Teste nº3

Conteúdos:

1 – Massa e tamanho dos átomos

2 – Energia dos eletrões nos átomos

3 – Tabela Periódica

Grupo I

Leia atentamente o texto seguinte:

“O filósofo grego Demócrito, que viveu no séc.V a.C., sustentou que toda a matéria é composta por partículas muito pequenas e indivisíveis, a que chamou átomos (que significa indivisíveis).( … )

Contudo, foi apenas em 1808 que o cientista e professor de liceu inglês John Dalton deu com precisão a definição de átomo.”

R.CHANG (1994), Química, 5ªedição, lisboa. MCGraW-Hill de Portugal (adaptado)

1. Relativamente à constituição do átomo, selecione a única alternativa que permite obter uma afirmação correta.

(A) Quando um átomo perde um eletrão origina um ião monopositivo.

(B) O número de massa de um átomo é igual à soma do número de protões com o número de eletrões.

(C) No átomo o número de protões é igual ao número de neutrões.

(D) A massa do átomo deve-se essencialmente aos protões existentes no núcleo.

Resolução

Opção (A) ————————————————————————————————-

2. Considere as seguintes espécies:

Relativamente a estas espécies químicas, selecione, a única alternativa que permite obter uma afirmação correta.

(A) O elemento K tem mais quatro neutrões do que o elemento cloro.

(B) O elemento O tem igual número de protões, eletrões e neutrões

(C) A carga nuclear do elemento Cl é +35.

(D) O elemento K tem 19 protões, 19 eletrões e 19 neutrões.

Resolução

Opção (B)

3. O potássio natural apresenta três isótopos, cujas massas isotópicas relativas e respetivas abundâncias percentuais se apresentam na tabela seguinte.

Isótopo	Massa isotópica relativa	Abundância percentual
K-39	38,964	93,26
K-40	39,964	0,01
K-41	40,962	6,73

3.1 Identifique o que têm em comum os três isótopos do elemento potássio.

3.2 Represente simbolicamente o isótopo menos abundante.

3.3 Determine a massa atómica relativa do potássio natural.

Resolução

3.1 tem em comum o número atómico

3.2 $\dpi{100} \fn_cm _{Z}^{A}\textrm{X} \Leftrightarrow _{19}^{40}\textrm{X}$

3.3 $\dpi{100} \fn_cm Ar (K) = \frac{Ar(k-39)\times Ab.(k-39) + Ar(k-40)\times Ab.(k-40) + Ar(k-41)\times Ab.(k-41)}{100}$

$\dpi{100} \fn_cm = \frac{39,964 \times 93,26 + 39,964 \times 0,01 + 40,962 \times 6,73}{100} = 39,10$

Grupo II

O éter dimetílico é um gás, à temperatura ambiente, de fórmula química CH₃OCH₃, que pode ser utilizado em aerossóis e que pode ser obtido a partir do gás natural ou do carvão.

1. Calcule o número de átomos de carbono presentes em 100,0 mg de éter dimetílico.

Resolução

M(C₂H₆O) = 46,08 gmol^-1
$\dpi{100} \fn_cm n = \frac{m}{M} = \frac{0,100}{46,08} = 2,17 \times 10^{-3} mol$
$\dpi{100} \fn_cm N = x . n. N_{A} = 2 \times 2,17 \times 10^{-3} \times 6,02 \times 10^{23} = 2,613 \times 10^{21}$ átomos de C

[/accordion

2. Determine a fração molar do carbono neste composto.

Resolução

$\dpi{100} \fn_cm X(C) = \frac{n(C)}{n(C) + n(H) + n(O)} = \frac{2}{2+6+1} = \frac{2}{9} = 0,222$

3. Das seguintes expressões, indique a que permite determinar a fração mássica do hidrogénio neste gás.

(A) $\dpi{100} \fn_cm w_{H} = \frac{3 \times Ar(H)}{Mr (CH_{3}OCH_{3})}$

(B) $\dpi{100} \fn_cm w_{H} = \frac{6 \times Ar(H)}{Mr (CH_{3}OCH_{3})}$

(C) $\dpi{100} \fn_cm w_{H} = \frac{Mr (CH_{3}OCH_{3})}{3 \times Ar(H)}$

(D) $\dpi{100} \fn_cm w_{H} = \frac{Mr (CH_{3}OCH_{3})}{6 \times Ar(H)}$

Resolução

Opção (B)

Grupo III

Segundo o modelo de Bohr, o eletrão do átomo de hidrogénio pode transitar entre os vários níveis de energia. É isso que acontece quando quantidades adequadas de energia são fornecidas ao eletrão ou são libertadas por este.

O diagrama de energia representa vários níveis de energia para o eletrão do átomo de hidrogénio, bem como cinco transições eletrónicas, A, B, C, D e E.

1. Na transição C representada

(A) o átomo emite energia e sofre uma excitação.

(B) o átomo absorve energia e sofre uma desexcitação.

(C) o átomo emite energia e sofre uma desexcitação.

(D) o átomo absorve energia e sofre uma excitação.

Selecione a opção correta.

Resolução

Opção (B)

2. A variação de energia associada à transição representada pela letra A pode ser calculada pela expressão

(A) (-2,18×10^-18– 0,54×10^-18) J

(B) (-2,18×10^-18+ 0,54×10^-18) J

(C) (-0,54×10^-18 + 2, 18×10^-18) J

(D) (0,54×10^-18 + 2,18×10^-18) J

Selecione a opção correta.

Resolução

Opção (B)

$\dpi{100} \fn_cm \Delta E = E_{1} -E_{2} = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{1^{2}} - (- \frac{2,18 \times 10^{-18}}{2^{2}})$ $\dpi{100} \fn_cm = - 2,18 \times 10^{-18} - 0,54 \times 10 \times 10^{-18}$

3. Admita que o eletrão está no primeiro estado excitado e que o átomo absorve a energia 4,09 x 10^-19J.

Determine para que nível de energia transita o eletrão.

Resolução

n = 2 → n = ?

E_absorvida= 4,09 x 10^-19

$\dpi{100} \fn_cm E_{n} = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{n^{2}} \Leftrightarrow -1,36 \times 10^{-19} = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{n^{2}}$ $\dpi{100} \fn_cm \Leftrightarrow n^{2} = \frac{-2,18 \times 10^{-18}}{-1,36 \times 10^{-19}} \Leftrightarrow n = \sqrt{16} \Leftrightarrow n = 4$

R: Transita do nível 2 para o nível 4

4. Selecione a opção que permite calcular a frequência, f, expressa em Hz (ou s^-1), de um fotão da radiação emitida quando um eletrão faz a transição indicada na figura pela letra E.

(A) $\dpi{100} \fn_cm f = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{6,6 \times 10^{-34}}(\frac{1}{9} - \frac{1}{25})$

(B) $\dpi{100} \fn_cm f = - \frac{6,6 \times 10^{-34}}{2,18 \times 10^{-18}}(\frac{1}{25} - \frac{1}{9})$

(C) $\dpi{100} \fn_cm f = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{6,6 \times 10^{-34}}(\frac{1}{25} - \frac{1}{9})$

(D) $\dpi{100} \fn_cm f = - \frac{2,18 \times 10^{-18}}{6,6 \times 10^{-34}}(\frac{1}{5} - \frac{1}{3})$

Resolução

Opção (C)

Letra E : n = 5 → n = 3

E = h x f

$\dpi{100} \fn_cm f = \frac{E}{h} = \frac{|-\frac{2,18 \times 10^{-18}}{3^{2}}- (\frac{2,18 \times 10^{18}}{5^{2}})|}{6,6 \times 10^{-34}} = \frac{|-2,18 \times 10^{-18} \times (\frac{1}{9} - \frac{1}{25})|}{6,6 \times 10^{-34}}$

5. Uma parte do espetro de emissão do átomo de hidrogénio está representada na figura.

Identifique a zona do espetro representada e estabeleça uma correlação entre as riscas observadas neste espetro e a parte que lhe corresponde no diagrama de energia do átomo de hidrogénio.

Resolução

A parte do espetro representada corresponde à zona do visível
Cada risca representa uma transição de um nível superior a 2 para o nível 2, corresponde à série de Balmer.
A transição B representada corresponde à transição de menor energia da zona do visível, ou seja, de maior comprimento de onda, 656 nm ( risca vermelha).

6. Calcule a energia de 2,0 mol de fotões correspondentes à risca indicada com a seta no espetro.

Apresente todas as etapas de resolução.

Resolução

λ = 656 nm = 656 x 10^-9m

E = N x E_fotão

$\dpi{100} \fn_cm E_{fotao} = h \times f = h \frac{c}{\lambda } = 6,6 \times 10^{-34} \frac{3,0 \times 10^{8}}{656 \times 10^{-9}} = 3,02 \times 10^{-19} J$
N = 2 x 6,02 x 10²³ = 1,204 x 10²⁴ fotões
E = 1,204 x 10²⁴ x 3,0 x 10^-19 = 3,612 x 10⁵ J

Grupo IV

A técnica da espetroscopia fotoeletrónica (PES), muito usada na área forense, permite determinar a energia necessária para remover um qualquer eletrão de um átomo. A figura seguinte representa um espetro simplificado obtido por PES, relativo a um determinado elemento químico.

1. Indique o valor da energia necessária para remover um eletrão localizado no primeiro nível energético. Apresente esse valor em J/e.

Resolução

$\dpi{100} \fn_cm E_{remocao} = 126 MJmol^{-1} = \frac{126 \times 10^{6}}{6,02 \times 10^{23}} = 2,093 \times 10^{-16} J/e$

2. Selecione a opção que corresponde ao(s) pico(s) de energia referente(s) aos eletrões de valência deste elemento químico.

(A) II

(B) IV

(C) I

(D) III e IV

Resolução

Opção (C)

3. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

A partir do espetro apresentado podemos afirmar que os eletrões do elemento químico em análise estão distribuídos. Por …

(A) … três níveis de energia.

(B) … quatro níveis de energia.

(C) … quatro subníveis de energia e dois níveis de energia .

(D) … três orbitais de forma esférica e uma orbital p.

Resolução

Opção (A)

4. Selecione a opção que justifica o facto dos picos III e IV possuírem a mesma altura.

(A) Referem-se a eletrões com a mesma energia de remoção.

(B) Correspondem a eletrões com a mesma energia .

(C) Correspondem ao mesmo número relativo de eletrões.

(D) Representam subníveis com a mesma energia.

Resolução

Opção (C)

5. Escreva a configuração eletrónica do elemento químico em causa.

Resolução

1s² 2s² 2p⁶ 3s²

6. Para responder ao item 5. foi necessário respeitar algumas regras e princípios.

Considere a seguinte configuração eletrónica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ 4s²

Podemos afirmar que:

I) Esta configuração não obedece ao Princípio da Construção.

II) Esta configuração não obedece à Regra de Hund.

III) O átomo a que se refere esta configuração possui 2 eletrões de valência.

Selecione a opção correta.

(A) As opções II) e III) são verdadeiras.

(B) Apenas a opção I) é verdadeira.

(C) As opões I) e III) são verdadeiras.

(D) Apenas a opção II) é verdadeira.

Resolução

Opção (B)

GRUPO V

O objetivo da atividade laboratorial “Volume e número de moléculas de uma gota de água” foi apresentado a um grupo de alunos por parte do professor, com intenção de os levar a apresentar um procedimento capaz de resolver o desafio proposto.

O grupo propôs o seguinte procedimento experimental:

1º Medir a massa do gobelé vazio usando uma balança digital.

2° Com a ajuda do funil, encher a bureta, com menor divisão da escala 0,1 mL, com água destilada até à marca.

3° Abrir cuidadosamente a torneira da bureta e deixar cair no gobelé 100 gotas de água destilada.

4° Medir o volume das 100 gotas de água, na bureta.

5º?

1. Descreva o quinto passo do procedimento.

Resolução

Medir a massa do conjunto gobelé e água

2. Em alternativa ao uso da bureta, os alunos poderiam ter usado uma proveta com a mesma capacidade para a medição do volume das gotas de água.

Das seguintes opções, selecione a afirmação correta.

(A) O uso da proveta permitiria uma medição sujeita a uma menor incerteza de leitura na medição da escala.

(B) A proveta permitiria uma medição mais rigorosa.

(C) O uso da proveta permitiria uma medição mais precisa.

(D) A proveta apresenta uma menor sensibilidade do que a bureta.

Resolução

Opção (D)

3. Na tabela seguinte encontram-se registados os valores obtidos pelos alunos após a realização desta atividade.

	Massa (g)	Volume (mL)
100 gotas de água	4,950	5,01

3.1. Indique o número de algarismos significativos:

3.1.1. do volume das 100 gotas de água;

3.1.2. da massa das 100 gotas de água.

Resolução

3.1.1 3 algarismos significativos

3.1.2 4 algarismos significativos

3.2. A incerteza associada ao instrumento de medição da massa pode ter sido:

(A) ± 0,001 g

(B) ± 0,001 kg

(C) ± 1×10^-2 g

(D) ± 1×10^-3 g

Selecione a opção correta.

Resolução

Opção (A)

3.3. A incerteza associada ao instrumento de medição do volume pode ter sido:

(A) ± 0,001 ml

(B) ± 0,05 ml

(C) ± 0,1 ml

(D) ± 0,5 ml

Selecione a opção correta.

Resolução

Opção (B)

3.4. Determine o volume e o número de moléculas de uma gota de água.

Resolução

V_{1 gota} = 5,01/100 = 0,0501 mL

m_{1 gota} = 4,950/100 = 0,04950 g

M(H₂O) = 18,02 gmol^-1

n = m/M = 0,04950/18,02 = 2,747 x 10³ mol

N = n x N_A = 2747 x 10^-3 x 6,02 x 10²³ = 1,654 x 10²¹ moléculas

3.5. Indique a ordem de grandeza do número de moléculas de uma gota de água.

Resolução

O.G. = 10²¹

3.6. Selecione os termos que permitem completar corretamente a frase seguinte.

A medição do volume das 100 gotas de água utilizando a bureta é uma medição _____ e a medição do número de moléculas das gotas de água é uma medição ____.

(A) indireta; indireta

(B) direta; direta

(C) indireta; direta

(D) direta; indireta

Resolução

Opção (D)

GRUPO VI

1. A Tabela Periódica corresponde a uma forma de organização dos elementos químicos de acordo com a periodicidade das suas propriedades físico-químicas, que reflete a periodicidade das suas configurações eletrónicas.

1.1. Considerando os elementos que constituem os três primeiros períodos da Tabela Periódica e tendo em conta as suas posições relativas nessa Tabela, classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

(A) O átomo de alumínio origina um ião tripositivo, Al³⁺, cuja configuração eletrónica é idêntica à do átomo de néon.

(B) O azoto forma com o hidrogénio um composto cujas moléculas têm geometria piramidal trigonal.

(C) O sódio é o elemento que apresenta o valor mais baixo de raio atómico.

(D) O sódio forma com o cloro um composto cujas ligações são covalentes.

(E) O flúor é, dos elementos do seu grupo, aquele que apresenta maior energia de ionização.

(F) O átomo de oxigénio origina um ião binegativo, O^2-, cuja configuração eletrónica é idêntica à do átomo de néon.

(G) O átomo de alumínio tem, no estado fundamental, a configuração eletrónica 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³.

(H) O carbono forma com o hidrogénio um composto cujas moléculas têm geometria tetraédrica.

Resolução

Verdadeiras – (A), (B), (E), (F), (H); Falsas – (C), (D), (G)

4.2. O gráfico da figura 3 representa a relação entre a energia de ionização e o número atómico dos elementos, ao longo do 2º Período da Tabela Periódica.

Justifique o facto de a energia de ionização apresentar uma tendência geral para aumentar ao longo do 2º Período da Tabela Periódica.

Resolução

A resposta deve contemplar os seguintes elementos:

A carga nuclear aumenta ao longo do 2.º período da Tabela Periódica, provocando uma diminuição do raio atómico .

A carga nuclear aumenta ao longo do 2.º período da Tabela Periódica, estando todos os electrões de valência no mesmo nível energético.

Como consequência, a força de atracção núcleo-electrão torna-se mais intensa, pelo que é mais difícil remover um dos electrões de valência .

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

Grupo	Item
Grupo	Cotação (em pontos)
I	1.	2.	3.1	3.2	3.3
I	5	5	5	5	8				28
II	1.	2.	3.
II	12	8	5						25
III	1.	2.	3.	4.	5.	6.
III	5	5	12	5	12	12			51
IV	1.	2.	3.	4.	5.	6.
IV	5	5	5	5	5	5			30
V	1.	2.	3.1	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6
V	5	5	5	5	5	12	4	5	46
VI	1.1	1.2
VI	10	10							20
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