• Opção (D)

🛑    A energia e, portanto, a frequência da radiação visível é superior à energia da radiação infravermelha (IV).

🛑    Sendo a velocidade da radiação eletromagnética no vazio uma constante, o comprimento de onda das radiações (𝜆)é inversamente proporcional à sua frequência, ou seja, as radiações visíveis têm 𝜆 inferiores aos das radiações IV.

🛑    Uma vez que o telescópio JWST opera, essencialmente, na região do IV, ele detetará radiações de maior comprimento de onda, mas menor energia por fotão que o telescópio espacial Hubble, que opera na região do visível.

❇️   Maior comprimento de onda e menor energia por fotão.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (3)

⇒ (d) – (1)

🛑  Se a função do escudo solar é impedir que a luz proveniente do Sol, Terra e Lua atinjam alguns dos equipamentos do JWST, o escudo deverá refletir a energia que lhe é transferida por estes astros por radiação.

🛑  Dos hidrocarbonetos indicados, o único que é saturado (ligações C − C simples) é o C₂H₆.

🛑  Das substâncias identificadas pelo telescópio, a única molécula apolar é o CH₄.

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (3)

⇒ (d) – (1)

• Opção (B)

🛑    Para a mesma área, A , quanto menor for o ângulo de incidência, maior é a irradiância, Er, que atinge os painéis e consequentemente maior será a potência, P , gerada, P = Er A .

❇️   Sento P = R I ² e U = R I , vem P = U I

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ M(Au) = 196,97 g mol^-1

⇒ ρ(Au) = 19,3 g cm^-3

⇒ M(Al) = 26,98 g mol^-1

⇒ ρ(Al) = 2,7 g cm^-3

🛑  Se os espelhos têm igual área e igual espessura da camada metálica, os átomos que fazem o seu revestimento distribuem-se, necessariamente, pelo mesmo volume (V_Au = V_Al = V) :

❇️    N(Au) = N(Al)

Elementos de resposta:

⇒ A expressão que relaciona N com ρ, V e M é:

⇒ A relação que se estabelece entre N_Au e N_Al é:

⇒ N_Au/ N_Al = 1 ou N_Au = N_Al (ou equivalente)

• Opção (A)

🛑    Na equação química apresentada o número de oxidação (n.o.) do alumínio passa de 0, em Al(s), para +3, em Al₂O₃ (s), ou seja ∆n.o. = +3 − 0 = +3. 

🛑    O alumínio sofre uma oxidação, por perda de eletrões e, consequente, com o aumento do seu n.o.

❇️   O alumínio é, pois, um redutor (ou agente redutor).

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    O JWST executa o seu movimento de translação segundo uma trajetória circular e com módulo da velocidade constante (movimento circular e uniforme) pelo que, a resultante das forças sobre ele aplicadas é perpendicular à velocidade em cada ponto.

🛑    Tal fará com que a direção da força resultante assuma, em cada ponto, a direção radial e o sentido centrípeto (aponta para o centro da trajetória).

❇️   Pela Lei Fundamental da Dinâmica, e dado que a massa é sempre um escalar positivo, a direção e o sentido da aceleração são sempre iguais à direção e ao sentido da resultante das forças que lhe deu origem.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

🛑  O telescópio JWST encontra-se sob a ação da força gravítica exercida pelo Sol (36,03 N) e da força gravítica exercida pela Terra, cuja magnitude poderá ser calculada pela Lei da Gravitação Universal:

🛑  Dado que a força gravítica exercida pelo Sol e a força gravítica exercida pela Terra no telescópio JWST têm, a cada instante, a mesma direção e sentido, produzirão uma força resultante 𝐹 de magnitude 36,03 N + 1,097 N = 37,13 N 

Aplicando-se a Lei fundamental da Dinâmica e dado que se trata de um movimento circular e uniforme:

❇️    Se o período orbital da Terra em torno do Sol é de 365 dias, igual valor terá o período de translação do JWST.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a intensidade da força de atração gravitacional entre a Terra e o JWST (1,097 N) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a intensidade da resultante das forças de atração gravitacional aplicadas no JWST (37,13 N) ………. 3 pontos

⇒ Calcula o período de translação do JWST (365 dias) ………. 5 pontos

• Opção (B)

🛑  Cálculo do módulo da variação do fluxo magnético (|Δ𝛷|) total da bobina

🔶  |Δ𝛷| = N x |ΔB| x A_espira x cos 0º ⇔  |Δ𝛷| = 20 000 x 1,0 x 1,120 x 10^-2 x 1 ⇔  |Δ𝛷| = 25 Wb

🛑  Cálculo do módulo da força eletromotriz induzida, 𝜀_i:

🔶  |ε_i| = |ΔΦ| / Δt ⇔ |ε_i| = 25 / 1 x 10^-3 ⇔ |ε_i| = 2,5 x 10⁴ V

❇️   Se o número de espiras, N, aumentar, o módulo da força eletromotriz induzida também aumentará, pois o módulo da força eletromotriz induzida é diretamente proporcional ao módulo da variação do fluxo magnético na bobina que, por sua vez, é diretamente proporcional ao número de espiras.

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    A diferença de potencial total da associação das seis células em série é de 9,00 V, podemos obter a diferença de potencial elétrico para uma única célula:

❇️  U_Total = 6 x U_célula ⇔ U_célula = 9,00 / 6 = 1,50 V

❇️  𝑈 = 𝜀 − 𝑟 × 𝐼 ⇒ 1,50 = 2,00 − 𝑟 × 40 ⇔ 𝑟 = 0,0125 Ω

🛑   O valor da resistência interna (𝑟 = 0,0125 Ω) da célula 1 (ou qualquer outra destas células).

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  A energia elétrica fornecida pela resistência de imersão, de potência P , a cada um dos líquidos é E = P Δt , que, por sua vez, é responsável pelo aumento da energia térmica de cada um dos líquidos, E = mc Δθ . 

• P Δt = mc Δθ

🛑  Para comparar as capacidades térmicas mássicas dos dois líquidos, com a mesma massa e a mesma temperatura inicial, os alunos, utilizando a resistência de imersão, devem aquecer os dois líquidos durante o mesmo intervalo de tempo, Δt , recorrendo a um cronómetro, e medir as respetivas temperaturas, utilizando o termómetro, para determinar as variações de temperatura, Δθ .

❇️  Como P e m são iguais, o líquido mais adequado para o sistema de refrigeração do motor, ou seja, o que apresenta maior capacidade térmica mássica, é o que sofrer menor variação de temperatura para o mesmo intervalo de tempo.

Elementos de resposta:

⇒ [Os alunos] obtêm c = (PΔt)/(mΔθ) (ou equivalente);

⇒ [Os alunos] aquecem cada um dos líquidos durante o mesmo intervalo de tempo e medem as respetivas variações de temperatura (ou equivalente);

⇒ [Os alunos] referem que o líquido mais adequado à refrigeração do motor é o [que tem maior capacidade térmica mássica, o que corresponde ao líquido] que sofre menor variação de temperatura no mesmo intervalo de tempo [,uma vez que P/m é constante] (ou equivalente).

🛑  A variação da energia cinética do automóvel, durante os primeiros 6,0 s, é:

• ΔEc = Ec_f – Ec_i ⇔ ΔEc = ½ mv_f² – 0 ⇔ ΔEc = ½ x 1000 x 12² ⇔ ΔEc = 7,20 x 10⁴ J

🛑  90% da energia fornecida ao automóvel foi transformada em energia cinética de translação, a energia total fornecida, nesse intervalo de tempo, é:

• E_f = ΔEc / 0,90 ⇔ E_f = 7,20 x 10⁴ / 0,90 ⇔ E_f = 8,0 x 10⁴ J

❇️  A energia fornecida ao automóvel é igual a 8,0 x 10⁴ J

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a variação da energia cinética (7,20 x 10⁴ J) ………. 5 pontos

⇒ Calcula a energia que foi fornecida ao automóvel (8,0 x 10⁴ J) ………. 5 pontos

🛑  Durante os seis primeiros segundos do movimento, a moto deslocou-se com movimento uniforme e, à taxa de 10 m s^-1, percorrerá 60 m (6 s × 10 m s^-1 = 60 m).

🛑  No mesmo intervalo de tempo, o automóvel deslocar-se-á com um movimento retilíneo uniformemente acelerado e o valor da distância por ele percorrida pode ser obtido pela área delineada pelo gráfico 𝑣(t) com o eixo das abcissas, 12 × 6,0 / 2 = 36 m. 

🛑  A partir dos 6,0 s, instante em que a moto se encontra a 60 m e o carro a 36 m do semáforo, ambos se encontram com movimento retilíneo e uniforme, sendo o automóvel (12 m s^-1) mais rápido do que a moto (10 m s^-1).

🛑  Quando se cruzarem terão a mesma posição em relação à origem, o que acontecerá num instante t contado a partir dos seis segundos iniciais, que pode ser obtido por:

• 𝑥_automóvel = 𝑥_moto ⇔ 36 + 12 𝑡 = 60 + 10 𝑡 ⇔ 12 × 𝑡 − 10 × 𝑡 = 60 − 36 ⇔ 2 × 𝑡 = 24 ⇔ 𝑡 = 12 𝑠

🛑  Onde o automóvel e a moto se encontrarão a 180 m do semáforo:

• 𝑥_automóvel = 36 + 12 × 12 ⇔  𝑥_automóvel = 180 m

ou

• 𝑥_moto = 60 + 10 × 12 ⇔ 𝑥_moto = 180 m

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a distância percorrida pelo automóvel nos primeiros 6s de movimento (36,0 m) ………. 3 pontos

⇒ Calcula o instante em que o carro e a mota se voltam a encontrar (18,0 ou 12,0 s após o instante t = 6,0 s) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a distância percorrida pelos dois veículos até se encontrarem novamente (1,8 x 10² m) ………. 3 pontos

• Opção (C)

🛑    Como o automóvel parte do repouso e aumenta uniformemente a sua velocidade em magnitude até atingir os 12 m s^-1 (no instante t = 6 s) e a moto se desloca sempre com uma velocidade de magnitude 10 m s^-1, os dois veículos encontram-se à mesma velocidade quando ambos estiverem com a velocidade de magnitude 10 m s^-1, o que terá de ocorrer necessariamente antes de t = 6 s.

🛑    Nesse instante, apesar de apresentarem velocidade de igual magnitude, a energia cinética do automóvel será maior, dado que as suas energias cinéticas serão, neste caso, diretamente proporcionais às suas massas. 

❇️   Os dois veículos terão diferente energia cinética.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

• Opção (C)

🛑    Estando o ponto X em contacto com o solo, ao fim de um período, T , este ponto, após ter atingido a altura máxima, duas vezes o raio (0,60 m), regressa ao solo (0 m).

❇️   Como nos gráficos estão representados três períodos, o tempo correspondente ao movimento será:

• t = 3 x 0,050 π = 0,15 π s

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    A energia de ionização do nitrogénio (N) isolado e em fase gasosa é a energia mínima necessária para que, a partir de uma mole de átomos no estado fundamental, se forme uma mole de iões positivos (N⁺).

🛑    Um átomo de nitrogénio no estado fundamental tem a configuração eletrónica 1s² 2s² 2p³, tendo três eletrões desemparelhados na subcamada 2p.

❇️   Removendo um eletrão, forma-se o ião N⁺, com a configuração 1s² 2s² 2p², onde possui dois eletrões desemparelhados.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    O nitrogénio tem número atómico 7, o que significa que possui 7 protões no seu núcleo. O oxigénio tem número atómico 8, o que significa que possui 8 protões no seu núcleo. Portanto, a carga nuclear do nitrogénio é menor do que a do oxigénio.

🛑    Como o nível de valência é o mesmo, devido à carga nuclear menor do nitrogénio (7 protões) em comparação com a do oxigénio (8 protões), a atração dos eletrões de valência pelo núcleo é menor no nitrogénio.

❇️  Com esta consideração, podemos verificar que o raio atómico do nitrogénio é maior do que o do oxigénio.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  As três reações descritas na informação recolhida pelos alunos são traduzidas pelas seguintes equações químicas:

• 2 NO (g) + O₂ (g) → 2 NO₂ (g) ;  (na troposfera)
• NO₂ (g) → NO^. (g) + O^. (g) ;  (na estratosfera) 
• NO^. (g) + O₃ (g) → NO₂ (g) + O₂ (g) (na estratosfera)

🛑  A fotodissociação do dióxido de nitrogénio, NO₂ (g), (decomposição traduzida pela equação 2), ocorre predominantemente na estratosfera, porque é na estratosfera que a energia da radiação UV (UVB e UVC) é suficiente para provocar a decomposição do NO₂ .

A segunda e terceira equações traduzem um processo de destruição do ozono:

• O₃ → O₂ + O^.

🛑  A terceira equação traduz a decomposição da camada do ozono, que ocorre predominantemente na estratosfera, por ação da radiação ultravioleta de média energia (UVB), com recuperação das moléculas de dióxido de nitrogénio, NO₂ (g), que podem voltar a reagir, segundo a reação (2), num processo cíclico (em cadeia).

❇️   A partir de uma única molécula de monóxido de nitrogénio proveniente dos escapes dos automóveis e dos aviões, são destruídas muitas moléculas de ozono, devido ao referido processo cíclico (2) + (3) .

Elementos de resposta:

• 2 NO + O₂ → 2 NO₂ ;
• NO₂ → NO^. + O^. ;
• NO^. + O₃ → NO₂ + O₂ (ver nota);

⇒ [é na estratosfera que] a energia da radiação UV é suficiente para provocar a reação de fotodissociação da molécula de NO₂ (ou equivalente);

⇒ a segunda e a terceira equações traduzem um processo cíclico de destruição de O₃ , em que o NO₂ é regenerado [, tendo como precursor uma molécula de NO proveniente dos escapes dos automóveis] (ou equivalente).

OU

⇒ o NO [,proveniente dos escapes dos automóveis,] origina NO₂ que, por sua vez, [por ação da radiação UV,] forma o [radical] NO. Este radical reage com o O₃ regenerando o NO₂ que pode assim repetir o processo [de destruição de O₃] (ou equivalente).

Nota: a apresentação de coeficientes estequiométricos incorretos é equiparada a falhas na linguagem científica.

🛑  Informações fornecidas:

⇒ K_a = 5,14 x 10^-4

⇒ pH_{(solução de HNO3)} = 1,00

⇒ pH_{(solução de HNO2)} = 1,00

⇒ c_HNO2 = c_HNO3

⇒ Ka_HNO2 = ?

🛑  Cálculo da concentração da solução de ácido nítrico, (HNO₃ ):

Como o ácido nítrico, HNO₃ , é um ácido forte, a sua ionização é muito extensa em soluções aquosas diluídas, praticamente total:

HNO₃ (aq) + H₂O (l) → H₃O⁺ (aq) + NO₃⁻ (aq) 

🛑  De acordo com a estequiometria da reação de ionização deste ácido, c (H Δ NO₃)_inicial =c (H₃O⁺)_final 

• pH = – log [H₃O⁺] ⇔ [H₃O⁺] = 10^-pH ⇔ [H₃O⁺] = 10^-1,00  ⇔ [H₃O⁺] = 1,00 x 10^-1 mol dm^-3

🛑  Cálculo da constante de acidez, Ka , do ácido nitroso, (HNO₂) :

Como as duas soluções aquosas ácidas têm a mesma concentração, a concentração inicial da solução de ácido nitroso, c (HNO₂ )_inicial = 1,00 x 10⁻¹ mol dm⁻³ .

• pH = 2,16 ⇔ [H₃O⁺] = 10^-2,16 ⇔ [H₃O⁺] = 6,92 x 10^-3 mol dm^-3

O ácido nitroso, HNO₂ , é um ácido fraco, logo a sua ionização não é total e, portanto, a reação de ionização deste ácido em água é expressa pelo equilíbrio traduzido pela equação química:

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a concentração da solução de HNO₃ (1,000 x 10^-1 mol dm^-3) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a concentração de HNO₂ no equilíbrio (9,308 x 10^-2 mol dm^-3) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a constante de acidez, K_a , do HNO₂ (5,14 x 10^-4) ………. 4 pontos

• Opção (C)

🛑    A reação de titulação destes ácidos com a solução de hidróxido de sódio pode ser traduzida, em ambos os casos, por

HA (aq) + OH⁻ (aq) → A⁻ (aq) + H₂O (l)

🛑    Como as soluções dos dois ácidos têm a mesma concentração e os ácidos são ambos monopróticos, usando volumes iguais destas soluções, as quantidades de cada ácido a titular são iguais.

Como a proporção estequiométrica entre os reagentes na equação química da titulação é 1:1, as quantidades e os volumes de titulante gastos são iguais.

❇️   No ponto de equivalência da titulação da solução de HNO₂ , as partículas presentes nesse ponto são todas neutras, à exceção do anião nitrito, NO⁻ (aq), base conjugada do ácido nitroso fraco, pelo que 2 o pH no ponto de equivalência é superior a 7

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

🛑 A , D , E , C , B

⇒ 1º: A. Juntar o anidrido acético ao ácido salicílico;

⇒ 2º: D. Adicionar o catalisador e agitar;

⇒ 3º: E. Filtrar a vácuo os cristais obtidos;

⇒ 4º: C. Secar os cristais de ácido acetilsalicílico;

⇒ 5º: B. Medir a massa dos cristais de ácido acetilsalicílico.

⇒ A , D , E , C , B ………. 10 pontos

• Opção (B)

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ M(C₇H₆O₃)= 138,13 g mol^-1

⇒ M(C₄H₆O₃)= 102,10 g mol^-1

⇒ M(C₉H₈O₄)= 180,17 g mol^-1

⇒ ρ(C₄H₆O₃)= 1,08 g cm^-3

⇒ m(C₇H₆O₃)= 2,02 g 

⇒ V(C₄H₆O₃)= 5,00 cm^-3

⇒ m_obtido (C₉H₈O₄)= 1,83 g 

🛑  Cálculo da quantidade de ácido salicílico e de anidrido acético:

⇒ a quantidade de ácido salicílico pode ser calculada pela expressão:

• n (C₇H₆O₃) = m / M ⇔ n (C₇H₆O₃) = 2,02 / 138,13 ⇔ n (C₇H₆O₃) = 1,462 x 10^-2 mol

⇒ para calcular a quantidade de anidrido acético é necessário primeiro calcular a sua massa:

• ρ = m / V ⇔ m = ρ x V ⇔ m (C₄H₆O₃) = 1,08 x 5,00  ⇔ m (C₄H₆O₃) = 1,08 x 5,00 g
• n (C₄H₆O₃) = m / M ⇔ n (C₄H₆O₃) = 5,40 / 102,10 ⇔ n (C₄H₆O₃) = 5,289 x 10^-2 mol

🛑  Identificação do reagente limitante:

A relação estequiométrica na reação entre o ácido salicílico e o anidrido acético é 1:1.

Comparando as quantidades disponíveis:

• 1,462 x 10^-2 mol C₇H₆O₃ < 5,289 x 10^-2 mol C₄H₆O₃

Portanto, o ácido salicílico é o reagente limitante.

🛑  Calcular o rendimento da reação de síntese do ácido acetilsalicílico:

A reação produz 1 mol de ácido acetilsalicílico para cada 1 mol de ácido salicílico, a quantidade prevista de ácido acetilsalicílico será 1,462 × 10⁻² mol.

Calculando a massa prevista de ácido acetilsalicílico:

• n = m/M ⇔ m_prevista = 1,462 x 10^-2 x 180,17 ⇔ m_prevista = 2,6341 g

❇️  O rendimento da reação de síntese do ácido acetilsalicílico é:

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula as quantidades de ácido salicílico (1,462 x 10^-2 mol) e de anidrido acético (5,289 x 10^-2 mol) 

ou

Calcula a massa de anidrido acético necessária para a reação completa do ácido salicílico (1,493 g) ………. 3 pontos

⇒ Identifica o reagente limitante (ácido salicílico) ………. 3 pontos

⇒ Calcula o rendimento da reação de síntese do ácido acetilsalicílico (69,5 %) ………. 4 pontos