mol-1
- V(H2O) = 78,4 dm3 (PTN)
De acordo com a estequiometria da reação, entre CH4 e H2O, 1:2, a quantidade máxima de H2O que é possível obter é dupla da quantidade de CH4 gasta:
- n (H2O) = 2 x n (CH4) = 2 x 2,50 mol = 5,00 mol
⇒ Cálculo do rendimento:
Uma metodologia de resolução correcta deverá apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:
⇒ Calcula a quantidade de metano gasta (n = 2,5 mol) e, referindo a estequiometria da reacção (1 mol CH4 : 2 mol H2O), calcula a quantidade de água que se formaria (nt = 5,0 mol).
⇒ Calcula a quantidade de água que se obteve (np = 3,5 mol).
⇒ Calcula o rendimento da reacção (70%).
Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorrecta de dados, conversão incorrecta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorrectas no resultado final.
Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas, ausência de conversão de unidades(*) e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.
(*) Qualquer que seja o número de conversões de unidades não efectuadas, contabilizar apenas como um erro de tipo 2.
⇒Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorrecta, ainda que com um resultado final correcto, a classificação a atribuir será de zero pontos.
2.2. Um composto derivado do metano, mas com características bem diferentes, é o diclorometano, CH2Cl2, que é um solvente orgânico volátil, não inflamável e de cheiro agradável.
- 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Energia dos eletrões nos átomos)
2.2.1. O diclorometano é um composto cuja unidade estrutural é constituída por átomos de carbono, de cloro e de hidrogénio.
Seleccione a afirmação CORRECTA.
(A) A configuração electrónica do átomo de carbono, no estado de energia mínima, é 1s2 2s2 3s2.
(B) Os electrões do átomo de cloro, no estado de energia mínima, estão distribuídos por três orbitais.
(C) A configuração electrónica 1s2 2s2 2p1 3s1 pode corresponder ao átomo de carbono.
(D) O conjunto de números quânticos (3, 0, 1, 1/2 ) pode caracterizar um dos electrões 2 mais energéticos do átomo de cloro, no estado de energia mínima.
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (C)
⇒ Esta configuração corresponde a um estado excitado.
⇒ O carbono tem 6 electrões, logo, a sua configuração electrónica no estado de energia mínima é: C – 1s2 2s2 2px1 2py1 (4 orbitais e, para os electrões de valência, n = 2).
- Opção (C)…………. 8 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Energia dos eletrões nos átomos)
2.2.2. O esquema da figura 1 representa um diagrama de níveis de energia no qual estão indicadas algumas transições electrónicas possíveis no átomo de hidrogénio.
Seleccione a afirmação correcta, relativamente às transições assinaladas no diagrama com as letras X, Y, Z e T.
(A) A transição Z corresponde a uma risca, na região do infravermelho, do espectro de absorção do hidrogénio.
(B) A transição Y está associada à emissão da radiação menos energética pelo átomo de hidrogénio.
(C) A transição X está associada à absorção de radiação ultravioleta pelo átomo de hidrogénio.
(D) A transição T corresponde à risca azul do espectro de emissão do hidrogénio.
- Opção (C)
⇒ As transições que envolvem n = 2 (série de Balmer) têm radiações que se encontram na zona do visível.
⇒ Quanto maior for a diferença entre os níveis de energia, maior será a frequência da radiação.
- Opção (C)…………. 8 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Energia dos eletrões nos átomos)
2.2.3. Considere que o valor de energia do electrão no átomo de hidrogénio, no estado fundamental, é igual a –2,18 × 10–18 J.
Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.
Se, sobre um átomo de hidrogénio no estado fundamental, incidir radiação cujos fotões têm energia igual a 2,18 × 10–18 J…
(A) … o electrão não é removido do átomo e permanece no mesmo nível energético.
(B) … o electrão é removido do átomo e fica com um valor nulo de energia cinética.
(C) … o electrão é removido do átomo e fica com um valor não nulo de energia cinética.
(D) … o electrão não é removido do átomo e transita para um nível energético superior.
- Opção (B)
⇒ Aplica-se a lei de conservação da energia.
⇒ Se a energia do electrão no átomo de hidrogénio, no estado fundamental, é igual a –2,18 × 10–18 J, é necessário fornecer-lhe, no mínimo, 2,18 × 10–18 J para o retirar.
- Opção (B)…………. 8 pontos
2.2.4. A tabela seguinte apresenta os valores da primeira energia de ionização dos elementos flúor, cloro, bromo e iodo.
Interprete a variação encontrada nos valores da primeira energia de ionização dos diferentes halogéneos considerados, atendendo aos valores da tabela.
⇒ O valor da primeira energia de ionização dos halogéneos diminui ao longo do grupo.
⇒ Esta diminuição resulta do afastamento cada vez maior, em relação ao núcleo, dos electrões de valência, e do efeito de blindagem provocado pelas camadas de electrões mais internas.
⇒ Os electrões de valência sofrem, assim, uma menor atracção por parte do núcleo.
⇒ Nível 2 – O valor da primeira energia de ionização dos halogéneos diminui ao longo do grupo.
Esta diminuição resulta do afastamento cada vez maior, em relação ao núcleo, dos electrões de valência.
Os electrões de valência sofrem, assim, uma menor atracção por parte do núcleo. …….. 10 pontos
⇒ Nível 1 – Refere apenas dois dos elementos de resposta apresentados no nível anterior. ……… 5 pontos
3. Num parque de diversões, um carrinho de massa igual a 50,0 kg percorre o trajecto representado na figura, partindo do ponto A sem velocidade inicial e parando no ponto D.
O módulo da aceleração do carrinho no percurso entre os pontos C e D é igual a 3,0 ms–2, e a distância entre aqueles pontos é de 12,0 m.
Considere desprezável o atrito no percurso entre os pontos A e C.
- 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
3.1. Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.
No trajecto percorrido pelo carrinho entre os pontos A e C, o trabalho realizado pelo peso do carrinho…
(A) … é igual à variação da sua energia potencial gravítica.
(B) … é simétrico da variação da sua energia cinética.
(C) … é igual à variação da sua energia mecânica.
(D) … é simétrico da variação da sua energia potencial gravítica.
- Opção (D)
⇒ A força gravítica é uma força conservativa.
⇒ Esta opção completa a definição de força conservativa.
- Opção (D)…………. 8 pontos
- 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
3.2. Seleccione a alternativa que permite calcular correctamente o módulo da velocidade do carrinho no ponto B da trajectória descrita.
- Opção (A)
⇒ Como há conservação de energia mecânica, então:
⇒ ΔEc = – ΔEp ⇔ EcB – EcA = – (EpB – EpA) ⇔ EcB – 0 = – (0 – EpA) ⇔ EcB = EpA ⇔ ½ m vB2 = m g/2 ⇔ vB2 = gh
⇒ Como a radiação azul tem menor comprimento de onda do que a radiação vermelha, a temperatura superficial da estrela que emite radiação azul é maior que a da que emite radiação vermelha.
- Opção (A)…………. 8 pontos
- 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
3.3. Calcule a variação da energia mecânica do carrinho durante o percurso entre os pontos C e D.
Apresente todas as etapas de resolução.
- ΔEm = ΔEc + ΔEp
⇒ Como de C a D temos ΔEp = 0, pois Δh = 0, logo
- ΔEm = ΔEc
⇒ Da Lei do Trabalho-Energia:
- ΔEc = WFR
- WFR = WP + WRn + WFa
⇒ Mas P e Rn são perpendiculares à trajetória, pelo que WP e WRn são nulos; então, WFR = WFa e, consequentemente:
- ΔEm = WFR = – m a d = – 50,0 x 3,0 x 12,0 J = – 1,8 x 103 J
⇒ A variação de energia mecânica do carrinho durante o percurso de C a D é igual a – 1,8 x 103 J.
Uma metodologia de resolução correcta deverá apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:
⇒ Calcula o módulo da resultante das forças que actuam sobre o carrinho (F = 150 N).
⇒ Calcula o trabalho da força de atrito, identificando, implícita ou explicitamente, a força de atrito com a resultante das forças que actuam sobre o carrinho (WFa = –1,8 × 103 J).
⇒ Identifica o trabalho da força de atrito com a variação da energia mecânica do carrinho (ΔEm = –1,8 × 103 J).
ou
⇒ Calcula a velocidade do carrinho no ponto C (vC = 8,49 m s–1).
⇒ Calcula a variação da energia cinética do carrinho (ΔEC = –1,8 × 103 J).
⇒ Conclui que a variação da energia cinética é igual à variação da energia mecânica do carrinho (ΔEm = –1,8 × 103 J), uma vez que a variação da energia potencial é nula.
Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorrecta de dados, conversão incorrecta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorrectas no resultado final.
Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas, ausência de conversão de unidades(*) e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.
(*) Qualquer que seja o número de conversões de unidades não efectuadas, contabilizar apenas como um erro de tipo 2.
⇒ Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorrecta, ainda que com um resultado final correcto, a classificação a atribuir será de zero pontos.
4. Um satélite descreve periodicamente uma órbita circular em torno da Terra, estando sujeito apenas à força gravítica exercida pela Terra.
- 11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
4.1. Seleccione o diagrama que representa correctamente a força, F, exercida pela Terra (T) sobre o satélite (S) e a velocidade, v, do satélite, durante o seu movimento em torno da Terra.
- Opção (B)
⇒ A força gravítica no satélite aponta sempre para a Terra e a velocidade é sempre tangente à trajectória.
- Opção (B)…………. 8 pontos
- 11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
4.2. Seleccione a alternativa que apresenta os gráficos que traduzem correctamente a variação dos módulos da velocidade, v, do satélite e da força, F, que actua sobre este, em função do tempo, t, durante o movimento do satélite em torno da Terra.
- Opção (B)…………. 8 pontos
- Opção (B)
⇒ Como a força é perpendicular à trajectória, o módulo da velocidade é constante, e como o satélite se encontra sempre à mesma distância da Terra, o módulo da força é constante.
- 11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
4.3. Um satélite artificial descreve, com velocidade de módulo, v, uma órbita circular de raio, r, igual a 8,4 × 106 m, em torno da Terra.
Calcule o módulo da velocidade orbital do satélite, considerando que o módulo da aceleração centrípeta do satélite é ac = v2/r
Apresente todas as etapas de resolução.
⇒ O módulo da velocidade orbital do satélite é igual a 6,9 x 103 m s-1.
- Uma metodologia de resolução correcta deverá apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:
⇒ Escreve a expressão que traduz a força centrípeta, Fc = mv2/r , e iguala esta expressão à expressão que traduz a força gravítica, Fg.
⇒ Deduz a expressão da velocidade orbital, v = √(GMT/r)
⇒ Calcula o módulo da velocidade orbital do satélite (v = 6,9 × 103 ms–1).
Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorrecta de dados, conversão incorrecta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorrectas no resultado final.
Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas, ausência de conversão de unidades(*) e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.
(*) Qualquer que seja o número de conversões de unidades não efectuadas, contabilizar apenas como um erro de tipo 2.
⇒ Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorrecta, ainda que com um resultado final correcto, a classificação a atribuir será de zero pontos.
5. O diapasão (figura 3) é um pequeno instrumento metálico muito utilizado na afinação de instrumentos musicais, uma vez que emite um som puro, com uma frequência bem definida, a que corresponde uma determinada nota musical.
O sinal sonoro produzido pelo diapasão propaga-se através de um determinado meio, fazendo vibrar as partículas constituintes desse meio em torno das suas posições de equilíbrio, gerando uma onda sonora.
- 11ºano – Física – Domínio 2 – subdomínio 1 (Sinais e ondas)
5.1. A figura 4 refere-se a uma onda sinusoidal e traduz a periodicidade temporal do movimento vibratório de uma partícula do ar, em consequência do sinal sonoro emitido pelo diapasão.
Considere que a velocidade de propagação deste sinal no ar tem módulo igual a 340 ms–1.
Relativamente à situação descrita, classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.
(A) A distância entre duas partículas do ar que se encontram no mesmo estado de vibração é de 10 nm.
(B) O período de vibração de uma partícula do ar é de 1,0 × 10–3 s.
(C) No ar, a onda sonora tem um comprimento de onda de 0,68 m.
(D) Uma partícula do ar afasta-se, no máximo, 10 nm em relação à sua posição de equilíbrio.
(E) O produto do comprimento de onda pela frequência de vibração é constante e igual a 340ms–1.
(F) A velocidade de propagação do sinal aumenta se a amplitude da vibração diminuir.
(G) A frequência de vibração de uma partícula do ar é de 425 Hz.
(H) No ar, o sinal emitido percorre 1700 m em 5,0 s.
- Verdadeiras – (C), (D), (E) e (H)
- Falsas – (A), (B), (F) e (G)
- v = 340 m s-1
– a amplitude, A, da vibração da partícula, isto é, a distância máxima à posição de equilíbrio, A = 10 nm;
– o período, T, da vibração da partícula, isto é, o intervalo de tempo decorrido entre dois instantes consecutivos em que a partícula se encontra no mesmo estado de vibração, T = 2,0 x 10-3 s.
⇒ (A) Falsa.- A amplitude da vibração é que é igual a 10 nm.
⇒ (B) Falsa.
- O período de vibração é de 2,0 x 10-3 s.
⇒ (C) Verdadeira.
- λ = v T ⇒ λ = 340 x 2,0 x 10-3 m = 0,68 m
⇒ (D) Verdadeira.
- A amplitude, elongação máxima, é de 10 nm.
⇒ (E) Verdadeira.
- f = 1/T = e v = λ/T ⇔ v = λ f e v = 340 m s-1
⇒ (F) Falsa.
- A velocidade de propagação é constante no mesmo meio, o ar; por outro lado, a amplitude não altera o valor da velocidade.
⇒ (G) Falsa.
- f = 1/T = 1/2,0 x 10-3 s = 500 Hz
⇒ (H) Verdadeira.
- x = v Δt = 340 x 5,0 m = 1700 m
- Verdadeiras : (C), (D), (E), (H)…………. 10 pontos
- Falsas : (A), (B), (F), (G)
5.2. Explique, num texto, como se pode converter o sinal sonoro emitido pelo diapasão num sinal eléctrico, utilizando um microfone de indução.
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
⇒ Este processo ocorre na estratosfera e, deste modo, causa uma diminuição da concentração de ozono (a camada de ozono).
⇒ Estas zonas propagam-se e quando existe, junto à membrana do microfone, uma zona de menor pressão, a membrana aproxima-se dessa zona.
⇒ Quando a pressão aumenta, a membrana desloca-se para o interior do microfone.
⇒ Esta situação, ao repetir-se, cria uma vibração da membrana, que provoca um movimento relativo entre a bobina do microfone e o íman que existe no seu interior.
⇒ Este movimento faz variar o fluxo magnético na bobina, o que, de acordo com a Lei de Faraday, cria uma força electromotriz induzida e correntes eléctricas.
A composição deve contemplar os seguintes tópicos:
⇒Quando o som atinge a membrana (ou diafragma) do microfone, esta vibra devido às variações de pressão, provocadas pela onda sonora.
⇒Como a membrana está ligada a uma bobina, esta oscila também, o que faz variar o fluxo magnético do campo criado pelo íman do microfone.
⇒Esta variação do fluxo magnético induz uma corrente eléctrica no circuito da bobina.
A classificação deste item utiliza os níveis de desempenho registados nos critérios gerais, apresentados de acordo com os tópicos descritos.
Se o examinando referir apenas 1 dos tópicos:
⇒ atribuir a classificação de 4 pontos se este estiver correcto;
⇒ atribuir a classificação de 3 pontos se for utilizada, ocasionalmente, uma terminologia científica não adequada e/ou com incorrecções.
5.3. A transmissão a longas distâncias de um sinal eléctrico resultante da conversão de um sinal sonoro é quase impossível, uma vez que a onda electromagnética que corresponde à propagação daquele sinal apresenta frequências baixas.
Seleccione a alternativa que indica correctamente o processo que permite, na prática, ultrapassar aquele problema.
(A) Digitalização.
(B) Distorção.
(C) Modulação.
(D) Amplificação.
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (C)
⇒ Em telecomunicações, distorção significa que o sinal recebido não é fiel ao sinal que foi emitido, isto é, sofreu interferências.
⇒ Deve evitar-se ou eliminar-se a distorção se se pretende transmitir informação.
⇒ A modulação permite codificar a informação segundo um protocolo pré-estabelecido sobre uma onda electromagnética de melhores características para a sua propagação na atmosfera.
⇒ A amplificação pode resolver a diminuição da intensidade do sinal mas não da transmissão de ondas electromagnéticas de baixa frequência, e amplifica eventuais distorções.
- Opção (C)…………. 8 pontos
6. Os aquários são, hoje em dia, uma fonte de entretenimento e de lazer bastante divulgada, sendo também utilizados na decoração de diversos espaços.
6.1. O pH é uma das propriedades químicas determinantes da «saúde do aquário», uma vez que cada espécie está adaptada a uma gama relativamente estreita de valores de pH. Este facto torna o ajuste do valor de pH nos aquários uma condição indispensável à sobrevivência das espécies que neles habitam.
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)
6.1.1. Admita que dois amigos compraram um aquário com capacidade de 45 L e que o encheram com água de pH igual a 6,80.
Sabem, no entanto, que o intervalo de valores de pH óptimo para a vida dos peixes que irão habitar esse aquário é de 6,20 – 6,40. Assim, para fazer o ajuste de pH, adicionam à água do aquário 1,4 cm3 de solução aquosa de ácido clorídrico, HCl , de concentração 1,0 × 10–2 mol dm–3.
Considere desprezáveis a variação de volume decorrente da adição da solução de HCl e eventuais equilíbrios existentes em solução.
Verifique que o ajuste de pH foi efectivamente conseguido. Apresente todas as etapas de resolução.
- V(H2O) = 45 L
- pH (H2O) = 6,80
- V(HCl) = 2,4 cm3
- c (HCl) = 1,0 x 10-2 mol dm-3
Considerando desprezáveis eventuais equilíbrios existentes em solução (como indicado no enunciado), temos:
⇒ pH = 6,80 e como pH = – log [H3O+(aq)] vem:- [H3O+(aq)] = 10-6,80 mol dm-3 ≈ 1,585 x 10-7 mol dm-3
- n1(H3O+(aq)) = c x V = 1,0 x 10-2 mol dm-3 x 1,4 x 10-3 dm3 = 1,4 x 10-5 mol
- pH = – log [H3O+(aq)] = – log (4,7 x 10– 7) ) ≈ 6,33
Como o valor de pH = 6,33 está compreendido no intervalo de valores [6,20; 6,40], o ajuste de pH foi efetivamente conseguido.
⇒ Nota:
Neste exercício não se deveria considerar desprezável a reação de autodissociação da água, porque, neste caso, a solução é muito diluída e, consequentemente, as concentrações iniciais de H3O+ (aq) e HO– (aq) são muito próximas da concentração de H3O+ (aq) adicionada.
⇒Assim, deveria ser:- 2 H2O (l) ⇋ H3O+ (aq) + HO– (aq)
⇒ Juntando H3O+, vai ter como consequência deslocar o equilíbrio no sentido inverso (Princípio de Le Chatelier) reagindo x mol dm-3 de H3O+ e de HO–, pelo que, no novo equilíbrio, teremos:
- [H3O+]eq = (1,585 x 10-7 + 3,111 x 10-7 – x) mol dm-3
- [HO–]eq = (6,310 x 10-8 – x) mol dm-3
- x = 3,98 x 10-8 mol dm-3
- pH = 6,37
Uma metodologia de resolução correcta deverá apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:
⇒ Calcula a quantidade de H3O+ que existe em 45 L de água (n = 7,13 × 10–6 mol).
⇒ Calcula a quantidade de H3O+ adicionada à água do aquário (n = 1,4 × 10–5 mol).
⇒ Calcula a concentração hidrogeniónica total e determina o valor de pH ajustado (6,33).
Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorrecta de dados, conversão incorrecta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorrectas no resultado final.
Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas, ausência de conversão de unidades(*) e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.
(*) Qualquer que seja o número de conversões de unidades não efectuadas, contabilizar apenas como um erro de tipo 2.
⇒ Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorrecta, ainda que com um resultado final correcto, a classificação a atribuir será de zero pontos.
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)
6.1.2. Justifique a seguinte afirmação.
Se tivessem adicionado o mesmo volume de uma solução, com a mesma concentração, de cloreto de sódio, NaCl , não teria havido qualquer alteração no valor de pH da água do aquário.
⇒ NaCl (aq) → Na+ (aq) + Cl– (aq)
⇒ Como os iões Na+ (aq) e Cl– (aq) têm carácter neutro, o valor de pH não sofre alteração.
⇒ Nível 2 – O cloreto de sódio, NaCl, dissocia-se nos iões Na+ e Cl–.
– Estes iões não reagem com a água, o que implica que o valor de pH não sofra variação. …….. 10 pontos
⇒ Nível 1 – Refere apenas um dos elementos de resposta apresentados no nível anterior. ……… 5 pontos
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 1 (Aspetos quantitativos das reações químicas)
6.2 A dureza da água é outro parâmetro importante na regulação das condições de funcionamento de um aquário. Considere que a água do aquário apresenta uma dureza de 200 mg/L em Ca2+ (M = 40,0 g mol-1).
Selecione a alternativa que apresenta a forma de calcular correctamente a concentração de ião CO32- que terá de existir na água do aquário para provocar a precipitação de carbonato de cálcio, CaCO3 (Ks = 4.5 x 10-9).
- Opção (A)
⇒ ρ (Ca2+) = 200 mg L-1
⇒ A concentração mínima de ião CO32- necessária para provocar a precipitação de carbonato de cálcio deve ser tal que:
- Opção (A)…………. 8 pontos
- 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
6.3. Selecione a alternativa correcta, considerando que o ião HCO3– é uma espécie anfotérica, segundo a teoria de Bronsted-Lowry.
(A) O ião HCO3– é o ácido conjugado da espécie H2CO3.
(B) O ião HCO3– é o ácido conjugado da espécie CO32-.
(C) A espécie H2CO3 é a base conjugada do ião HCO3–.
(D) O ião HCO3– é a base conjugada do ião CO32-.
- Opção (B)
⇒ O ácido e a base conjugada diferem num H+.
⇒ O ácido tem mais um H+ do que a base conjugada.
- Opção (B)…………. 8 pontos
- 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Reações de oxidação redução)
6.4. Quando se quer elevar a temperatura da água de um aquário para garantir a melhor sobrevivência de algumas espécies, podem utilizar-se espiras metálicas como resistências eléctricas de aquecimento.
Para escolher o metal mais adequado a uma destas espiras, fez-se reagir uma solução aquosa de ácido clorídrico, HCl , com três diferentes metais: cobre (Cu), zinco (Zn) e magnésio (Mg). Os resultados obtidos experimentalmente são apresentados na tabela seguinte.
Seleccione a alternativa que apresenta, por ordem decrescente, a sequência correcta do poder redutor daqueles metais.
(A) Mg>Zn>Cu
(B) Zn>Mg>Cu
(C) Mg>Cu>Zn
(D) Cu>Zn>Mg
- Opção (A)
⇒ O metal que tem maior poder redutor é o que se oxida mais facilmente e o que reage mais violentamente.
⇒ Como o magnésio (Mg) reage violentamente com o ácido clorídrico, reduz os iões H+ provenientes da ionização do HCl, oxidando-se completamente, o que significa que o magnésio tem alto poder redutor.
⇒ Ocorreria, espontaneamente, a reação: Mg (s) + 2 H+ (aq) → Mg2+ (aq) + H2 (g)
⇒ O zinco reage com o ácido clorídrico de um modo menos violento que o magnésio, pelo que se conclui que o poder redutor do zinco é menor que o do magnésio.
⇒ Como o cobre não reage com o ácido clorídrico, significa que o cobre é o metal com menor poder redutor.
⇒ Assim, a sequência correta do poder redutor destes metais é: Mg > Zn > Cu
- Opção (A)…………. 8 pontos
FIM
