2009 – 1ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A

Prova Escrita de Física e Química A – versão 1

Prova 715: 1.ª Fase – 2009

1. Leia o seguinte texto.

As potencialidades da espectroscopia, como método de análise utilizado para detectar e identificar diferentes elementos químicos, foram descobertas no século XIX, e desenvolvidas depois por vários investigadores, nomeadamente por Gustav Kirchoff que, a partir de estudos iniciados em 1859, provou a existência do sódio na atmosfera solar.

Nas lâmpadas de vapor de sódio, muito usadas nos candeeiros de iluminação pública, ocorre emissão de luz de cor amarela.

A corrente eléctrica, que passa através do vapor de sódio, faz deslocar os electrões dos átomos de sódio para níveis energéticos mais elevados. Quando aqueles electrões descem pela escada energética, ocorre a emissão de radiação de frequências bem definidas, originando, entre outras riscas em zonas diferenciadas do espectro electromagnético, duas riscas brilhantes na zona do amarelo, que são características do sódio, permitindo identificá-lo.

Cada elemento químico possui, de facto, o seu próprio padrão de riscas espectrais, que funciona como uma impressão digital. Não há dois elementos com o mesmo espectro, tal como não há duas pessoas com as mesmas impressões digitais.

Fazendo a análise espectral da luz que nos chega das estrelas, captada pelos telescópios, é possível determinar as suas composições químicas. Descobriu-se, assim, que os elementos constituintes das estrelas são os mesmos que existem na Terra.

John Gribbin, Um Guia de Ciência para quase toda a gente, Edições Século XXI, 2002 (adaptado) Máximo Ferreira e Guilherme de Almeida, Introdução à Astronomia e às Observações Astronómicas, Plátano Edições Técnicas, 6.ª edição, 2001 (adaptado)

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

1.1. Seleccione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação equivalente à expressão «(…) aqueles electrões descem pela escada energética (…)».

Aqueles electrões transitam de níveis energéticos _____ para níveis energéticos _____ , assumindo valores _____ de energia.

(A) inferiores … superiores … contínuos

(B) superiores … inferiores … contínuos

(C) inferiores … superiores … discretos

(D) superiores … inferiores … discretos

Resolução

Opção (D)

⇒ Ocorre emissão de radiação quando os electrões transitam de níveis energéticos superiores para níveis energéticos inferiores.

⇒ A energia dessa radiação está quantificada, sendo igual à diferença entre a energia do nível energético superior e a energia do nível energético inferior (o que corresponde a valores discretos).

Critérios

Opção (D) …………. 5 pontos

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

1.2. Indique, com base no texto, o que se deverá observar no espectro de absorção do sódio, na região do visível.

Resolução

Devem observar-se duas riscas negras na região do amarelo.

⇒ … uma vez que no espectro de emissão se observam duas riscas brilhantes, na zona do amarelo.

Critérios

Duas riscas negras na região do amarelo …………. 5 pontos

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

1.3. Descreva como é possível tirar conclusões sobre a composição química das estrelas, a partir dos seus espectros, tendo em conta a informação dada no texto.

Resolução

⇒ Na atmosfera das estrelas existem elementos que vão absorver alguma da radiação emitida pela estrela.

⇒ Assim, no espectro das estrelas aparecem riscas negras, cuja localização pode ser comparada com o padrão de riscas características de cada elemento: as zonas correspondentes às riscas negras do espectro da estrela correspondem a riscas coloridas no espectro de emissão dos elementos químicos.

⇒ Com este procedimento é possível identificar os elementos químicos presentes nas estrelas.

Critérios

A resposta deve referir os seguintes elementos:

⇒ Os espectros das estrelas apresentam riscas negras que correspondem à absorção de radiação pelas espécies químicas existentes nas atmosferas das estrelas.

⇒ Comparando as riscas observadas nos espectros das estrelas com as riscas características dos espectros dos vários elementos químicos, é possível identificar os elementos químicos presentes nas estrelas.

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

1.4. Seleccione a única alternativa que refere a substituição correcta de X, de modo que a equação seguinte represente uma reacção de fusão nuclear que ocorre nas estrelas.

¹²₆C + ¹²₆C → ²³₁₁Na + X

(A) ¹₁H

(B) ²₁H

(C) ³₂He

(D) ¹₀n

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

Resolução

Opção (A)

⇒ É a única opção em que se verifica que a soma dos números atómicos das partículas reagentes é igual à soma dos números atómicos dos produtos da reação (regra Z) e que a soma dos números de massa das partículas reagentes é igual à soma dos números de massa dos produtos da reação.

Critérios

Opção (A)…………. 5 pontos

1.5. O sódio (Na) e o magnésio (Mg) são elementos consecutivos do 3.º Período da Tabela Periódica.

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

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

A energia de ionização do magnésio é _____ à energia de ionização do sódio, uma vez que, dado o _____ da carga nuclear ao longo do período, o raio atómico tem tendência a _____ .

(A) superior … aumento … diminuir

(B) inferior … decréscimo … aumentar

(C) superior … decréscimo … aumentar

(D) inferior … aumento … diminuir

Resolução

Opção (A)

⇒ A energia de ionização do magnésio é superior à energia de ionização do sódio, uma vez que, dado o aumento da carga nuclear ao longo do período, o raio tem tendência para diminuir.

Critérios

Opção (A)…………. 5 pontos

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

1.5.2. Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Átomos representados por ²³₁₁Na e ²⁴₁₂Mg, no estado de energia mínima, têm o mesmo número de…

(A) orbitais completamente preenchidas.

(B) protões nos respectivos núcleos.

(C) neutrões nos respectivos núcleos.

(D) electrões em orbitais s.

Resolução

Opção (C)

⇒ O magnésio (1s² 2s² 2p⁶ 3s¹) tem mais um electrão em orbitais s do que o sódio (1s² 2s² 2p⁶ 3s²).

⇒ Apenas têm o mesmo número de neutrões (igual à diferença entre o número de massa e o número atómico).

⇒ Para o sódio, 23 – 11 = 12

⇒ Para o magnésio, 24 – 12 = 12

Critérios

Opção (C)…………. 5 pontos

2. A luz proveniente das estrelas dispersa-se, ao entrar num prisma, devido ao facto de a velocidade de propagação da luz, no material constituinte do prisma, depender da frequência da radiação.

Consequentemente, o índice de refracção da luz nesse material também irá depender da frequência da radiação.

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

2.1. O gráfico da figura 1 representa o índice de refracção da luz, n, num vidro do tipo BK7, em função do comprimento de onda, λ, da luz no vazio.

Considere um feixe de luz monocromática, de comprimento de onda 560 x 10^–9 m, no vazio, que incide sobre a superfície de um prisma de vidro BK7, de acordo com o representado na figura 2.

Determine o ângulo de refracção correspondente a um ângulo de incidência de 50,0º. Apresente todas as etapas de resolução.

n_ar (índice de refracção da luz no ar) = 1,000

Resolução

⇒ Para determinar o ângulo de refracção pedido pode usar-se a Lei de Snell – Descartes.

⇒ Aplicada a esta situação, essa lei permite escrever:

n_ar sin α_incidência = n_vidro sin α_refração

O gráfico permite obter o valor do índice de refracção no vidro, da radiação com o comprimento de onda referido:

n_vidro = 1,518

Substituindo os valores na expressão obtém-se:

n_ar sin α_incidência = n_vidro sin α_refração ⇔ 1,000 x sin 50º = 1,518 x sin α_refração⇔ sin α_refração= 0,505 ⇔ α_refração= 30,3º

Critérios

A resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:

⇒ Obtém, por leitura do gráfico, o valor do índice de refracção, no vidro, da radiação considerada (n = 1,518).

⇒ Calcula o ângulo de refracção pedido (α = 30,3º).

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

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

2.2. Indique, justificando, se uma radiação de comprimento de onda 560 x 10^–9 m sofre difracção apreciável num obstáculo cujas dimensões sejam da ordem de grandeza de 1 m.

Resolução

⇒ O fenómeno de difração tem mais significado quando o obstáculo é da mesmo ordem de grandeza do comprimento de onda, o que não é o caso (560 x 10^–9 m << 1 m).

⇒ Neste caso, a difração não teria significado apreciável.

Critérios

A resposta deve referir os seguintes elementos:

⇒ A radiação considerada não sofre difracção apreciável num obstáculo com as dimensões referidas.

⇒ Não ocorre difracção apreciável, uma vez que as ordens de grandeza do comprimento de onda da radiação e das dimensões do obstáculo considerado são muito diferentes.

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

3. Numa fotografia estroboscópica, as sucessivas posições de um objecto são registadas a intervalos de tempo iguais.

A figura 3 representa uma fotografia estroboscópica do movimento de uma bola de ténis, de massa 57,0 g, após ressaltar no solo.

P₁, P₂, P₃, P₄ e P₅ representam posições sucessivas da bola.

Na posição P₃, a bola de ténis encontra-se a 1,00 m do solo.

Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica e a resistência do ar desprezável.

Nas questões 3.1 a 3.3, seleccione a única alternativa que apresenta a resposta correcta.

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

3.1. Em qual das seguintes posições, a energia cinética da bola é maior?

(A) P₁

(B) P₂

(C) P₃

(D) P₄

Resolução

Opção (A)

⇒ A energia cinética é maior na posição em que é maior a velocidade: imediatamente após ressaltar do solo, ou imediatamente antes de embater novamente no solo.

Critérios

Opção (A)…………. 5 pontos

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

3.2. Qual é o esboço de gráfico que pode traduzir a relação entre a energia potencial gravítica do sistema bola + Terra, Ep, e a altura em relação ao solo, h, da bola, durante o seu movimento entre o solo e a posição P₃ ?

Resolução

Opção (C)

⇒ A energia potencial gravítica do sistema é dada por Ep = m g h.

⇒ Entre o solo e a posição P₃, a energia potencial é directamente proporcional à altura a que se encontra a bola.

Critérios

Opção (C)…………. 5 pontos

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

3.3. Qual é o diagrama em que a resultante das forças aplicadas na bola, F_R, na posição P₂ , está representada correctamente?

Resolução

Opção (C)

⇒ Como se considera que a resistência do ar é desprezável, a única for a a actuar sobre a bola é o seu peso, que é uma força vertical e que aponta para baixo.

Critérios

Opção (C)…………. 5 pontos

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

3.4. Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Admitindo que a posição P₅ está a metade da altura de P₃, o trabalho realizado pela força gravítica entre as posições P₃ e P₅ é…

(A) 2,85 x 10^–1 J

(B) –2,85 x 10^–1 J

(C) 2,85 x 10² J

(D) –2,85 x 10² J

Resolução

Opção (A)

⇒ O trabalho realizado pela força gravítica é simétrico da variação da energia potencial gravítica.

WFg = – ΔE_P = – ( 0,057 x 10 x 0,50 – 0,057 x 10 x 1,00 = + 2,85 x 10^-1 J

Critérios

Opção (A)…………. 5 pontos

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

3.5. Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

A variação da energia cinética da bola, entre as posições P₃ e P₅, é…

(A) simétrica do trabalho realizado pelas forças conservativas, entre essas posições.

(B) igual ao trabalho realizado pela força gravítica, entre essas posições.

(C) simétrica da variação da energia mecânica, entre essas posições.

(D) igual à variação da energia potencial gravítica, entre essas posições.

Resolução

Opção (B)

⇒ Como a única for a exercida na bola é a força gravítica, pelo teorema da energia cinética pode afirmar-se que o trabalho realizado pela força gravítica é igual à variação da energia cinética.

Critérios

Opção (B)…………. 5 pontos

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

3.6. Relacione a energia cinética da bola na posição P₂ com a energia cinética da bola na posição P₅ , fundamentando a resposta.

Resolução

⇒ Uma vez que não actuam forças dissipativas, a energia mecânica do sistema conserva-se, ou seja, a soma da energia potencial gravítica com a energia cinética mantém-se.

⇒ Como a altura da bola nas posições P₂ e P₅ é a mesma, a energia potencial gravítica tem o mesmo valor nessas posições.

⇒ Sendo assim, e tendo em conta a conservação da energia mecânica do sistema, também a energia cinética terá o mesmo valor na posição P₂ e na posição P₅.

Critérios

A resposta deve referir os seguintes elementos:

⇒ A energia potencial gravítica do sistema bola + Terra tem o mesmo valor quando a bola se encontra nas posições P2 e P5, uma vez que estas posições se encontram à mesma altura do solo.

⇒ Dado que a soma da energia potencial gravítica do sistema e da energia cinética da bola se mantém constante, a energia cinética da bola será igual nas posições P2 e P5 .

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

4. Para investigar se um corpo se pode manter em movimento quando a resultante do sistema de forças que sobre ele actua é nula, um grupo de alunos fez a montagem representada na figura 4, utilizando material de atrito reduzido.

Os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia.

Com os dados fornecidos pelo sensor S, obtiveram, num computador, o gráfico do valor da velocidade do carrinho, em função do tempo, representado na figura 5.

11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
11ºano – Física – A.l. – 1.2 – Forças nos movimentos retilíneos e acelerado e uniforme

4.1. Seleccione a única alternativa que refere o intervalo de tempo em que terá ocorrido o embate do corpo P com o solo.

(A) [0,1; 0,2] s

(B) [0,7; 0,8] s

(C) [1,1; 1,2] s

(D) [1,6; 1,7] s

Resolução

Opção (C)

⇒ Quando ocorre um embate verifica-se uma variação brusca na velocidade.

⇒ Do gráfico retira-se que a variação brusca de velocidade ocorreu no intervalo após o instante 1 s e antes do 1,2 s.

Critérios

Opção (C)…………. 5 pontos

11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
11ºano – Física – A.l. – 1.2 – Forças nos movimentos retilíneos e acelerado e uniforme

4.2. Por que motivo «os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia»?

Resolução

⇒ O objectivo era investigar qual o movimento de um corpo sujeito a uma soma de forças nula.

⇒ O fio preso ao corpo suspenso puxava o carrinho, mas a partir do instante em que tocava no chão deixava de o fazer.

⇒ Assim, a resultante das forças passava a ser nula e eles podiam analisar o movimento nessa situação.

Critérios

⇒ Para que, a partir de um determinado instante, a força exercida pelo fio sobre o carrinho fosse nula. ——————– 5 pontos

⇒ Para que, a partir de um determinado instante, a resultante das forças exercidas sobre o carrinho fosse nula.

11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)
11ºano – Física – A.l. – 1.2 – Forças nos movimentos retilíneos e acelerado e uniforme

4.3. Analise os resultados obtidos pelos alunos, elaborando um texto no qual aborde os seguintes tópicos:

• identificação das forças que actuaram sobre o carrinho, antes e depois do embate do corpo P com o solo;

• identificação dos dois tipos de movimento do carrinho, ao longo do percurso considerado, explicitando os intervalos de tempo em que cada um deles ocorreu;

• resposta ao problema proposto, fundamentada nos resultados da experiência.

Resolução

⇒ Forças que actuam no corpo antes do embate com o solo:

Força gravítica, vertical, para baixo;
Força de reação do plano, vertical, para cima, equilibrando a força gravítica;
Força exercida pelo fio no corpo, horizontal, para a direita;

⇒ Forças que actuam no corpo depois do embate com o solo:

Força gravítica, vertical, para baixo;
Força de reação do plano, vertical, para cima, equilibrando a força gravítica;

⇒ O movimento do carrinho, sempre com trajetória retilínea é:

Uniformemente acelerado, entre t = 0,1 s e t = 1,1 s
Uniforme ( e retilíneo ) após t = 1,1 s, aproximadamente.

⇒ Os dados permitem concluir que, a partir do instante em que a resultante das forças é nula, o corpo move-se com movimento uniforme e rectilíneo. Enquanto essa resultante das forças for nula, o corpo não pára.

Critérios

A resposta deve abordar os seguintes tópicos:

⇒ Antes do embate do corpo P com o solo, actuavam sobre o carrinho a força gravítica, a força exercida pela superfície de apoio (reacção normal) e a força exercida pelo fio.

Depois do embate do corpo P com o solo, continuaram a actuar sobre o carrinho a força gravítica e a força exercida pela superfície de apoio.

⇒ No intervalo de tempo [0,1; 1,1] s, o movimento do carrinho foi rectilíneo uniformemente acelerado, e, no intervalo de tempo [1,2; 2,0]s, o movimento foi rectilíneo uniforme.

⇒ Depois do embate do corpo P com o solo, embora a resultante das forças exercidas sobre o carrinho fosse nula, verificou-se que o carrinho continuava em movimento. Pode assim concluir-se que um corpo se mantém em movimento quando a resultante do sistema de for as que sobre ele actua é nula.

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

5. O metano, principal constituinte do gás natural, é um combustível muito utilizado.

A combustão completa do metano, CH₄, pode ser representada por:

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (g) ΔH = –802 kJ mol^–1

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

5.1. As curvas 1, 2, 3 e 4, esboçadas no gráfico da figura 6, podem representar a evolução, ao longo do tempo, das concentrações de reagentes e de produtos de uma reacção de combustão completa do metano, admitindo que esta ocorre em sistema fechado.

Seleccione a única alternativa que identifica correctamente o reagente, ou o produto da reacção, que corresponde a cada uma das curvas.

(A) 1 – CO₂ 2 – H₂O 3 – O₂ 4 – CH₄

(B) 1 – H₂O 2 – CO₂ 3 – O₂ 4 – CH₄

(C) 1 – H₂O 2 – CO₂ 3 – CH₄ 4 – O₂

(D) 1 – CO₂ 2 – H₂O 3 – CH₄ 4 – O₂

Resolução

Opção (B)

⇒ A concentração dos reagentes diminui (curva 3 e 4).

⇒ Se a reação é completa, o metano é completamente consumido (curva 4) e do oxigénio ainda restarão algumas moléculas (curva 3).

⇒ Da estequiometria da reação verifica-se que é produzido o dobro de moléculas de água (curva 1).

Critérios

Opção (B)…………. 5 pontos

10ºano – Física – subdomínio 3

5.2. Considere que foi utilizado metano para aquecer amostras de água.

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

5.2.1. Admita que, no processo de aquecimento de uma amostra de água, de massa 0,500 kg, o rendimento da transferência de energia para a água foi de 65,0%.

Calcule a variação de temperatura sofrida pela amostra de água, por cada 1,00 g de metano, CH₄ (M = 16,05 g mol^–1), que sofreu combustão.

Apresente todas as etapas de resolução.

c_água (capacidade térmica mássica da água) = 4,186 x 10³ J kg^–1 ºC^–1

Resolução

⇒ Energia que a amostra de 0,500 kg de água recebe por cada mole de metano em combustão:

⇒ Massa de uma mole de metano:

16,05 g

⇒ Energia transferida por cada 1 g de metano:

⇒ Transferida esta energia para 0,500 kg de aguam a massa de água aumenta a sua temperatura Δθ:

Critérios

A resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:

⇒ Calcula a energia transferida para a amostra de água, por cada mole de metano que sofre combustão (E = 521,3 kJ).

⇒ Calcula a energia transferida para a amostra de água, por cada 1,00 g de metano que sofre combustão (E = 32,48 kJ).

⇒ Calcula a variação de temperatura sofrida pela amostra de água, por cada 1,00 g de metano que sofre combustão (Δθ = 15,5 ºC).

⇒ Calcula a energia libertada, por cada 1,00 g de metano que sofre combustão (E = 49,97 kJ).

⇒ Calcula a energia transferida para a amostra de água, por cada 1,00 g de metano que sofre combustão (E = 32,48 kJ).

⇒ Calcula a variação de temperatura sofrida pela amostra de água, por cada 1,00 g de metano que sofre combustão (Δθ = 15,5 C).

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

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

5.2.2. Considere duas amostras de água, A e B, de massas respectivamente iguais a mA e a 2mA, às quais foi fornecida a mesma quantidade de energia.

Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Sendo ΔT_A e ΔT_B as variações de temperatura sofridas pelas amostras A e B, ΔT_B será igual a…

(A) 2 ΔT_A.

(B) ΔT_A .

(C) –2 ΔT_A .

(D) ΔT_A .

Resolução

Opção (D)

⇒ Para determinar a relação entre as variações da temperatura das amostras de água, recorre-se à expressão:

E = m c ΔT.

⇒ A energia transferida para a amostra B é igual à transferida para a amostra A:

E_B = E_A ⇔ m_B c ΔT_B = m_A c ΔT_A ⇔ m_B ΔT_B = m_A ΔT_A

⇒ Como m_B = 2 m_A , então:

2 m_A ΔT_B = m_A ΔT_A⇔ 2 ΔT_B = ΔT_A⇔ ΔT_B = ½ ΔT_A

⇒ Para a mesma energia, o dobro da massa sofrerá metade da elevação de temperatura.

Critérios

Opção (D)…………. 5 pontos

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

5.3. Seleccione a única alternativa que traduz como varia o número de oxidação do carbono, na transformação da espécie CH₄ na espécie CO₂ .

(A) De +4 para –4

(B) De –4 para +4

(C) De +4 para +2

(D) De –4 para –2

Resolução

Opção (B)

⇒ Número de oxidação do carbono em CH₄:

n.o. (C) + 4 x (+ 1) → n.o. (C) = –4

⇒ Número de oxidação do carbono em CO₂:

n.o. (C) + 2 x (– 2) = 0 → n.o. (C) = +4

Critérios

Opção (B)…………. 5 pontos

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

5.4. O metano é um hidrocarboneto saturado, a partir do qual se formam, por substituição, vários compostos halogenados.

Qual é o nome do composto a seguir representado, de acordo com a nomenclatura IUPAC?

Resolução

Diclorofluorometano

Critérios

Diclorofluorometano …………. 5 pontos

6. O ácido acético, CH₃COOH, apresenta um cheiro muito característico, sendo um componente dos vinagres. É também um ácido correntemente usado em laboratório.

6.1. A reacção de ionização do ácido acético em água é uma reacção incompleta, que pode ser representada por:

CH₃COOH (aq) + H₂O (l) ⇋ CH₃COO^– (aq) + H₃O⁺ (aq)

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

6.1.1. Seleccione a única alternativa que identifica correctamente um par conjugado ácido-base, naquela reacção.

(A) H₃O⁺ (aq) e H₂O (l)

(B) CH₃COOH (aq) e H₃O⁺ (aq)

(C) CH₃COOH (aq) e H₂O (l)

(D) H₂O (l) e CH₃COO^– (aq)

Resolução

Opção (A)

⇒ Um par conjugado ácido-base é constituído por duas espécies que só diferem de um H⁺.

Critérios

Opção (A)…………. 5 pontos

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

6.1.2. Dissolvendo 5,00 x 10^–2 mol de ácido acético, em água, para um volume total de solução igual a 0,500 dm³, obtém-se uma solução cujo pH é igual a 2,88, a 25 ºC.

Calcule a concentração de ácido acético não ionizado, na solução obtida.

Apresente todas as etapas de resolução.

Resolução

Opção (D)

⇒ A concentração inicial do ácido é dada por:

⇒ A concentração de equilíbrio da espécie ácida é dada por:

⇒ Como as concentrações referem-se ao mesmo volume, podemos concluir que a concentração de ácido não ionizado é:

0,100 mol/dm³ – 1,318 x 10^-3 mol/dm³ = 0,0987 mol/dm³ = 9,87 x 10^-2 mol/dm³

Critérios

A resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:

⇒ Calcula a concentração inicial de ácido acético (c = 0,100 mol dm^–3) e a concentração de equilíbrio da espécie H₃O⁺ (aq) (c = 1,32 x 10^–3 mol dm^–3).

⇒ Calcula a concentração de ácido acético não ionizado (c = 9,87 x 10^–2 mol dm^–3).

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

6.2. O grau de acidez de um vinagre é expresso em termos da massa de ácido acético, em gramas, existente em 100 cm³ desse vinagre.

Para determinar o grau de acidez de um vinagre comercial, começou por se diluir esse vinagre 10 vezes, obtendo-se um volume total de 100,0 cm³.

Em seguida, fez-se a titulação da solução diluída de vinagre, com uma solução de hidróxido de sódio, NaOH, de concentração conhecida.

11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
11ºano – Química – A.l. – 2.1 – Titulação ácido-base
A.l. – Medições

6.2.1. Seleccione a única alternativa que refere o material de laboratório necessário para efectuar, com rigor, a diluição acima referida.

(A) Proveta de 10,0 mL, pipeta de 100,0 mL, pompete.

(B) Balão volumétrico de 100,0 mL, pipeta de 10,0 mL, pompete.

(C) Proveta de 100 mL, pipeta de 10,0 mL, pompete.

(D) Balão volumétrico de 10,0 mL, pipeta de 100,0 mL, pompete.

Resolução

Opção (D)

⇒ O gelo (água no estado sólido) apresenta uma condutividade térmica superior à da água líquida.

⇒ Assim, a energia transferida como calor da pele para o gelo, por unidade de tempo, é superior à transferida da pele para a água líquida, o que origina uma maior sensação de frio.

Critérios

Opção (B)…………. 5 pontos

11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
11ºano – Química – A.l. – 2.1 – Titulação ácido-base

6.2.2. Considere que o pH no ponto de equivalência da titulação da solução diluída de vinagre é igual a 8,8, a 25 ºC.

Indique, justificando com base na informação contida na tabela seguinte, qual dos indicadores é adequado para assinalar o ponto de equivalência daquela titulação.

Resolução

⇒ Fenolftaleína, porque o pH no ponto de equivalência (8,8) deve estar contido na zona de viragem do indicador (8,0-9,6).

Critérios

A resposta deve referir os seguintes elementos:

⇒ Fenolftaleína.

⇒ A zona de viragem do indicador tem de incluir o valor do pH no ponto de equivalência da titulação.

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
11ºano – Química – A.l. – 2.1 – Titulação ácido-base

6.2.3. Desprezando a contribuição de outros ácidos presentes no vinagre, a titulação efectuada permitiu determinar a concentração de ácido acético, CH₃COOH (M = 60,06 g mol^–1), na solução diluída de vinagre, tendo-se obtido o valor 7,8 x 10^–2 mol dm^–3.

Calcule o grau de acidez do vinagre comercial utilizado.

Apresente todas as etapas de resolução.

Resolução

⇒ A concentração do ácido acético na solução diluída a 1/10 é de

7,8 x 10^-2 mol/dm³

⇒ Portanto, a concentração do ácido no vinagre comercial é

10 x 7,8 x 10^-2 mol/dm³ = 7,8 x 10^-1 mol/dm³

⇒ Em 100 cm³ = 0,1 dm³ de vinagre, há

0,1 x 7,8 x 10^-1 mol = 7,8 x 10^-2 mol de ácido

⇒ A massa desta quantidade de ácido

7,8 x 10^-2 mol x 60,06 g/mol = 4,685 g → 4,7 g

⇒ Portanto, em 100 cm³ de vinagre há 4,7 g de ácido acético. Logo, o grau de acidez do vinagre é 4,7.

Critérios

A resolução deve apresentar, no mínimo, as seguintes etapas:

⇒ Calcula a concentração de ácido acético no vinagre comercial (c = 7,8 x 10^–1 mol dm^–3).

⇒ Calcula a massa de ácido acético, expressa em gramas, que existe em 100 cm³ do vinagre (grau de acidez = 4,7).

A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.

FIM

2009 – 1ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A

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