2009 – 2ª Fase – Prova Escrita de Física e Química A

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1. Leia o seguinte texto.

A maior parte da água na Natureza está já contaminada – pelo sal. Este simples facto torna essa água completamente inútil para os organismos em terra, uma vez que, mesmo para a maior parte dos fins industriais, a água do mar é demasiado corrosiva.

Para satisfazer a necessidade e a procura crescentes de água, o ideal seria, obviamente, aumentar a quantidade total de água doce disponível para o consumo humano. Poderemos, assim, redimir a água do mar e fazer com que ela nos sirva diretamente?

A resposta é afirmativa, mas a um preço que é, na maior parte dos casos, completamente proibitivo.

A remoção dos sais da água do mar ou da água salobra – um processo designado por dessalinização – fornece menos de 0,2% da água doce utilizada no globo.

O método mais antigo e mais simples de dessalinização é a destilação, sendo realizado, em larga escala, apenas em países cuja necessidade desesperada de água está associada a uma economia relativamente abastada. A primeira de todas as unidades de dessalinização, construída no mar Vermelho, para abastecer os navios coloniais britânicos, utilizava este método, continuando ainda hoje, depois de vários melhoramentos introduzidos, a fornecer uma parte considerável da água dessalinizada do mundo.

O principal método alternativo de dessalinização fornece água potável a menos de metade do custo, verificando-se, contudo, que o método de remoção dos sais utilizado nessa técnica de dessalinização não é suficientemente eficaz, o que torna a técnica passível de ser utilizada apenas na purificação de água salobra.

Philip Ball, H₂O – Uma Biografia da Água, Temas e Debates, 2002 (adaptado)

1.1. Selecione, com base na informação dada no texto, a única alternativa correta.

(A) A maior parte da água na Natureza é apropriada ao consumo humano.

(B) Uma parte considerável da água potável atualmente utilizada é obtida por destilação.

(C) A destilação é um processo muito pouco eficaz na remoção dos sais da água do mar.

(D) A dessalinização fornece apenas uma pequena percentagem da água potável atualmente consumida.

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

1.2. Elabore um texto no qual aborde os seguintes tópicos, relacionados com a dessalinização da água do mar:

• indicação dos processos físicos que ocorrem durante a destilação da água do mar, referindo em que se baseia este método de separação;

• apresentação de uma razão justificativa do elevado custo que aquele método de dessalinização envolve;

• referência a um método alternativo de dessalinização.

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

1.3. Na água do mar têm-se dissolvido, ao longo de milhares de milhões de anos, várias substâncias que incluem sais inorgânicos, gases e compostos orgânicos provenientes dos organismos marinhos.

Na tabela seguinte, indica-se a composição média aproximada da água do mar, relativa aos seus componentes maioritários.

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)

1.3.1. Selecione a única alternativa que identifica o ião presente em maior quantidade na água do mar.

(A) Na⁺

(B) Cl^–

(C) SO₄^2–

(D) Ca²⁺

• 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)

1.3.2. Selecione a única alternativa que permite calcular a composição, em ião sulfato, SO₄^2–, (M = 96,07 g mol^–1), da água do mar, expressa em ppm.

1.4. Os efeitos corrosivos da água do mar, responsáveis pela deterioração dos metais, podem ser observados em moedas antigas encontradas no fundo do mar.

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

1.4.1. Considere uma moeda de cobre (Cu) e uma moeda de ouro (Au).

Indique, justificando com base na informação fornecida a seguir, qual das moedas terá sofrido corrosão em maior extensão.

• 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 3 (Soluções e equilíbrio de solubilidade)

1.4.2. Considere uma moeda constituída por uma liga de prata, cobre e níquel.

Para determinar a sua composição em prata (Ag), dissolveu-se a moeda, de massa 14,10 g, em ácido e diluiu-se a solução resultante, até perfazer um volume de 1000 cm³.

A 100 cm³ da solução adicionou-se ácido clorídrico, HCl (aq), em excesso, de modo que toda a prata existente em solução precipitasse na forma de cloreto de prata, AgCl (M = 143,32 g mol^–1).

O precipitado de AgCl foi, então, separado por filtração, lavado, seco e pesado, tendo-se determinado o valor de 0,85 g.

Calcule a percentagem, em massa, de prata na moeda analisada.

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Os sistemas de navegação modernos recorrem a recetores GPS, que recebem, em alto mar, sinais eletromagnéticos de um conjunto de satélites.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 1 (Tempo, posição e velocidade)

2.1. O esboço abaixo representa uma imagem estroboscópica do movimento de um barco, entre os pontos A e B.

Numa imagem estroboscópica, as posições de um objeto são representadas a intervalos de tempo iguais.

Selecione o único gráfico que pode traduzir a posição, x, do barco, em relação ao referencial representado, em função do tempo decorrido.

2.2. Cada um dos satélites do sistema GPS descreve órbitas aproximadamente circulares, com um período de 12 horas.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)

2.2.1. Indique, justificando, se os satélites do sistema GPS são geoestacionários.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)

2.2.2. Selecione a única alternativa que permite calcular, em rad s^–1, o módulo da velocidade angular de um satélite GPS.

• 11ºano – Física  – Domínio 1 – subdomínio 3 (Forças e movimentos)

2.2.3. Os satélites do sistema GPS deslocam-se a uma velocidade de módulo 3,87 x 10³ m s^–1.

Determine o tempo que um sinal eletromagnético, enviado por um desses satélites, leva a chegar ao recetor se o satélite e o recetor se encontrarem numa mesma vertical de lugar.

Apresente todas as etapas de resolução.

raio da Terra = 6,4 x 10⁶ m

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

2.3. A determinação correta de uma posição, usando o sistema GPS, requer que o satélite e o recetor estejam em linha de vista.

Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta.

O sistema GPS utiliza, nas comunicações, radiações na gama das microondas, porque estas radiações …

(A) se refletem apreciavelmente na ionosfera.

(B) são facilmente absorvidas pela atmosfera.

(C) se propagam praticamente em linha reta, na atmosfera.

(D) se difratam apreciavelmente, junto à superfície terrestre.

2.4. A transmissão de informação a longa distância, por meio de ondas eletromagnéticas, requer a modulação de sinais. Por exemplo, nas emissões rádio em AM, os sinais áudio são modulados em amplitude.

Na figura 1, estão representadas graficamente, em função do tempo, as intensidades de um sinal áudio, de um sinal de uma onda portadora e de um sinal modulado em amplitude (valores expressos em unidades arbitrárias).

Selecione, com base na informação dada, a única alternativa correta.

(A) O gráfico X refere-se ao sinal áudio.

(B) O gráfico Y refere-se ao sinal da onda portadora.

(C) O gráfico Z refere-se ao sinal modulado em amplitude.

(D) O gráfico Z refere-se ao sinal áudio.

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

• 11ºano – Física  – Domínio 2 – subdomínio 2 (Eletromagnetismo)

2.5. O funcionamento de um microfone de indução baseia-se na indução eletromagnética.

Na figura 2, encontra-se representado o gráfico do fluxo magnético que atravessa uma determinada bobina, em função do tempo.

Indique o intervalo de tempo em que foi nula a força eletromotriz induzida nessa bobina.

• 11ºano – Física  – Domínio 2 – subdomínio 1 (Sinais e ondas)

2.6. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

Um sinal sonoro _____ de um meio material para se propagar, sendo as ondas sonoras _____ nos gases.

(A) necessita … transversais

(B) não necessita … transversais

(C) não necessita … longitudinais

(D) necessita … longitudinais

3. A placa de cobre, maciça e homogénea, de espessura , representada na figura 3, permite a dissipação de energia de uma fonte quente (placa metálica X), mantida a uma temperatura constante, Τ_X, para uma fonte fria (placa metálica Y), mantida a uma temperatura constante, Τ_Y.

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

3.1. Identifique o mecanismo de transferência de energia como calor entre as placas X e Y, através da placa de cobre.

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

3.2. Identifique a propriedade física que permite distinguir bons e maus condutores de calor.

3.3. Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta.

Se a placa de cobre for substituída por outra, idêntica, mas com metade da espessura, a energia transferida por unidade de tempo, entre as placas X e Y, …

(A) reduz-se a ½.

(B) quadruplica.

(C) duplica.

(D) reduz-se a ¼.

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

3.4. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

A placa X encontra-se a uma temperatura _____ à temperatura da placa Y, sendo o comprimento de onda da radiação mais intensa emitida pela placa X _____ do que o comprimento de onda da radiação mais intensa emitida pela placa Y.

(A) superior … maior

(B) inferior … menor

(C) superior … menor

(D) inferior … maior

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

4. Na figura 4, está representado um diagrama de níveis de energia, no qual estão assinaladas algumas transições eletrónicas que podem ocorrer no átomo de hidrogénio.

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

4.1. Algumas das transições eletrónicas assinaladas na figura 4 estão relacionadas com as riscas de cor que se observam no espectro de emissão do hidrogénio, abaixo representado.

Selecione a única alternativa que refere a transição eletrónica que corresponde à risca vermelha do espectro de emissão do hidrogénio.

(A) Transição Z

(B) Transição W

(C) Transição X

(D) Transição V

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

4.2. Selecione a única alternativa que apresenta o valor da energia de ionização do hidrogénio, expresso em J mol^–1.

(A) 2,18 x 10⁵ J mol^–1

(B) 7,86 x 10⁶ J mol^–1

(C) 1,09 x 10⁵ J mol^–1

(D) 1,31 x 10⁶ J mol^–1

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

4.3. Considere que um átomo de hidrogénio se encontra no primeiro estado excitado (n = 2) e que, sobre esse átomo, incide radiação de energia igual a 3,6 x 10^–19 J.

Indique, justificando, se ocorrerá a transição do eletrão para o nível energético seguinte.

5. O processo de síntese industrial do amoníaco, desenvolvido pelos químicos alemães Haber e Bosch, no início do século XX, permitiu obter, em larga escala, aquela substância, matéria-prima essencial no fabrico de adubos químicos.

A síntese do amoníaco, muito estudada do ponto de vista do equilíbrio químico, pode ser representada por:

N₂ (g) + 3 H₂ (g) ⇋ 2 NH₃ (g)        ΔH < 0

• 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 1 (Aspetos quantitativos das reações químicas)

5.1. Considere que se fez reagir, na presença de um catalisador, 0,500 mol de N₂ (g) e 0,800 mol de H₂ (g), num recipiente com o volume de 1,00 dm³.

Admita que, quando o equilíbrio foi atingido, à temperatura T, existiam no recipiente, além de N₂ (g) e H₂ (g), 0,150 mol de NH₃ .

Calcule o rendimento da reação de síntese.

Apresente todas as etapas de resolução.

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

5.2. Selecione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta.

Se ocorrer um aumento da temperatura do sistema, inicialmente em equilíbrio, este irá evoluir no sentido da reação _____, verificando-se um _____ da concentração do produto.

(A) direta … decréscimo

(B) inversa … decréscimo

(C) inversa … aumento

(D) direta … aumento

6. Numa aula laboratorial, um grupo de alunos estudou a relação entre a altura de queda de uma bola e a altura máxima por ela atingida, em sucessivos ressaltos.

Com esse objetivo, os alunos colocaram a bola sob um sensor de posição, como representado na figura 5, e deixaram-na cair. Com um programa adequado obtiveram, num computador, o gráfico da distância da bola ao solo, em função do tempo, representado na figura 6.

Com base no gráfico anterior, os alunos construíram o gráfico da altura máxima atingida pela bola após cada ressalto, em função da altura de queda correspondente, que se encontra representado na figura 7.

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
• 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola

6.1. Qual é a forma da trajetória descrita pela bola enquanto esta se encontra no campo de visão do sensor?

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
• 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola

6.2. Selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta.

Se os alunos deixarem cair a bola de uma altura de 2,0 m, é previsível que ela atinja, no primeiro ressalto, uma altura de…

(A) 1,6 m.

(B) 1,5 m.

(C) 1,4 m.

(D) 1,3 m.

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
• 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola

6.3. Justifique, considerando desprezável a resistência do ar, por que razão, depois de cada ressalto, a bola não sobe até à altura de que caiu.

• 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
• 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola

6.4. O coeficiente de restituição dos materiais em colisão é dado, neste caso, pela razão entre os módulos da velocidade da bola, imediatamente após a colisão, e da velocidade da bola, imediatamente antes dessa colisão:

Calcule o coeficiente de restituição no primeiro ressalto, considerando a relação entre os módulos das velocidades acima referidas e as alturas de queda e de ressalto da bola.

Apresente todas as etapas de resolução.

FIM