Prova Escrita de Física e Química A VERSÃO 1

Estudar nunca
foi tão fácil!
EXAME DE RESUMOS.TK
Autor: Francisco Cubal (Como representante de Resumos.tk)
Prova Escrita de Física e Química A
10.º e 11.º Anos de Escolaridade
Prova FQ11/1ªFase
13 Páginas
Duração da Prova: 120 minutos. Tolerância: 30 minutos
2010
VERSÃO 1
Na sua folha de respostas, indique de forma legível a versão da prova.
A ausência desta indicação implica a classificação com zero pontos das respostas aos itens de
escolha múltipla .
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Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével azul ou preta.
Pode utilizar a régua e a máquina de calcular gráfica.
Não é permitido o uso de corrector. Em caso de engano, deve riscar, de forma inequívoca, aquilo que pretende
que não seja classificado.
Escreva de forma legível a numeração dos grupos e/ou dos itens, bem como as respectivas respostas.
Para cada item, apresente apenas uma resposta. Se escrever mais do que uma resposta a um mesmo item,
apenas é classificada a resposta apresentada em primeiro lugar.
Para responder aos itens de escolha múltipla, escreva, na folha de respostas,
• o número do item;
• a letra identificativa da alternativa correcta.
Nos itens em que é solicitado o cálculo de uma grandeza, apresente todas as etapas de resolução,
explicitando todos os cálculos efectuados e apresentando todas as justificações e/ou conclusões solicitadas.
As cotações dos itens encontram-se na página 13.
A prova inclui um formulário, uma tabela de constantes e uma Tabela Periódica.
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TABELA DE CONSTANTES
Velocidade de propagação da luz no vácuo
c = 3,00 × 108 m s–1
Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à
g = 10 m s–2
superfície da Terra
Massa da Terra
M T = 5,98 × 1024 kg
Constante de Gravitação Universal
G = 6,67 × 10–11 N m2 kg–2
Constante de Avogadro
NA = 6,02 × 1023 mol–1
Constante de Stefan-Boltzmann
σ = 5,67 × 10–8 W m–2 K – 4
Produto iónico da água (a 25 °C)
Kw = 1,00 × 10–14
Volume molar de um gás (PTN)
Vm = 22,4 dm3 mol–1
FORMULÁRIO
• Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ........................
T = θ + 273,15
T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin)
θ – temperatura em grau Celsius
• Densidade (massa volúmica) ............................................................................
m – massa
m
ρ = –—
V
V – volume
• Efeito fotoeléctrico .............................................................................................
Erad = Erem + Ec
Erad – energia de um fotão da radiação incidente no metal
Erem – energia de remoção de um electrão do metal
Ec – energia cinética do electrão removido
• Concentração de solução ..................................................................................
n – quantidade de soluto
n
c = –—
V
V – volume de solução
• Concentração mássica de solução ..................................................................
m – massa de soluto
m
c m = –—
V
V – volume de solução
• Relação entre pH e concentração de H3O+ .....................................................….
pH = –log [H3O+] / mol dm–3
• 1.ª Lei da Termodinâmica .................................................................................
∆U = W + Q + R
Ö
×
∆U – variação da energia interna do sistema (também representada por ∆ Ei)
W – energia transferida entre o sistema e o exterior sob a forma de trabalho
Q – energia transferida entre o sistema e o exterior sob a forma de calor
R – energia transferida entre o sistema e o exterior sob a forma de radiação
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• Lei de Stefan-Boltzmann ..................................................................................... P = e σ AT
4
P — potência total irradiada por um corpo
e — emissividade
σ — constante de Stefan-Boltzmann
A — área da superfície do corpo
T — temperatura absoluta do corpo
• Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação
da sua temperatura ............................................................................................
E = m c ∆T
m — massa do corpo
c — capacidade térmica mássica do material de que é constituído
o corpo
∆T — variação da temperatura do corpo
• Taxa temporal de transmissão de energia como calor.............................
Q
A
–— = k –— ∆T
e
∆t
Q — energia transferida através de uma barra como calor,
no intervalo de tempo ∆t
k — condutividade térmica do material de que é constituída a barra
A — área da secção recta da barra
— comprimento da barra
∆T — diferença de temperatura entre as extremidades da barra
→
• Trabalho realizado por uma força constante, F , que actua
sobre um corpo em movimento rectilíneo .....................................................
W = F d cos α
d — módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força
α — ângulo definido pela força e pelo deslocamento
• Energia cinética de translação ..........................................................................
m — massa
1
Ec = –— m v 2
2
v — módulo da velocidade
• Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência ..........
Ep = m g h
m — massa
g — módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra
h — altura em relação ao nível de referência considerado
• Teorema da energia cinética..............................................................................
W = ∆ Ec
W — soma dos trabalhos realizados pelas forças que actuam num corpo,
num determinado intervalo de tempo
∆Ec — variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo
intervalo de tempo
m1 m2
• Lei da Gravitação Universal ............................................................................... Fg = G –—–—
r2
Fg — módulo da força gravítica exercida pela massa pontual m1 (m2)
na massa pontual m2 (m1)
G — constante de gravitação universal
r — distância entre as duas massas
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→
→
• 2.ª Lei de Newton .................................................................................................. F = m a
→
F — resultante das forças que actuam num corpo de massa m
→
a — aceleração do centro de massa do corpo
1
• Equações do movimento unidimensional com aceleração constante ....... x = x0 + v 0 t + – at 2
2
x — valor (componente escalar) da posição
v = v0 + a t
v — valor (componente escalar) da velocidade
a — valor (componente escalar) da aceleração
t — tempo
v2
• Equações do movimento circular com aceleração de módulo constante a c = –—
r
ac — módulo da aceleração centrípeta
2πr
v = ––—
T
v — módulo da velocidade linear
r — raio da trajectória
2π
ω = ––—
T
T — período do movimento
ω — módulo da velocidade angular
• Comprimento de onda ........................................................................................
v — módulo da velocidade de propagação da onda
v
λ = –—
f
f — frequência do movimento ondulatório
• Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal .........................
y =A sin (ω t )
A — amplitude do sinal
ω — frequência angular
t — tempo
• Fluxo magnético que atravessa uma superfície de área A em que existe um
→
campo magnético uniforme B ........................................................................
Φm = B A cos α
α – ângulo entre a direcção do campo e a direcção perpendicular à superfície
• Força electromotriz induzida numa espira metálica ................................
∆Φm — variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada
pela espira, no intervalo de tempo ∆t
|∆Φm|
|ε i | = –––——
∆t
• Lei de Snell-Descartes para a refracção ........................................................ n1 sin α1 = n2 sin α2
n1, n2 — índices de refracção dos meios 1 e 2, respectivamente
α1, α2 — ângulos entre as direcções de propagação da onda e da normal
à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2,
respectivamente
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TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUIMICOS
1
18
1
2
H
1,01
He
2
3
4
Li
Be
6,94
9,01
13
Nümero atômico
Elemento
Massa atômica relativa
14
15
16
17
4,00
5
6
7
8
9
10
B
C
N
O
F
Ne
10,81
12,01
14,01
16,00
19,00
20,18
11
12
13
14
15
16
17
18
Na
Mg
A
Si
P
S
C
Ar
22,99
24,31
26,98
28,09
30,97
32,07
35,45
39,95
3
4
5
6
7
8
1
11
12
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
39,10
40,08
44,96
47,87
50,94
52,00
54,94
55,85
58,93
58,69
63,55
65,41
69,72
72,64
74,92
78,96
79,90
83,80
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
85,47
87,62
88,91
91,22
92,91
95,94
97,91
101,07
102,91
106,42
107,87
112,41
114,82
118,71
121,76
127,60
126,90
131,29
55
56
Cs
Ba
132,91
137,33
87
88
Fr
Ra
[223]
[226]
57-71
Lantanideos
89-103
Actinideos
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
T
Pb
Bi
Po
At
Rn
178,49
180,95
183,84
186,21
190,23
192,22
195,08
196,97
200,59
204,38
207,21
208,98
[208,98]
[209,99]
[222,02]
104
105
106
107
108
109
110
111
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
[261]
[262]
[266]
[264]
[277]
[268]
[271]
[272]
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
138,91
140,12
140,91
144,24
[145]
150,36
151,96
157,25
158,92
162,50
164,93
167,26
168,93
173,04
174,98
103
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
[227]
232,04
231,04
238,03
[237]
[244]
[243]
[247]
[247]
[251]
[252]
[257]
[258]
[259]
[262]
1. Leia o seguinte texto.
A energia não se cria nem se destrói. Apenas se transforma de um tipo em outro, em quantidades iguais. A
energia mecânica total de um corpo é a soma das energias Cinética e Potencial (incluindo a energia potencial
gravitacional e a elástica).
Num sistema conservativo, a energia mecânica total permanecerá constante. Quando o trabalho das forças
dissipativas é resistente, há uma perda de energia mecânica. A única coisa que pode acontecer com a energia
de um sistema isolado é mudar de forma. Porque a energia é associada com massa na teoria da relatividade
de Einstein, a conservação de energia também implica a conservação de massa em sistemas isolados (isto é,
a massa de um sistema isolado não pode mudar, pois é impossível que energia entre ou deixe o sistema).
À perda de energia mecânica, que é irreversível, denomina-se dissipação. O trabalho realizado pelas forças
dissipativas mede a Energia Mecânica que se dissipa geralmente para a forma térmica e, mais raramente,
para outras formas.
1.1
Tendo em conta a frase “Num sistema conservativo, a energia mecânica total permanecerá
constante”, refira qual a lei da física que nela se encontra explicita e escreva a fórmula que a
representa.
1.2.
Admita que um carro sobe, a velocidade constante, uma rampa com uma inclinação de 5%.
Seleccione a única opção em que a resultante das forças aplicadas no carro,
, está indicada
correctamente.
1.3.
Admita que um carro de massa igual a uma tonelada, desce uma rampa sem atrito e sem resistência
do ar, com uma inclinação de 12% em duas situações:
50 m
Situação I
50 m
Situação II
Situação I: Encontra-se na posição A (à altura h do solo), inicialmente, e desce até à posição B,
momento em que a altura é nula e em que finaliza o movimento.
Situação II: Encontra-se na posição A (à altura 3h/4 do solo), inicialmente, e desce até à posição B,
momento em que a altura é nula e em que finaliza o movimento.
Determine a razão entre o trabalho realizado pelo peso na situação I e o trabalho realizado pelo peso
na situação II.
Apresente todas as etapas de resolução
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1.4.
Um carro encontra-se equipado com um motor eléctrico cuja potência útil,
movimento do seu centro de massa, é de
.
responsável pelo
Admita que a Figura 1 representa uma imagem estroboscópica do movimento desse carro, entre os
pontos A e B de uma superfície horizontal, em que as sucessivas posições estão registadas em
intervalos de tempo de
.
Figura 1
Calcule o trabalho realizado pelas forças dissipativas, entre as posições A e B.
Apresente todas as etapas de resolução.
2. O conhecimento de propriedades físicas, como a capacidade térmica mássica e a condutividade térmica, é
fundamental quando se analisam situações que envolvem transferências de energia sob a forma de calor.
Numa fábrica de automóveis, pretende-se escolher um material adequado ao fabrico de um modelo
automóvel que, quando fechado se encontra parado ao sol, permita aquecer, o mais lentamente possível,
o ar interior do carro.
2.1. Tendo em conta a situação descrita, seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.
Para fabricar esse modelo automóvel, deve escolher-se um material que tenha...
(A) ... elevada capacidade térmica mássica e elevada condutividade térmica.
(B) ... elevada capacidade térmica mássica e baixa condutividade térmica.
(C) ... baixa capacidade térmica mássica e elevada condutividade térmica.
(D) ... baixa capacidade térmica mássica e baixa condutividade térmica.
2.2. Para escolherem o material a utilizar, os investigadores realizaram vários ensaios, usando blocos de
diversos materiais, de massa 120 g, e uma fonte de aquecimento que fornecia, a cada um desses blocos,
em cada minuto.
O gráfico da Figura 2 representa o modo como variou a temperatura de um desses blocos, em função do
tempo de aquecimento.
Referindo o conceito de capacidade térmica mássica, indique qual a capacidade térmica mássica do
material constituinte desse bloco.
Figura 2
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2.3. Indique qual é o mecanismo de transferência de energia como calor que ocorre no interior do carro,
responsável pela elevação da temperatura do ar interior, e se este mecanismo pode ocorrer no satélite
natural do Planeta Terra, justificando.
3. Os painéis fotovoltaicos são utilizados para produzir energia eléctrica a partir da energia solar.
10
Suponha que a energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, é 1,10 × 10
–2
Jm .
Calcule a área de painéis fotovoltaicos necessária para um gasto diário médio de electricidade de 21,0 kW
h, se instalar na sua casa painéis com um rendimento de 25%.
Apresente todas as etapas de resolução.
4. Um grupo de alunos realizou uma actividade experimental.
Observe com atenção a Figura 3:
A esfera, inicialmente em repouso, foi colocada no ponto A, deslizando sem atrito sobre a calha, até ao
ponto B.
No ponto B, abandona a calha, descrevendo um arco de parábola até ao ponto C.
Para os cálculos os alunos consideraram o sistema de eixos de referência representado na figura, com
origem no solo, desprezando o efeito da resistência do ar.
Os alunos disseram: “ - Considerando que a distância BD é igual à distância DC, sendo cada uma igual a
80,00 cm a altura H será igual a um quarto da distância DC”.
Pergunta: “Estarão os alunos correctos?”
Responda à pergunta, apresentando todas as etapas de resolução.
5. Um projéctil foi lançado da posição O, numa direcção que faz um ângulo de
com a horizontal, a uma
velocidade de módulo , atingindo o solo no ponto P (Figura 4). Considere desprezável a resistência do
ar.
Seleccione o único gráfico que pode representar o módulo da aceleração, , do projéctil entre O e P, em
função do tempo decorrido desde o início do lançamento.
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6. O oxigénio (O) é um elemento químico essencial à vida, uma vez que faz parte do processo de respiração
celular da maioria dos seres vivos. O oxigénio molecular (O2) é um gás à temperatura e pressão
ambientes, sendo um dos componentes maioritários da atmosfera terrestre - o azoto molecular (N2) é o
componente maioritário da atmosfera da Terra.
6.1.
Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação verdadeira.
No átomo de oxigénio no estado fundamental, existem…
(A)
(B)
(C)
(D)
quatro electrões de valência, distribuídos por quatro orbitais
seis electrões de valência, distribuídos por duas orbitais
quatro electrões de valência, distribuídos por duas orbitais
seis electrões de valência, distribuídos por quatro orbitais
6.2. Justifique a afirmação seguinte, com base nas posições relativas dos elementos azoto (N) e oxigénio (O),
na Tabela Periódica.
“O raio atómico do azoto é superior ao raio atómico do oxigénio.”
6.3. Para além do oxigénio, o dióxido de carbono, o ozono e o azoto são moléculas importantes para a
existência de vida na Terra.
Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação verdadeira.
Relativamente a estas moléculas é correcto afirmar que…
(A) o comprimento da ligação N-N em N2 é maior do que o comprimento da ligação C-O em CO2.
(B) a energia da ligação C-O em CO2 é superior à energia de ligação O-O em O3.
(C) a molécula de azoto é mais estável que a molécula de ozono e esta mais estável que a de
oxigénio.
(D) as moléculas de azoto e ozono possuem uma ligação covalente tripla.
6.4. Indique a densidade do oxigénio (O2), nas condições PTN.
6.5. Represente a molécula de oxigénio (O2), utilizando a notação de Lewis.
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7. As estrelas são muitas vezes classificadas pela sua cor. O gráfico a seguir representa a intensidade da
radiação emitida por uma estrela, a determinada temperatura, em função do comprimento de onda da
radiação emitida.
7.1. Indique a cor da radiação visível emitida com maior intensidade pela estrela.
7.2. A radiação emitida por uma estrela também nos pode dar informação sobre a sua composição química.
Escreva um texto onde explique por que razão se pode concluir, por comparação do espectro solar com os
espectros de emissão do hidrogénio e do hélio, que estes elementos estão presentes na atmosfera solar.
8. O gráfico seguinte (Figura 5) traduz a variação das concentrações de tetróxido de diazoto, N2O4(g), e de
dióxido de azoto, NO2 (g), em função do tempo, a uma dada temperatura, para a reacção traduzida pela
equação química:
Um dos gases tem cor castanha e o outro é incolor. Verifica-se que a cor acastanhada da mistura
gasosa se torna mais intensa quando a temperatura do sistema aumenta.
Com base nas informações fornecidas, seleccione a única afirmação correcta.
(A)
(B)
(C)
(D)
A partir do instante t1, terminam as reacções no sentido directo e no sentido inverso.
Quando a temperatura do sistema aumenta, a concentração de N2O4(g) tende a aumentar.
De entre os dois gases, é o dióxido de azoto que tem cor castanha.
Qualquer que seja a temperatura, a concentração de NO 2(g) presente no equilíbrio é sempre dupla da
concentração de N2O4(g).
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9. Para confirmar o valor da concentração de uma solução aquosa de ácido clorídrico, HC l (aq),
, titula-se um volume V1 desta solução, gastando-se um volume V2 de uma solução aquosa
de hidróxido de sódio, NaOH (aq),
, até atingir o ponto de equivalência, a 25 ºC.
Seleccionam-se dois indicadores para usar nesta titulação: o azul de bromotimol e o azul de tornesol.
Seleccione a única afirmação correcta.
(A)
(B)
(C)
(D)
Nesta titulação, usam-se um ácido forte e uma base fraca.
Nesta titulação,
No ponto de equivalência,
.
De entre os indicadores seleccionados, apenas o azul de tornesol pode ser usado.
10. A água consegue dissolver, em extensão apreciável, um elevado número de substâncias. O cloreto de
sódio, NaCl, é exemplo de uma substância muito solúvel em água.
Considerando que a solubilidade do NaCl em água, a 25 ºC, é igual a 36,0 g NaCl/100 g H2O, seleccione
a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respectivamente, de modo a tornar
verdadeira a afirmação seguinte.
Adicionando 115,0 g de NaCl (s) a 320 g de água, a 25 ºC, obtém-se uma solução __(_a_)__ naquele
composto, __(_b_)__ sólido depositado no fundo do recipiente.
(A)
(B)
(C)
(D)
saturada … sem
insaturada … com
saturada … com
insaturada … sem
2
3
11. À temperatura de 25 ºC, uma solução aquosa de nitrato de cálcio, Ca(NO 3) (aq), de volume 200 cm , tem
2+(
–4
–3
uma concentração de Ca aq) igual a 2,0 × 10 mol dm .
Adicionam-se a esta solução, sem variação de temperatura, pequenas quantidades de carbonato de sódio,
Na2CO3, sólido, não ocorrendo variação apreciável de volume.
11.1.
Escreva a equação química que traduz a dissolução do carbonato de cálcio em água.
11.2. Determine a partir de que massa de carbonato de sódio adicionado começa a precipitação do
carbonato de cálcio.
Apresente todas as etapas de resolução.
FIM
Prova FQ11.V1 • Página 12/ 13
COTAÇÕES
1.
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………......
10 pontos
5 pontos
20 pontos
10 pontos
2.1.
2.2.
2.3.
………………………………………………………………………………...............
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
10 pontos
10 pontos
3.
………………………………………………………………………………………….
20 pontos
4.
………………………………………………………………………………………….
20 pontos
5.
…………………………………………………………………………………………
5 pontos
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
10 pontos
5 pontos
5 pontos
5 pontos
7.1.
7.2.
………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
10 pontos
8.
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
9.
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
10.
………………………………………………………………………………………….
5 pontos
11.1. ………………………………………………………………………………………….
11.2. ………………………………………………………………………………………….
5 pontos
20 pontos
TOTAL …………….
200 pontos
2.
6.
7.
11.
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PROVA FQ11