2006 – 1ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A

• Opção (D)

⇒(A) Errado.

Da tabela, conclui-se que em cada litro de água do mar há 10,70 g de sódio e 1,29 g de magnésio. Há, pois, 10,70/1,29 = 8,3 vezes mais massa de sódio do que de magnésio.

⇒(B) Errado.

No texto afirma-se que 97% da água está nos oceanos. Os restantes 3% estão nos rios, mas também nos lagos, glaciares, gelos das camadas polares, etc.

⇒(C) Errado.

No texto afirma-se que há 1,5 × 10²¹ L de água salgada e 3,5% em massa é matéria dissolvida. O cálculo apresentado em (C), 3,5% de 1,5 × 10²¹ L não se pode referir ao cloreto de sódio, pois em sítio algum se indica que há 3,5% em massa de cloreto de sódio na água do mar.

⇒ (D) Correto.

No texto refere-se que a salinidade é o quociente entre a massa de sais dissolvidos e a massa de água, expresso em partes por mil. Como o texto indica que há 3,5% de sais, em massa, num quilograma (1000 g) de água do mar há 3,5% × 1000 = 35 g de sais. Logo, a salinidade é, em média, 35 g de sais por 1000 gramas de água do mar, ou seja 35 partes por mil.

• Opção (D)…………. 7 pontos

• Opção (C) – RESPOSTA INCORRETA…

⇒(A) Correto.

Há iões magnésio e cloro na água do mar, logo há MgCl₂.

⇒(B) Correto.

A destilação e a congelação envolvem mudanças de fase, respetivamente de líquido para vapor e de líquido para sólido.

⇒(C) Incorreto.

De acordo com o texto, é a dessalinização por osmose inversa que é economicamente o processo mais viável.

⇒(D) Correto.

Como a água de rios apresenta muito menor teor de sais dissolvidos, nas zonas de descarga de águas de rios é de esperar menor salinidade.

• Opção (C)…………. 7 pontos

⇒A incidência de radiação no vidro transparente e no tanque com água salgada provoca a evaporação da água.

⇒O vapor de água assim formado mistura-se com o ar e tende a saturar o ar, aumentando a humidade deste.

⇒O vapor de água no ar saturado, quando entra em contacto com o teto, condensa, passando novamente ao estado líquido e escorrendo ao longo do teto para os depósitos laterais.

⇒Nestes depósitos, obtém-se, pois, água dessalinizada, uma vez que apenas a água se evaporou, não os sais dissolvidos na água salgada.

A composição deve contemplar os seguintes tópicos:

⇒ Por Acão da radiação solar que atravessa o teto de vidro, a água do tanque evapora.

⇒ No teto de vidro, o vapor de água condensa e, devido à inclinação do vidro, a água líquida é recolhida nos tanques laterais.

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 tópico:

– atribuir a cotação de 5 pontos se este estiver correto;

– atribuir a cotação de 4 pontos se for utilizada ocasionalmente uma terminologia científica não adequada e/ou com incorreções.

• Duas desvantagens:

⇒Processo moroso, uma vez que a evaporação é lenta.

⇒Necessita de radiação solar o mais intensa possível, o que não acontece em muitas regiões da Terra.

⇒Ainda outra desvantagem: seriam necessárias grandes áreas para instalação do processo.

Exemplos de desvantagens que podem ser referidas:

⇒Este processo exige tanques que ocupam grandes superfícies.

⇒ É um processo muito lento de obtenção de água dessalinizada.

⇒ A eficiência deste processo depende da intensidade da radiação solar.

Nota: Se o examinando apresentar mais de duas desvantagens, devem ser consideradas apenas as duas primeiras.

⇒ 5,0 dm³ = 5,0 L

• NaCl (S) → Na⁺ (aq) + Cl^– (aq)

Iões sódio na água do mar Na⁺  (aq)

⇒concentração mássica de iões sódio na água do mar = 10,70 g/L

⇒massa molar dos iões sódio = 22,99 g/mol

⇒quantidade de substância de iões sódio, por litro de água do mar:

⇒22,99 g / 1 mol = 10,70 g / n ⇔ n = 0,4654 mol

iões cloreto na água do mar Cl^– (aq)

⇒concentração mássica de iões cloreto na água do mar = 19,22 g/L

⇒massa molar dos iões cloreto = 35,45 g/mol

⇒quantidade de substância de iões cloreto, por litro de água do mar:

⇒35,45 g / 1 mol = 19,22 g / n ⇔ n = 0,5422 mol

portanto, há excesso de iões cloreto, em relação a iões sódio

em 5,0 L de água do mar, há 5 × 0,4654 mol = 2,327 mol de iões sódio, a que tem de corresponder igual quantidade de iões cloreto, no cloreto de sódio NaCl

• massa de 2,327 mol de iões sódio: Na⁺ (aq)

⇒ (2,327 mol  x 22,99 g) / 1 mol = 53,50 g

• massa de 2,327 mol de iões cloreto:

⇒ (2,327 mol x 35,45 g) / 1 mol = 82,49 g

massa de 2,327 mol de NaCl:

⇒ 53,50 g + 82,49 g = 135,99 g

Uma metodologia de resolução deverá apresentar, no mínimo, as seguintes etapas de resolução para ser considerada correta:

⇒ Calcula a quantidade n (Na⁺) = 2,33 mol existente em 5,0 dm³ de água do oceano.

⇒ Escreve n (NaCl) = n (Na⁺) e obtém m (m (NaCl) = 1,36 × 10² g).

Nota: Se o examinando utilizar a mesma metodologia de resolução para o ião Cl^–, considerar que cometeu um erro de tipo 2.

Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorreta, ainda que com um resultado final correto, a cotação a atribuir será zero pontos.

Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorreta de dados, conversão incorreta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorretas no resultado final.

Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.

(A) … CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇋ 2 HCO₃^– (aq) + H₃O⁺ (aq).  errado, não há conservação da carga…

(B) … CO₂ (aq) + 2 H₂O (l) ⇋ HCO₃^– (aq) + H₃O⁺ (aq).

(C) … CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇋ HCO₃^– (aq) + H₃O⁺ (aq).  errado, 3 O num lado e 4 O no outro…

(D) … CO₂ (aq) + 2 H₂O (l) ⇋ HCO₃⁺ (aq) + H₃O⁺ (aq). errado, não há conservação da carga…

• Opção (B)…………. 7 pontos

• (A) Verdadeira.

O bromo e o flúor estão ambos no grupo 17 da TP.

• (B) Verdadeira.

No estado fundamental, no terceiro nível, ambos os eletrões de valência estão em orbitais s. Em estados excitados, podem estar noutras orbitais, com maior energia.

• (C) Falsa.

O ião brometo é um ião negativo (1 eletrão em excesso; os átomos de bromo têm 7 eletrões de valência). Logo, o ião brometo deve ter maior raio do que o átomo de bromo.

• (D) Verdadeira.

A energia de primeira ionização tende a aumentar ao longo do período (átomos cada vez mais pequenos… eletrões de valência atraídos cada vez mais fortemente). Como o magnésio e o cloro, estão no mesmo período, tendo o cloro maior número de eletrões de valência, a energia de primeira ionização do magnésio deve ser menor do que a do cloro.

• (E) Verdadeira.

1 orbital no 1.º nível, 4 orbitais (uma s e três p) no 2.º nível, 1 orbital no 3.º nível. Portanto, 1 + 4 + 1 = 6 orbitais ao todo.

• (F) Falsa.

Uma orbital apenas pode ter 2 eletrões …

• (G) Falsa.

O bromo está no 4.º período, logo não tem orbitais com n = 5.

• (H) Verdadeira.

• Verdadeiras : (A), (B), (E), (H)…………. 8 pontos

• Falsas : (C), (F), (G) 

A classificação deste item deve ser efetuada de acordo com a tabela seguinte.

• v_ar = 343 m s^-1
• v_{água mar} = 1533 m s^-1

⇒ d_ar = d_{água mar} = d_AB ⇒ t_ar – t_{água mar} = 9 s substituindo em :

⇒ t_ar – t_{água mar} = 9 s

tem-se: logo, d_AB = 343 x 11,6 ⇔ d_AB = 4,0 x 10³ m. ⇒ A distância que separa os dois barcos é de 4,0 x 10³ m.

Uma metodologia de resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas de resolução, para ser considerada correta:

⇒ Utiliza as igualdades d = v_água t_água = v_ar t_ar para obter uma expressão da distância entre os barcos, d, em função da diferença dos intervalos de tempo para os dois sinais sonoros atingirem o barco B.

⇒ Calcula a distância entre os dois barcos (d = 4 × 10³ m).

Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorreta, ainda que com um resultado final correto, a cotação a atribuir será zero pontos.

Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorreta de dados, conversão incorreta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorretas no resultado final.

Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.

⇒ As ondas sonoras são ondas mecânicas e, como tal, precisam de um meio para se propagarem.

⇒ As ondas eletromagnéticas podem propagar-se no vazio, não precisando de um meio material.

⇒ A velocidade das ondas eletromagnéticas é várias ordens de grandeza (5 ou 6) superior à das ondas sonoras.

⇒ As ondas sonoras são longitudinais e as ondas eletromagnéticas são transversais.

Exemplos de diferenças entre estes tipos de ondas:

⇒As ondas sonoras exigem um meio material para se propagarem, ao contrário das ondas eletromagnéticas.

ou

 As ondas sonoras não se propagam no vácuo, ao contrário das ondas eletromagnéticas.

⇒ As frequências das duas ondas são diferentes.

⇒ As velocidades de propagação das ondas são diferentes.

⇒ As ondas sonoras são longitudinais e as ondas eletromagnéticas são transversais.

Nota: Se o examinando apresentar mais de dois exemplos, devem ser considerados apenas os dois primeiros.

• Opção (B)

A equação do movimento oscilatório da partícula é x = A sin ω t, sendo A a amplitude e a frequência angular.

⇒ ω = 2 πf = 2π/T.

Comparando com a equação dada, obtém-se:

⇒ A = 2,0 × 10^-2 m , ω = 24 rad s^-1 e T = 8,3 × 10^-2 s

• (A) Errado.

A amplitude é 2,0 × 10^–2 m.

• (B) Correto.

A frequência angular é ω = 24π rad/s = 75,4 rad/s.

• (C) Errado.

O período do movimento é 24 π = 2 π/T, logo T = 2/24 = 0,083 s.

• (D) Errado.

A frequência angular é ω = 24 π rad/s = 75,4 rad/s.

• Opção (B)…………. 7 pontos

• Opção (C) 

Da figura conclui-se que:

⇒ à mesma temperatura o aumento de pressão favorece o aumento da percentagem de amoníaco (favorece o sentido direto da reação);

⇒ a diminuição de temperatura, à mesma pressão, favorece o aumento da percentagem de amoníaco, o que significa que o processo é exotérmico (a diminuição de temperatura favorece o sentido direto da reação).

• Opção (C)…………. 7 pontos

• V = 2,00 L ;
• ne (NH3) = 0,080 mol ;
• ne (N2) = 0,96 mol ;
• ne (H2) = 2,88 mol .

N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇋ 2 NH₃ (g)

a concentração de equilíbrio de cada uma das espécies é: A constante de equilíbrio, Kc , para este processo é: A constante de equilíbrio, à temperatura T_A, é Kc = 1,1 x 10^-3.

Uma metodologia de resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas de resolução, para ser considerada correta:

⇒Escreve a expressão de Kc.

⇒Escreve como calcular as concentrações de N₂ (g), H₂ (g) e NH₃ (g) no equilíbrio.

⇒ Substituindo, na expressão de Kc, as concentrações de N₂ (g), H₂ (g) e NH₃ (g), obtém Kc (Kc = 1,1 × 10^–3).

Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorreta, ainda que com um resultado final correto, a cotação a atribuir será zero pontos.

Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorreta de dados, conversão incorreta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorretas no resultado final.

Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.

• Opção (B)

⇒  Quantidade de substancia

• n = V/Vm

⇒  Número de partículas (moléculas neste caso)

• N = n NA

⇒ Então:

• Opção (B)…………. 7 pontos

⇒ Atendendo à estequiometria da reação e ao facto de esta ser exotérmica, pelo princípio de Le Châtelier a reação é favorecida por utilização de temperaturas baixas e pressões elevadas.

⇒ Utilizando temperaturas demasiado baixas, a rapidez da reação direta diminui; por isso, devem ser usadas temperaturas não muito baixas.

⇒ Utilizando pressões demasiado elevadas, aumentam-se os riscos de acidente; por isso, devem ser usadas pressões moderadas e recipientes resistentes à pressão, para aumentar a segurança do processo.

⇒ O uso de um catalisador também otimiza o processo porque o torna mais rápido.

A composição deve contemplar os seguintes tópicos:

⇒ Atendendo à estequiometria da reação e ao facto de esta ser exotérmica, pelo princípio de Le Chatelier, a reação é favorecida por utilização de temperaturas baixas e pressões elevadas.

⇒ Utilizando temperaturas demasiado baixas, a rapidez de reação direta diminui; por isso, devem ser usadas temperaturas não muito baixas.

⇒ Utilizando pressões demasiado elevadas, aumentam-se os riscos de acidente; por isso, devem ser usadas pressões moderadas, para aumentar a segurança do processo.

⇒ O uso de um catalisador também otimiza o processo, porque o torna mais rápido.

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 tópico:

– atribuir a cotação de 4 pontos se este estiver correto;

– atribuir a cotação de 3 pontos se for utilizada ocasionalmente uma terminologia científica não adequada e/ou com incorreções.

• Opção (B)

⇒ A geometria de uma molécula (distribuição espacial dos átomos que a constituem) é tal que seja mínima a intensidade das forças repulsivas, que se manifestam, essencialmente, entre os dupletos ligantes e entre estes e os não ligantes.

⇒ O átomo de azoto tem 5 eletrões de valência enquanto o de hidrogénio tem apenas 1 eletrão de valência. Na molécula de amoníaco, o átomo de azoto (átomo central) está  ligado a três átomos de hidrogénio por três dupletos ligantes e possui um dupleto não ligante.

⇒ A geometria da molécula de amoníaco é piramidal triangular, pois estes dupletos, devido às forças repulsivas exercidas entre si, afastam-se o mais possível.

Os átomos de N e H localizam-se nos vértices de uma pirâmide triangular.

• Opção (B)…………. 7 pontos

• Opção (C)

⇒ No percurso de A a E existe diminuição de energia potencial gravítica, logo a variação será negativa.

⇒  A variação de energia potencial gravítica é :

• ΔEp = m g Δh = 300 × 10 × (–40,6) = –121 800 = –1,22 × 10⁵ J.

• Opção (C)…………. 7 pontos

No percurso AB as forças que atua, são as indicadas no esquema.

O trabalho da reação normal, é nulo, pois esta força é perpendicular ao deslocamento AB.

• Opção 1:

⇒ O trabalho do peso é :

• Wp = m g AB cos (90º – 50º) = m g AB cos 40º = m g AB sin 50º

⇒ O trabalho da resultante das forças é :

• W_F = m a AB

⇒ O dois trabalhos anteriores são iguais, logo:

• m g AB sin 50º = m a AB ⇔ g sin 50º = a ⇔ a = 0,77 g < 0,80 g

⇒ Como 0,77 g < 0,80 g, o percurso foi comprido em segurança.

• Opção 2:

⇒ A diminuição da energia potencial gravítica no percurso AB corresponde ao aumento da energia cinética:

• m g h = ½ m v_B² ⇔ v_B² = 2 g h

⇒ Aplicando a equação para um movimento uniformemente acelerado :

• v² = v₀² + 2 a (x – x₀) ⇔ v_B² = 2 a AB

⇒ Igualando as duas equações

• 2 g h = 2 a AB ⇔ g sin 50º = a ⇔ a = 0,77 g < 0,80 g

⇒ Como 0,77 g < 0,80 g, o percurso foi comprido em segurança.

Uma metodologia de resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas de resolução, para ser considerada correta:

⇒ Utiliza a expressão |∆Ep| = |∆Ec| entre os pontos A e B, para obter v²_B = 80 g sin50º. ⇒ Utiliza a expressão da cinemática v_B² = 2 a L_AB . ⇒ Igualando as expressões anteriores, obtém a = g sin50º = 0,77 g < 0,80 g

ou

⇒ Utiliza a expressão |∆Ep| = |∆Ec| entre os pontos A e B, para obter v²_B = 80 g sin50º. ⇒ Utiliza a expressão W_Fres = ∆EC entre os pontos A e B, maL_AB = mv²_B, para obter v_B² = 2 a L_AB . ⇒ Igualando as expressões anteriores, obtém a = g sin50º = 0,77 g < 0,80 g Nota: Se o examinando obtiver o valor de a utilizando, apenas, a expressão a = g sin θ, atribuir a cotação de 3 pontos

Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorreta, ainda que com um resultado final correto, a cotação a atribuir será zero pontos.

Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorreta de dados, conversão incorreta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorretas no resultado final.

Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.

⇒ O raio da trajetória circular é metade do diâmetro:

• r = 50/2= 25 m.

⇒ O valor da aceleração será:

• a = F/m = v²/r =24,8²/25 = 24,6 m s^–2.

A aceleração tem direção radial, com sentido dirigido para o centro da trajetória circular.

Uma metodologia de resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas de resolução, para ser considerada correta:

⇒ Utiliza a_c = v² /r, para calcular o módulo da aceleração do sistema (a_c = 24,6 ms^–2).

⇒A direção da aceleração é radial; o sentido aponta para o centro da trajetória circular.

Se a resposta apresentar ausência de metodologia de resolução ou metodologia de resolução incorreta, ainda que com um resultado final correto, a cotação a atribuir será zero pontos.

Erros de tipo 1 – erros de cálculo numérico, transcrição incorreta de dados, conversão incorreta de unidades ou ausência de unidades / unidades incorretas no resultado final.

Erros de tipo 2 – erros de cálculo analítico, erros na utilização de fórmulas e outros erros que não possam ser incluídos no tipo 1.

⇒ No movimento tem-se uma aceleração com a direção e sentido do movimento nos percursos AB e DE, tendo a sua componente escalar maior valor no percurso AB porque a inclinação é maior.

⇒ No percurso EF a aceleração também tem a direção do movimento, mas com sentido contrário.

⇒ Nestes percursos o movimento é retilíneo.

⇒ No percurso circular, BCD, a aceleração tem sempre a direção radial e aponta para o centro, com valor constante dado por , v²/r que é sempre constante.

A opção que foi considerada correta, aquando da correção dos exames, foi a (C).

No entanto, na formulação da pergunta existe uma incorreção.

⇒ O que se representa num gráfico é uma componente escalar de um vetor em função do tempo, ou, em alternativa, representa-se o módulo do vetor em função do tempo.

⇒ Como em nenhuma opção de resposta se representa o módulo da aceleração em função do tempo, pressupõe-se que se pretendem representar componentes escalares da aceleração.

⇒ Como, neste caso, a trajetória ora tem percursos retilíneos ora circulares, o sistema de eixos adequado para interpretar o movimento é um sistema de eixos ligado à partícula, conteúdo que se aborda na disciplina de Física 12.º ano, definindo-se, assim, as componentes da aceleração: a aceleração tangencial e a aceleração centrípeta.

⇒ Para descrever o modo como a aceleração varia são necessários, pois, dois gráficos: o da aceleração tangencial em função do tempo e o da aceleração centrípeta em função do tempo.

⇒ Nos trajetos retilíneos há apenas aceleração tangencial (positiva ou negativa, conforme o sentido do vetor aceleração é ou não o sentido do movimento), e no trajeto circular há apenas aceleração centrípeta (porque o movimento é uniforme), sempre positiva por definição.

Os gráficos respetivos representam-se em baixo.

⇒Assim, nenhuma das opções apresentadas está correta e a resposta correta está fora do âmbito do Programa de Física e Química

• Opção (C)…………. 7 pontos

⇒ A opção mais evidente será utilizar um percurso horizontal mais comprido.

⇒ Neste caso, o trabalho da força de atrito será o mesmo, mas como ela tem menor intensidade o deslocamento tem de ser maior.

⇒ Outra opção será utilizar o percurso EF com o mesmo comprimento, mas em rampa, a subir.

⇒ Assim, o peso também realizaria um trabalho negativo e o trabalho da força de atrito poderia ser menor.

• Utilizar o percurso EF com o mesmo comprimento, mas com declive superior a zero. …………. 8 pontos

ou

• Utilizar um percurso horizontal mais comprido.

Note-se que não existe atrito no percurso horizontal circular BCD.

⇒Então, as forças que sobre ele atuam são o peso (força exercida pela Terra), uma reação normal da superfície da pista na horizontal e outra reação normal da parede vertical.

⇒Não existindo atrito, as forças têm a direção perpendicular ao movimento, e, portanto, o seu trabalho é nulo, não fazendo variar a energia cinética, o que leva a que o módulo da velocidade seja constante.

⇒As forças que atuam devem ter resultante na direção horizontal apontando para o centro da trajetória, pois a trajetória é circular.

Nota: embora o perfil indicado tenha sentido do ponto de vista físico («uma parede vertical de gelo que o mantém nessa trajetória»), o perfil mais comum de uma pista de gelo é um perfil semelhante ao da figura seguinte. Neste caso, as duas forças também têm resultante na direção horizontal, apontando para o centro da trajetória.

• A composição deve contemplar os seguintes tópicos:

⇒ As forças que atuam no trenó têm direção perpendicular ao deslocamento, em cada ponto da trajetória circular, pelo que não realizam trabalho sobre o trenó.

⇒Aplicando o teorema da energia cinética, conclui-se que se mantém constante a energia cinética do trenó e, consequentemente, o módulo da sua velocidade.

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 tópico:

– atribuir a cotação de 7 pontos se este estiver correto;

– atribuir a cotação de 6 pontos se for utilizada ocasionalmente uma terminologia científica não adequada e/ou com incorreções.