• Opção (B)

🛑    De acordo com o enunciado, que o ar é homogéneo e que “as amostras são representativas do ar circundante”, o teor em CO₂ na amostra é igual ao teor de CO₂ no ar circundante, nas mesmas condições de pressão e temperatura.

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

• Opção (C)

🛑    De acordo com a Lei de Avogadro, “volumes iguais de gases diferentes, medidos nas mesmas condições de pressão e de temperatura, contêm o mesmo número de partículas”.

🛑    O número de moléculas nos dois recipientes é igual.

❇️   Como as massas molares dos dois gases, CH₄ e CO , são diferentes, e m = n x M , para a mesma quantidade de gás, n , a massa de gás dos dois recipientes é diferente.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

🛑  Recorrendo à calculadora gráfica, a equação da reta de ajuste ao gráfico V = f (n) é:

V = 19,6 n + 0,2 (SI)

🛑   V = n x Vm , o declive da reta, 19,6 dm³ mol⁻¹, corresponde ao volume molar de N₂O (g) nas condições de pressão e temperatura da experiência.

🛑   O N₂O (g) não se encontra nas condições PTN porque o valor encontrado, V_molar = 19,6 dm³ /mol, é diferente de V_molar = 22,4 dm³ (volume ocupado por uma mole de qualquer gás ideal nas condições PTN ).

❇️    Não se encontra nas condições PTN

Elementos de resposta:

⇒ a equação da reta de ajuste ao gráfico [V = f (n) ] é V = 19,6 n + 0,2 (SI) (ver notas 1 e 2);

⇒ o volume molar do N₂O (g) obtido a partir da reta de ajuste é 19,6 dm³ mol^-1;

⇒ o N₂O (g) não se encontra em condições PTN, porque 19,6 dm³ mol^-1 é diferente de 22,4 dm³ mol^-1 (ver nota 3).

Notas:

1. A apresentação de n = f (V ) (n = 0,0511V – 0,01)(SI)) não implica qualquer desvalorização.

2. Na equação da reta de ajuste, a omissão da ordenada na origem não implica qualquer desvalorização.

3. A omissão das unidades no volume molar deve ser equiparada a falhas na linguagem científica.

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (4)

🛑  No espetro fotoeletrónico de um elemento são indicadas as respetivas energias de remoção.

🛑  Os eletrões com maior valor de energia de remoção são aqueles que ocupam níveis de menor energia.

🛑  Cada pico corresponde a um valor diferente de energia de remoção, e as correspondentes intensidades do sinal, altura do pico, correspondem ao número relativo de eletrões.

De acordo com as configurações eletrónicas, no estado fundamental, de cada um dos átomos:

• ₆C − 1s² 2s² 2p²
• ₇N − 1s² 2s² 2p³
• ₈O − 1s² 2s² 2p⁴

verifica-se que todos estes átomos têm três valores de energia de remoção: um com valor muito maior, correspondente aos eletrões do nível 1 (com dois eletrões), e dois outros valores, sendo um destes correspondente aos eletrões do subnível 2s (com dois eletrões) e outro, com menor valor, correspondente aos eletrões do subnível 2p (com dois, três e quatro eletrões, respetivamente).

🛑   Os espetros fotoeletrónicos destes elementos têm, todos, três picos:

• no caso do átomo de carbono, o número relativo de eletrões dos respetivos subníveis é 2 : 2 : 2 , o que corresponde ao esquema (2).
• no caso do átomo de nitrogénio, o número relativo de eletrões dos respetivos subníveis é 2 : 2 : 3 , o que corresponde ao esquema (1). 
• no caso do átomo de oxigénio, o número relativo de eletrões dos respetivos subníveis é 2 : 2 : 4 , o que corresponde ao esquema (4). 

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (4)

• Opção (D)

🛑    De acordo com a estequiometria da reação, 1 (CH₄) : 2 (O₂), pode concluir-se que, considerando a reação completa, 2 mol de CH₄ reagiriam com 4 mol de O₂ .

🛑    Como só foram inseridas 3 mol de O₂ , conclui-se que o reagente limitante é o dioxigénio.

🛑    Comparando as frações: 

o dioxigénio é o reagente limitante

• O produto obtido numa reação é determinado a partir do reagente limitante.

❇️   De acordo com a estequiometria da reação, 1 (O₂) : 1 (H₂O), considerando a reação completa, a partir de 3 mol de O₂, obter-se-iam 3 mol de H₂O.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  A energia libertada ou absorvida, quando ocorre uma reação, resulta de um balanço entre a energia absorvida pelo sistema (positiva) para quebrar as ligações dos reagentes e a energia libertada (negativa) na formação das ligações dos produtos.

• ΔH = [4 x E (C − H) + 2 x ( E (O = O)] − [2 x E (C = O) + 4 x E (O − H)] ⇔ ΔH = [4 x 414 + 2 x 490] − [2 x 799 + 4 x 460] ⇔ ΔH = 2636 – 3438 = – 802 kJ mol^-1

🔶  ΔH < 0 ⇒ reação exotérmica

🔶  n = m / M ⇔ n = 40,0 / 16,05 ⇔ n = 2,492 mol

• Sendo a energia libertada na combustão de 1,00 mol de metano 802 kJ , na combustão de 2,492 mol de metano libertam-se 2,492 mol x 802 kJ/mol = 1999 kJ

🛑  Como a energia libertada na combustão do metano permitiu aquecer a amostra de água de 10,0 ºC a 35,0 ºC:

🔶  Q = m x c x ΔT ⇔  1999 x 10³ = m x 4,18 x 10³ x (35,0 – 10,0) ⇔ m = 19,1 kg

❇️    A massa da amostra de água aquecida foi 19,1 kg

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a energia que se liberta na combustão de 1 mol de CH₄ (802 kJ ) ………. 3 pontos

⇒ Calcula a energia que se liberta na combustão de 40,0 g de CH₄ ( 1999 kJ) ………. 3 pontos

⇒ Calcula a massa da amostra de água ( 91,1 kg ) ………. 6 pontos

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (3)

⇒ (c) – (2)

🛑  Como, num reator vazio, fechado e indeformável, se introduziram inicialmente apenas CO (g) e H₂O (g), reagentes da reação, até ser atingido o equilíbrio químico, a concentração dos reagentes diminui, e a velocidade da reação direta é superior à velocidade da reação inversa.

🛑  À medida que o tempo passa, a velocidade da reação no sentido direto vai diminuindo, porque as concentrações dos reagentes também vão diminuindo. A velocidade da reação no sentido inverso vai aumentando, devido ao aumento da concentração dos produtos da reação. Após atingido o estado de equilíbrio, as velocidades das reações direta e inversa são iguais.

🛑  Como ΔH < 0 , a reação é exotérmica no sentido direto. De acordo com o Princípio de Le Châtelier, as reações exotérmicas são favorecidas pela diminuição de temperatura, que faz evoluir a reação no sentido direto, aumentando a constante de equilíbrio. 

🛑  Note-se que, como todos os componentes são gasosos e não há variação do número total de moles de partículas na passagem de reagentes a produtos, a diminuição da pressão não altera o estado de equilíbrio. De acordo com o Princípio de Le Châtelier, com a diminuição da concentração de CO (g), seria favorecida a reação inversa.

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (3)

⇒ (c) – (2)

🛑  Informações fornecidas:

⇒ Kc = 1,8

🛑  Identificação do sentido em que ocorre a reação até atingir o equilíbrio:

• Como Q > Kc , para se atingir o equilíbrio, a reação evolui no sentido inverso.

🛑  Quantidades de CO (g) quando se atinge o equilíbrio:

❇️    A quantidade de CO (g) no reator, quando se atinge o equilíbrio, é 0,35 mol.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula o quociente da reação (4,00 ) ………. 4 pontos

⇒ Reconhece que a reação evolui no sentido inverso ( Q > Kc) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a quantidade de CO (g) no equilíbrio ( 0,35 mol ) ………. 4 pontos

• Opção (B)

❇️   A única força que realizada trabalho nulo é a força gravítica, pois é a única que tem direção perpendicular ao deslocamento do EM-Bird.

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    O pulso de luz, que permite calcular d₁, percorre a distância 2 d1, no intervalo de tempo  6,08 x 10⁻⁸ s , com velocidade constante c = 3,00 x 10⁸ m s⁻¹.

🔶  d = c x Δt ⇔ 2 d₁ = 3,00 x 10⁸ x 6,08 x 10^-8 ⇔  d₁ = 9,12 m

❇️   A espessura do gelo marinho será:

🔶  d₂ – d₁ = 11,32 –  9,12 ⇔ d₂ – d₁ = 2,20 m

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    Numa solução condutora, os portadores de carga elétrica são iões em solução.

🛑    A resistência elétrica mede o grau de dificuldade que a solução oferece à passagem de corrente elétrica. 

❇️   Como a água do mar é boa condutora elétrica, apresenta uma resistência elétrica baixa.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

• Opção (C)

❇️   O primeiro sal a precipitar durante a evaporação de uma amostra da solução em estudo é o que tiver menor solubilidade e o que estiver mais próximo da saturação, ou seja, o CaSO₄, de solubilidade 2,1 g dm⁻³ e de concentração mássica 1,80 g dm⁻³.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

🛑  De acordo com a definição de pH , pH = – log [H₃O⁺] , a diminuição de pH , a temperatura constante, conduz a um aumento da concentração de H⁺ (aq) ou H₃O⁺ (aq).

🛑  A temperatura constante, Kw = [H₃O⁺] x [OH^–]  se mantém, o aumento da concentração de H₃O⁺ provoca uma diminuição da concentração de OH^–.

🛑  De acordo com o Princípio de Le Châtelier, a diminuição da concentração de OH⁻ faz evoluir o sistema em equilíbrio, traduzido pela equação em causa, no sentido de se formar mais OH⁻ , ou seja, no sentido direto.

❇️    A diminuição do pH, a temperatura constante, conduz a um aumento da solubilidade do hidróxido de magnésio, Mg(OH)₂ .

Elementos de resposta:

⇒ com a diminuição do pH, diminui a concentração de OH^– (aq ) (ou equivalente);

⇒ [de acordo com o princípio de Le Châtelier,] o sistema evolui no sentido da formação de OH- (ou equivalente);

⇒  a solubilidade de Mg(OH)₂ aumenta [com a diminuição do pH].

🛑  A corrente elétrica, I , estabelecida entre a nuvem e a superfície terrestre, é a quantidade de carga elétrica, Q , que na unidade de tempo atinge a superfície da Terra, e é:

• I = Q / Δt

🛑  A diferença de potencial, U :

• U = E / Q ⇔ E = U Q ⇔ E = U I Δt 

🛑  A potência elétrica P = E  / Δt ⇔ P = U I , e a potência elétrica do raio formado igual a

• P = U I ⇔ 1,0 x 10¹² = 3,0 x 10⁷ x I ⇔ I = 3,33 x 10⁴ A

🛑  A carga elétrica transportada pelo raio é:

• I = Q / Δt ⇔ Q = 3,33 x 10⁴ x 0,10 ⇔ Q = 3,33 x 10³ C 

🛑   Calculo do N ( número de eletrões que atingem a superfície da Terra):

🔶  Q = N x q_e ⇔ 3,33 x 10³ = N x 1,6 x 10^-19 ⇔ N = 2,1 x 10²² eletrões

❇️    A ordem de grandeza do número de eletrões é 10²²

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a corrente elétrica (3,33 x 10⁴ A) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a carga transportada pelo raio (3,33 x 10^-12 mol) ………. 4 pontos

⇒ Obtém a ordem de grandeza do número de eletrões que atravessam a superfície da Terra ( 10²² ) (ver nota) ………. 4 pontos

Nota: A apresentação do resultado 2,1 x 10²² sem que a ordem de grandeza seja especificada implica uma desvalorização de dois pontos.

🔶  t = 0 s ⇒ Φ₀ = 0 Wb

🔶  t = 1 s ⇒ Φ₁ = B x A x cos α =  0 Wb

🛑  De acordo com a lei de Faraday, a força eletromotriz induzida num circuito é:

❇️    A força eletromotriz induzida na espira no intervalo de tempo considerado é 7,2 x 10³ V .

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Identifica o intervalo de tempo em que o módulo da força eletromotriz é máximo  ([0 ; 1] μs) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a variação de fluxo magnético no intervalo de tempo [0 ; 1] μs (7,20 x 10^-3 Wb) ………. 4 pontos

⇒ Calcula o módulo da força eletromotriz induzida no intervalo de tempo [0; 1] μs (7,2 x 10³ V ) ………. 4 pontos

• Opção (B)

🛑    Durante a queda vertical, a gota de água está submetida à ação da força gravítica, constante de sentido descendente, e da resistência do ar, ascendente, de módulo variável, pois aumenta com o aumento de velocidade até atingir a intensidade da força gravítica.

🛑  Até atingir a velocidade terminal, o movimento da gota de água é acelerado, pois a resultante das forças tem sentido descendente e é variável (diminui). 

❇️   Após atingir a velocidade terminal, a resultante das forças é nula e, consequentemente, a gota adquire movimento uniforme.

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    A resistência do ar tem sentido oposto ao do movimento, isto é, o sentido ascendente, de baixo para cima.

🛑    A velocidade terminal é atingida quando a força de resistência do ar tem a mesma intensidade da força gravítica.

🔶  ρ = m / V 

🔶  R_ar = Fg ⇔  R_ar = mg ⇔ R_ar = ρ m V ⇔ R_ar = ρ m V ⇔ R_ar = 1,0 x 10³ x 4,2 x 10^-9 x 9,8 ⇔ R_ar = 4,1 x 10^-5 N

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    Sendo a resistência do ar uma força dissipativa, se a gota caísse, da mesma altura, na ausência desta força, a energia cinética no instante imediatamente anterior a atingir o solo seria superior em relação ao valor atingido na situação real.

• Na situação real, Ec = ½ mv²_real 

❇️   Considerando a resistência do ar desprezável, há conservação de energia mecânica:

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    Como a balança usada é um aparelho digital (com valores descontínuos num mostrador), a incerteza de uma medida é o menor valor lido nessa balança (salto entre dois valores na escala), o menor valor lido é 1 mg (0,001 g) e não 5 mg .

❇️   A medida correta será (5,934 ± 0,001) g

🛑   Como a bureta usada tem inscrita a indicação do fabricante relativa à sua sensibilidade (tolerância), é esse o valor a considerar. Neste caso, é ± 0,030 mL e não 0,05 mL, pelo que também está incorreto o registo da medida do volume.

❇️   A medida correta será (6,00 ± 0,030) cm³ 

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ Produto iónico da água a 25ºC : Kw = 1,012 x 10^-14

⇒ Volume de 120 gotas de água a 25ºC :  5,92 cm³

🛑  De acordo com a estequiometria da reação da autoionização da água : 1 (H₃O⁺) : 1 (OH^–) 

🔶  K_w = [H₃O⁺] x [OH^–] ⇔ K_w = [OH^–]² ⇔ [OH^–] = 1,006 x 10^-7 mol dm^-3

🛑  A quantidade de iões OH^– existentes em 5,92 cm³ (120 gotas) de água é:

🔶  c = n / V ⇔ n = 5,92 x 10^-3 x 1,006 x 10^-7  ⇔ n = 5,956 x 10^-10 mol dm^-3

🛑  A quantidade de iões OH^– existentes numa gota de água é:

🔶    5,956 x 10^-10 / 120 = 4,963 x 10^-12 mol 

❇️    O número de iões OH^– existentes, em média, numa gota de água pura:

🔶  N = n x N_A ⇔ N = 4,963 x 10^-12 x 6,02 x 10²³  ⇔ N = 2,99 x 10¹² iões OH^–

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a concentração do ião OH^–  (1,006 x 10^-7 mol dm^-3) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a quantidade de iões OH^– numa gota de água (4,963 x 10^-12 mol)

ou

Calcula a quantidade de iões OH^– em 120 gotas de água  (5,956 x 10^-10 mol) ………. 4 pontos

⇒ Calcula o número de iões OH^– numa gota de água (2,99 x 10^-12 ) ………. 4 pontos

• Opção (B)

🛑    O movimento de rotação da Terra em torno do seu eixo é circular uniforme, com um período de 24 h .

❇️   O tempo, Δt , que o Sol demora, em média, desde que toca no horizonte até que desaparece completamente, em que a Terra descreve o ângulo θ , é:

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

🛑    Dado que a energia absorvida, por unidade de tempo e por unidade de massa, é igual para a areia e para a água do mar, e dado que a temperatura da areia é superior à temperatura da água do mar, então o ar sobre a areia está a uma temperatura superior à temperatura do ar sobre a água do mar, logo a capacidade térmica mássica da areia é inferior à da água do mar (E = m c Δθ ) .

Elementos de resposta:

⇒ o ar sobre a areia da praia tem um movimento ascendente, porque é menos denso, por estar a uma temperatura superior [à temperatura do ar que não contacta com a areia];

⇒ [o ar sobre a areia está a uma temperatura superior] pois contacta com a superfície da areia da praia que está a uma temperatura superior à temperatura da água do mar;

⇒ a areia da praia atinge uma temperatura superior [à temperatura da água do mar, no mesmo intervalo de tempo,] por ter menor capacidade térmica mássica.

• Opção (A)

🛑    A direção de propagação da luz altera-se quando esta atravessa a superfície de separação de dois meios óticos com índices de refração diferentes, resultantes da luz se propagar com diferentes velocidade (v_ar < v_vazio).

🛑    Este fenómeno ótico designa-se por refração da luz.

❇️   Ao observarmos o pôr do sol, vemo-lo numa posição diferente daquela em que o veríamos se não existisse atmosfera.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos