2019 – Época Especial – Prova Escrita de FQ A

• Opção (A)

⇒ O Período do sinal é igual ao intervalo de tempo que decorre entre dois instantes na mesma fase, o intervalo de tempo entre dois máximos consecutivos da onda observada no osciloscópio.

⇒ A amplitude da onda é igual ao módulo do valor máximo (ou mínimo) da onda.

⇒  A = 2,8 x 5 mV = 14 mV

⇒  T = 4,4 x 250 μs = 1,1 x 10³ μs = 1,1 x 10³ x 10^-3 ms = 1,1 ms

• Opção (A)  ……………. 7 pontos

• Opção (D)

⇒ O sinal sonoro tem a mesma frequência da fonte, o altifalante que por que o produziu.

⇒ Esta frequência não se altera devido ao meio em que se propaga e, portanto o sinal recebido pelo microfone tem a mesma frequência.

⇒ A intensidade depende energia do sinal transporta em cada ponto.

⇒ A onda sonora propaga-se em três dimensões, transferindo energia progressivamente para as camadas de ar à medida que se afasta do altifalante.

• Assim, o som vai diminuindo de intensidade com a distância altifalante.

• Opção (D)  ……………. 7 pontos

⇒ Oscilação da membrana do microfone, provocada por um sinal sonoro, origina o movimento oscilatório da bobina.

⇒ Este movimento da bobina ocorre num campo magnético gerado pelo íman fixo, pelo que haverá uma variação do fluxo magnético que atravessa as superfícies delimitadas pelas espiras da bobina.

⇒ De acordo com a lei de Faraday, a variação temporal do fluxo magnético nas espiras da bobina origina uma força eletromotriz induzida nos seus terminais e, consequentemente, uma corrente induzida na bobina, e assim é produzido um sinal elétrico.

• A resposta deve apresentar os seguintes elementos:

A) A oscilação da membrana, provocada por um sinal sonoro, origina um movimento oscilatório da bobina.

B) O movimento da bobina ocorre num campo magnético (ou ocorre na proximidade de um íman fixo), pelo que haverá uma variação do fluxo magnético que atravessa as superfícies delimitadas pelas espiras da bobina.

C) A variação do fluxo magnético origina uma força eletromotriz induzida nos terminais da bobina e, consequentemente, uma corrente elétrica induzida na bobina.

• Opção (C)

•  A potência elétrica é P = UI

⇒ Para valores de corrente elétrica, I, ou de diferença de potencial, U, iguais a zero, a potência elétrica é nula.

⇒ Da análise do gráfico da figura 4, para uma dada irradiância (por exemplo, 600 W m^–2), verifica-se que, para o intervalo de valores de diferença de potencial de 0 V a cerca de 30 V, a corrente elétrica diminui muito pouco, é praticamente constante, pelo que a potência elétrica aumenta de forma quase linear com o aumento da diferença de potencial; em seguida, verifica-se uma diminuição brusca da corrente elétrica para uma diferença de valores de diferença de potencial pequena, de 30 V até 35 V, aproximadamente, pelo que a potência elétrica diminui bruscamente desde o valor máximo até zero.

⇒ Em resultado desta análise, conclui-se que o esboço do gráfico que, para a mesma irradiância, pode representar a potência elétrica fornecida pelo painel, em função da diferença de potencial nos seus terminais. 

• Opção (C)  ……………. 7 pontos

⇒ Para concluir se a corrente de curto-circuito é ou não diretamente proporcional à irradiância tem de se determinar os quocientes entre as irradiâncias e as correspondentes correntes de curto-circuito, Er/I.

⇒ Dentro das incertezas de medição podem considerar-se iguais os pacientes determinados.

⇒ Desta forma concluiu-se que as correntes de curto-circuito são diretamente proporcionais às irradiâncias (a potência da radiação incidente numa  unidade de área do painel).

• A resposta deve incluir os seguintes passos:

(A) Determinação dos quocientes entre as correntes de curto circuito e as correspondentes irradiâncias

• ou dos inversos desses quocientes

ou

Determinação dos quocientes entre as correntes de curto-circuito e dos quocientes entre as correspondentes irradiâncias

• ou  dos inversos desse quocientes.

(B) Referência ao facto de aqueles quocientes serem aproximadamente constantes.

(C) Conclusão (a corrente de curto-circuito é diretamente proporcional à irradiância)

• Opção (D)

⇒ A variação de energia potencial gravítica do sistema carrinho + Terra, entre as posições A e D, é: 

• Opção (D)  ……………. 7 pontos

• Opção (B)

⇒ Nos percursos de A a B e de C a D a intensidade das forças que atuam sobre o carrinho – forças dissipativas e a componente tangencial às rampas da força gravítica – são iguais.

Contudo, de A a B, as forças dissipativas têm sentido de B para A, enquanto de C a D têm sentido descendente (de D para C).

⇒ Como a componente tangencial da força gravítica em ambos os trajetos tem sentido descendente, no trajeto de A a B, a intensidade da resultante das forças que atuam sobre o carrinho é inferior à intensidade da que atua de C para D, pelo que o valor da aceleração entre A e B é inferior ao valor da aceleração entre C e D.

• Consequentemente, o declive da reta que traduz v = f(t) é menor de A a B.

⇒ Uma vez que as forças dissipativas de B a C são desprezáveis e que a resultante das forças que atuam sobre o carrinho é nula, a velocidade neste percurso é constante.

• Opção (B)  ……………. 7 pontos

⇒ A soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam sobre o carrinho é igual ao trabalho realizado pela resultante das forças que sobre ele atuam.

⇒ Para determinar os trabalhos realizados pela resultante das forças que atuam sobre o carrinho entre A e B e o realizado entre C e D, recorre-se ao Teorema da Energia Cinética: 

Nas posições A e D, a velocidade é nula, bem como os respetivos valores de energia cinética.

⇒ Dado que, no percurso de B a C, a resultante das forças que atuam sobre o carrinho é nula, então o módulo da velocidade em B é igual à velocidade em C, pelo que os valores da energia cinética nestas posições são iguais. 

• O quociente das somas é ……………. 7 pontos

ou

As somas são simétricas ou

• ou equivalente. 

• A componente escalar da aceleração do carrinho é 1,7 m s⁻² 

• Etapas de resolução:

⇒ Determinação da distância percorrida pelo carrinho entre as posições A e B  (d = 1,17 m) …….. 3 pontos

⇒ Escrita das equações x(t) e v(t) substituídas (1,17 = ½ a_x t e 2,0 = a_x t ) …….. 3 pontos

⇒ Determinação da componente escalar da aceleração do carrinho  (a_x = 1,7 m s^-2) …….. 4 pontos

• Opção (C)

⇒ A subida, sobre a esfera atuam a força normal, que realiza um trabalho nulo por ser perpendicular ao deslocamento, e a força gravítica.

⇒ A resultante das forças sobre a esfera é a componente da força gravítica na direção do plano, de módulo mg sin θ, que realizou trabalho, – mgh, o qual depende da altura, e não depende inclinação do plano.

• Opção (C)  ……………. 7 pontos

• Movimento retilíneo uniforme 

⇒ Se o ângulo θ for nulo, então a partir do ponto P a esfera desloca-se na horizontal.

⇒ Usando o modelo da partícula material, no seu deslocamento a esfera está somente sujeita ao peso e à força normal.

⇒ Quando a esfera se desloca horizontalmente, a força normal é vertical, tendo a mesma intensidade e sentido oposto ao peso.

⇒ A resultante das forças é nula e a esfera apresenta aceleração nula e a velocidade constante, deslocando-se com movimento retilíneo uniforme.

• Movimento retilíneo uniforme. …….. 7 pontos

• Opção (D)

⇒ Isótopos de um elemento são átomos com o mesmo número atómico, Z, mas diferente número de massa, A.

⇒ Têm o mesmo número de protões e de eletrões, diferindo, somente, no número de neutrões. 

• Opção (D)  ……………. 7 pontos

• Cinco energias de remoção eletrónica 

⇒ A configuração eletrónica para o átomo de enxofre no estado fundamental é ₁₆S – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴.

⇒ No estado fundamental, os eletrões do átomo de enxofre distribuem-se por três níveis, (n = 1, n = 2 e n = 3) e cinco subníveis de energia, ( 1s, 2s, 2p, 3s e 3p ).

⇒ Como a cada subnível de energia corresponde uma energia de remoção eletrónica, o átomo de enxofre no estado fundamental apresentará cinco energias de remoção eletrónica. 

• A resposta deve incluir os seguintes passos:

A) Apresentação da configuração eletrónica do átomo de enxofre no estado fundamental (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴).

B) Referência ao facto de os eletrões do átomo de enxofre no estado fundamental se distribuírem por cinco subníveis de energia.

C) Indicação de que o átomo de enxofre no estado fundamental apresentará cinco energias de remoção eletrónica.

• Opção (C)

⇒ A energia de ionização de um átomo é a energia mínima necessária para remover um eletrão de um átomo isolado, no estado fundamental.

⇒ Se o elemento se encontrar no estado gasoso, a energia de primeira ionização, é igual à menor energia de remoção eletrónica. 

• 1,0 MJ mol^-1 = 1,0 x 10⁶ J mol^-1

• Opção (C)  ……………. 7 pontos

• Opção (A)

⇒ Cálculo do n.o. do enxofre em:

• (SO₂) : x + 2 x (-2) = 0 ⇔ x = + 4

⇒ Cálculo do n.o. do enxofre em :

• (SO₄^2-) : x + 4 x (-2) = -2 ⇔ x = + 6

⇒ O n.o. do enxofre aumenta de +4, em SO₂, para +6, em SO₄^2-, o que significa que, nesta reação, a espécie SO₄^2-liberta eletrões, sofrendo, portanto, oxidação.

• O SO₂ é a espécie que se oxida.

• Opção (A)  ……………. 7 pontos

De acordo com a estequiometria da reação, 1 (SO₂) : 2 (OH^–), a quantidade de dióxido de enxofre na amostra é 1/2 da quantidade de anião hidróxido gasta.

• Etapas de resolução:

⇒ Cálculo da quantidade de OH^– (aq) adicionada (n = 1,000 x 10^-3 mol) …….. 2 pontos

⇒ Cálculo da quantidade de OH^– (aq) que reagiu (n = 2,94 x 10^-4 mol) …….. 2 pontos

⇒ Cálculo da massa de enxofre na amostra (m = 4,71 x 10^-3 g) …….. 4 pontos

⇒ Cálculo da percentagem, em massa, de enxofre na amostra (5,7 x 10² %) …….. 2 pontos

• Etapas de resolução:

⇒ Cálculo do volume ocupado por 1,0 x 10¹² moléculas, nas condições PTN (V = 3,72 x 10^-11 dm³) …….. 4 pontos

⇒ Cálculo da massa de 4,0 x 10² moléculas de SO₂ (m = 4,25 x 10^-20 g) …….. 4 pontos

⇒ Determinação da concentração em massa de SO₂ na amostra, nas condições PTN

(C_m = 1,1 x 10^-9 g dm^-3) …….. 2 pontos

ou

⇒ Cálculo da quantidade de SO₂ por mole de moléculas da amostra (n = 4,00 x 10^-10 mol) …….. 4 pontos

⇒ Cálculo da massa de SO₂ por mole de moléculas da amostra (m = 2,56 x 10^-8 g) …….. 3 pontos

⇒ Determinação da concentração em massa de SO₂ na amostra, nas condições PTN

(C_m = 1,1 x 10^-9 g dm^-3) …….. 3 pontos

• Opção (D)

O oxigénio e o enxofre são elementos do grupo 16 da TP.

• Ambos têm, portanto, 6 eletrões de valência. 

As moléculas de H₂O e de H₂S apresentam 2 x 1 + 6 = 8 eletrões de valência.

⇒ Em ambas, esses 8 eletrões (4 pares) distribuem-se em torno do átomo O ou S, respetivamente, sendo 2 pares de eletrões ligantes, correspondentes às duas ligações covalentes O–H ou S–H, e 2 pares não ligantes, localizados no átomo central, O ou S.

⇒ O maior afastamento possível destes quatro pares obtém-se quando eles se dispõem no espaço de modo aproximadamente tetraédrico, conferindo ao conjunto H₂O e H₂S uma geometria angular.

• Opção (D)  ……………. 7 pontos

• Opção (B)

⇒ As ligações de hidrogénio surgem em casos em que átomos de hidrogénio se encontram ligados, por covalência, a átomos com grande tendência para captarem eletrões com, pelo menos, um par de eletrões não ligantes (como F, N ou O).

⇒ Entre moléculas de água, estabelecem-se pontes de hidrogénio, que são muito mais intensas do que as forças de van der Waals, que se estabelecem entre moléculas de H₂S. 

• Opção (B)  ……………. 7 pontos

• Opção (A)

⇒ Segundo a teoria de Brönsted-Lowry, um ácido é toda a espécie química dadora de iões .

⇒ O comportamento da água como ácido de Brönsted-Lowry envolve o par ácido-base H₂O/OH^– correspondente à cedência de um hidrogenião traduzida pela equação:

H₂O (l) → OH^– (aq) + H⁺ (aq)

• Opção (A)  ……………. 7 pontos

⇒ A adição da solução aquosa de sulfato de sódio (NaSO₄) não altera significativamente a dureza dessa água, isto é, não diminui significativamente a concentração de ião cálcio (para além do leve efeito de diluição), pois não ocorre precipitação de sulfato de cálcio (CaSO₄). 

⇒ A adição da solução aquosa de carbonato de sódio (NaCO₃) diminui a dureza dessa água, isto é, diminui a concentração de ião cálcio, por ocorrer precipitação de carbonato de cálcio (CaCO₃). 

⇒ O carbonato de cálcio (CaCO₃) é menos solúvel em água do que o sulfato de cálcio (CaSO₄), à mesma temperatura. 

• A resposta deve incluir os seguintes passos:

A) Referência ao facto de a ausência de alteração significativa da concentração de ião Ca²⁺ (aq), por adição de Na₂SO₄ (aq), indiciar que não ocorre precipitação de CaSO₄.

B) Referência ao facto de a diminuição da concentração de ião Ca²⁺ (aq), por adição de Na₂CO₃ (aq), indiciar que ocorre precipitação de CaCO₃.

C) Conclusão (CaCO₃ será menos solúvel em água do que CaSO₄).

• Etapas de resolução:

⇒ Determinação da expressão que traduz a energia total envolvida nas variações  de temperatura da amostra, em função da massa (E = 1,51 x 10⁵ m) …….. 5 pontos

⇒ Apresentação da expressão que traduz a energia envolvida na mudança de  estado físico da amostra, em função da massa (E = 3,34 x 10⁵ m) …….. 2 pontos

⇒ Comparação solicitada (a energia envolvida na mudança de estado físico da amostra de água é 2,2 vezes superior à energia total envolvida nas variações de temperatura da amostra) …….. 3 pontos

• Opção (A)

⇒ A diminuição de temperatura da água ocorre quando ela cede energia à vizinhança.

⇒ No recipiente, um sólido, predomina a transferência de energia por condução.

• Opção (A)  ……………. 7 pontos

• Opção (D)

⇒ Em qualquer reação química, a massa total dos reagentes tem de ser igual à massa total dos produtos (Lei de Lavoisier).

⇒ Não há indicação da libertação de eletrões na reação, a carga elétrica total não varia.

⇒ O número total de moléculas pode variar desde que haja variação do número de moles de moléculas na passagem de reagentes a produtos. 

• Opção (D)  ……………. 7 pontos

• Opção (C)

⇒ Aumentando o volume do gás contido no reator, diminui a pressão a temperatura constante.

⇒ Por observação da figura 7, constata-se que, diminuindo a pressão do sistema no reator fechado a temperatura constante, diminui a quantidade de C.

⇒ O aumento do volume do reator, a quantidade de equilíbrio do produto C diminui, o que significa que a reação no sentido inverso é favorecida. 

• Opção (C)  ……………. 7 pontos

As quantidades de reagentes gastas e de produtos formadas, estão de acordo com os respetivos coeficientes estequiométricos.

Considerando, por exemplo, uma alteração de estado de equilíbrio a 327ºC por variação de pressão de 50 atm para 150 atm, o coeficiente estequiométrico de C seria:

Volume molar dos gases a 327 ºC e 100 atm:

• Vm = 0,49 dm³ mol^-1

De acordo com o gráfico representado na figura 7, as quantidades em equilíbrio a 327 ºC e 100 atm são:

• n_A = 3,15 mol ;
• n_B = 1,95 mol ;
• n_C = 3,70 mol ;

Soma das quantidades de equilíbrio a 327 ºC e 100 atm:

• n_total = 3,15 mol + 1,95 mol + 3,70 mol = 8,80 mol

Volume do sistema em equilíbrio a 327 ºC e 100 atm:

• V_sistema = Vm x n_total = 0,49 dm³ mol^-1 x 8,80 mol = 4,31 dm³

As concentrações no equilíbrio a 327 ºC e 100 atm, serão:

• Etapas de resolução:

⇒ Determinação do coeficente estequiométrico x (x = 2) …….. 3 pontos

⇒ Determinação do volume do sistema, nas condições de pressão e de temperatura consideradas

(V = 4,31 dm³) …….. 4 pontos

⇒ Determinação da constante de equilíbrio da reação considerada, a 327 ºC  (Kc = 11) …….. 3 pontos