Prova Escrita de Física e Química A

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO
Decreto-Lei n.º 74/2004, de 26 de Março
Prova Escrita de Física e Química A
10.º e 11.º Anos de Escolaridade
Prova 715/Época Especial
15 Páginas
Duração da Prova: 120 minutos. Tolerância: 30 minutos.
2011
Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta indelével, azul ou preta.
Pode utilizar régua, esquadro, transferidor e 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 itens, bem como as respectivas respostas. As
respostas ilegíveis ou que não possam ser identificadas são classificadas com zero pontos.
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 que identifica a única opção escolhida.
Nos itens de construção de cálculo, 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 no final do enunciado da prova.
A prova inclui uma Tabela de Constantes na página 2, um Formulário nas páginas 2 e 3, e uma
Tabela Periódica na página 4.
Prova 715 • Página 1/ 15
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 superfície da Terra
g = 10 m s-2
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
s = 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 = q + 273,15
T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin)
q – temperatura em grau Celsius
m
•• Densidade (massa volúmica)........................................................................................... r = —
V
m – massa
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
n
•• Concentração de solução . ............................................................................................... c = —
V
n – quantidade de soluto
V – volume de solução
•• Relação entre pH e concentração de H3O+........................................... .pH = -log
{[H3O+] / mol dm-3}
•• 1.ª Lei da Termodinâmica ................................................................................................ DU = W+Q +R
DU – variação da energia interna do sistema (também representada por DEi )
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
•• Lei de Stefan-Boltzmann .................................................................................................. P – potência total irradiada pela superfície de um corpo
e – emissividade da superfície do corpo
s – constante de Stefan-Boltzmann
A – área da superfície do corpo
T – temperatura absoluta da superfície do corpo
•• Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação
da sua temperatura ............................................................................................. m – massa do corpo
c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo
DT – variação da temperatura do corpo
•• Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma
de calor, por condução ........................................................................................ Q – e nergia transferida, sob a forma de calor, por condução,
através de uma barra, no intervalo de tempo Dt
k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra
A – área da secção da barra, perpendicular à direcção de transferência de energia
l – comprimento da barra
DT – diferença de temperatura entre as extremidades da barra
Prova 715 • Página 2/ 15
P = esAT 4
E = m c DT
Q
A
–— = k –— DT
Dt
l
®
•• Trabalho realizado por uma força constante, F , que actua
sobre um corpo em movimento rectilíneo................................................................... d – módulo do deslocamento do ponto de aplicação da força
a – ângulo definido pela força e pelo deslocamento
•• Energia cinética de translação . ...................................................................................... m – massa
v – módulo da velocidade
W = Fd cosa
1
Ec = — mv 2
2
•• Energia potencial gravítica em relação a um nível de referência .......................... m – massa
g – módulo da aceleração gravítica junto à superfície da Terra
h – altura em relação ao nível de referência considerado
Ep = m g h
•• Teorema da energia cinética............................................................................................ W – soma dos trabalhos realizados pelas forças que actuam num corpo,
num determinado intervalo de tempo
DEc – variação da energia cinética do centro de massa do corpo, no mesmo
intervalo de tempo
W = DEc
•• Lei da Gravitação Universal ............................................................................................ 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
•• 2.ª Lei de Newton................................................................................................................ ®
F – resultante das forças que actuam num corpo de massa m
®
a – aceleração do centro de massa do corpo
m1 m 2
Fg = G –—–—
r2
®
®
F = ma
1
•• Equações do movimento rectilíneo com aceleração constante............................... x = x0 + v0t + — at 2
2
x – valor (componente escalar) da posição
v – valor (componente escalar) da velocidade
v = v0 + at
a – valor (componente escalar) da aceleração
t – tempo
•• Equações do movimento circular com velocidade linear
v2
de módulo constante..................................................................................................... ac = —
r
ac – módulo da aceleração centrípeta
2pr
T
v – módulo da velocidade linear
v = ——
r – raio da trajectória
2p
T
T – período do movimento
w = ——
w – módulo da velocidade angular
v
•• Comprimento de onda . ................................................................................................ l = —
f
v – módulo da velocidade de propagação da onda
f – frequência do movimento ondulatório
•• Função que descreve um sinal harmónico ou sinusoidal .................................... y =A sin(wt)
A – amplitude do sinal
w – frequência angular
t – tempo
•• Fluxo magnético que atravessa uma superfície, de área A,
®
em que existe um campo magnético uniforme, B ............................................... Fm = B A cosa
a – ângulo entre a direcção do campo e a direcção perpendicular à superfície
|DFm|
•• Força electromotriz induzida numa espira metálica . ........................................... |ei| = —–—–
Dt
DFm – v ariação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada
pela espira, no intervalo de tempo Dt
•• Lei de Snell-Descartes para a refracção ................................................................... n1 sin a1 = n 2 sin a2
n1, n2 – índices de refracção dos meios 1 e 2, respectivamente
a1, a2 – â ngulos entre a direcção de propagação da onda e a normal
à superfície separadora no ponto de incidência, nos meios 1 e 2, respectivamente
Prova 715 • Página 3/ 15
Prova 715 • Página 4/ 15
Be
Li
21
[223]
[226]
88
Ra
87
137,33
Fr
132,91
56
Ba
55
87,62
Cs
85,47
[227]
232,04
231,04
91
90
Th
89
Ac
Pa
140,91
140,12
138,91
59
Pr
58
Ce
57
La
238,03
U
92
144,24
Nd
60
[266]
Sg
106
105
Db
183,84
W
74
95,94
Mo
42
52,00
Cr
24
6
180,95
Ta
73
92,91
Nb
41
50,94
V
23
5
[262]
Rf
104
178,49
Hf
72
91,22
Zr
40
47,87
Ti
22
4
Massa atómica relativa
Elemento
Número atómico
[261]
Actinídeos
89-103
Lantanídeos
57-71
88,91
Y
39
38
Sr
37
Rb
Sc
44,96
K
3
40,08
20
Ca
19
39,10
24,31
22,99
12
Mg
11
Na
9,01
4
3
6,94
2
1,01
H
1
1
[237]
Np
93
[145]
Pm
61
[264]
Bh
107
186,21
Re
75
97,91
Tc
43
54,94
Mn
25
7
[244]
Pu
94
150,36
Sm
62
[277]
Hs
108
190,23
Os
76
101,07
Ru
44
55,85
Fe
26
8
[243]
Am
95
151,96
Eu
63
[268]
Mt
109
192,22
Ir
77
102,91
Rh
45
58,93
Co
27
9
[247]
Cm
96
157,25
Gd
64
[271]
Ds
110
195,08
Pt
78
106,42
Pd
46
58,69
Ni
28
10
[247]
Bk
97
158,92
Tb
65
[272]
Rg
111
196,97
Au
79
107,87
Ag
47
63,55
Cu
29
11
TABELA PERIÓDICA
[251]
Cf
98
162,50
Dy
66
200,59
Hg
80
112,41
Cd
48
65,41
Zn
30
12
[252]
Es
99
164,93
Ho
67
204,38
T
81
114,82
49
In
69,72
Ga
31
26,98
A
13
10,81
B
5
13
[257]
Fm
100
167,26
Er
68
207,21
Pb
82
118,71
Sn
50
72,64
Ge
32
28,09
Si
14
12,01
C
6
14
[258]
Md
101
168,93
Tm
69
208,98
Bi
83
121,76
Sb
51
74,92
As
33
30,97
P
15
14,01
N
7
15
[259]
No
102
173,04
Yb
70
[208,98]
Po
84
127,60
Te
52
78,96
Se
34
32,07
S
16
16,00
O
8
16
Lr
[262]
103
174,98
Lu
71
[209,99]
At
85
126,90
I
53
79,90
Br
35
35,45
C
17
19,00
F
9
17
[222,02]
Rn
86
131,29
Xe
54
83,80
Kr
36
39,95
Ar
18
20,18
Ne
10
4,00
He
2
18
Para responder aos itens de escolha múltipla, seleccione a única opção (A, B, C ou D) que permite obter
uma afirmação correcta ou responder correctamente à questão colocada.
Se apresentar mais do que uma opção, a resposta será classificada com zero pontos, o mesmo acontecendo
se a letra transcrita for ilegível.
GRUPO I
O planeta Terra é um sistema aberto que recebe energia quase exclusivamente do Sol. A energia solar que
atinge o topo da atmosfera terrestre, por segundo e por unidade de área de superfície perpendicular à direcção
da radiação solar, é a chamada constante solar, cujo valor é cerca de 1367 W m-2. A potência total recebida
pela Terra, igual ao produto da constante solar pela área do disco correspondente ao hemisfério iluminado,
é 1,74 × 1017 W. Porém, cerca de 30% da energia solar é reflectida para o espaço exterior pela atmosfera,
pelas nuvens e pela superfície do planeta, absorvendo a Terra anualmente apenas cerca de 3,84 × 1024 J.
Esta energia acabará por ser devolvida ao espaço exterior, sob a forma de radiação infravermelha.
F. Duarte Santos, Que Futuro? Ciência, Tecnologia, Desenvolvimento
e Ambiente, Gradiva, 2007 (adaptado)
1.  De acordo com o texto, qual é o albedo médio da Terra?
2.  Verifique, a partir da informação fornecida no texto, que a energia solar absorvida anualmente pela Terra
é cerca de 3,84 × 1024 J.
Apresente todas as etapas de resolução.
3.  A troposfera é a camada da atmosfera mais próxima da superfície da Terra.
Dos gases presentes na troposfera, são determinantes para a regulação da temperatura na vizinhança da
superfície da Terra
(A) os gases que existem em maior percentagem.
(B) o ozono e o oxigénio.
(C) o ozono e o azoto.
(D) os gases com efeito de estufa.
Prova 715 • Página 5/ 15
GRUPO II
Utilizou-se um osciloscópio para medir a tensão nos terminais de uma lâmpada alimentada por uma fonte de
corrente alternada.
A Figura 1 representa o sinal obtido no osciloscópio, com a base de tempo regulada para 0,5 ms/divisão.
Figura 1
1.  Qual é o período do sinal obtido no osciloscópio?
(A) 0,5 ms
(B) 1,0 ms
(C) 1,5 ms
(D) 2,0 ms
2.  Qual será o valor lido num voltímetro ligado aos terminais da lâmpada se a tensão máxima do sinal,
medida com o osciloscópio, for 6,0 V?
(A) 6,0 V
2
V
6,0
(B) 
(C) 6,0 # 2 V
6,0
V
2
(D) 
3.  Movendo um íman no interior de uma bobina integrada num circuito eléctrico, pode induzir-se uma corrente
eléctrica no circuito.
Explique, com base na lei de Faraday, por que motivo o movimento do íman em relação à bobina induz
uma corrente eléctrica no circuito.
Prova 715 • Página 6/ 15
GRUPO III
Considere um carrinho que se move segundo uma trajectória rectilínea e horizontal, coincidente com o eixo
Ox de um referencial unidimensional.
1.  Na Figura 2, encontra-se representado o gráfico da componente escalar da posição, x , desse carrinho,
segundo esse eixo, em função do tempo, t , decorrido desde que se iniciou o estudo do movimento.
Admita que no intervalo de tempo [0,0 ; 2,0] s a curva representada é um ramo de parábola.
1.1.  Qual das seguintes figuras pode ser uma representação estroboscópica do movimento do carrinho no
intervalo de tempo [0,0 ; 2,0] s ?
Prova 715 • Página 7/ 15
1.2.  Qual dos esboços seguintes pode representar a componente escalar da aceleração, ax , do carrinho,
em função do tempo, t , no intervalo de tempo [0,0 ; 2,0] s ?
1.3.  Considere que no instante inicial o valor da velocidade do carrinho, de massa 400 g , é 3,0 m s-1.
Calcule a intensidade da resultante das forças não conservativas aplicadas no carrinho, no intervalo
de tempo [0,0 ; 2,0] s .
Admita que a resultante das forças não conservativas tem a direcção do movimento.
Apresente todas as etapas de resolução.
1.4.  No movimento considerado, o trabalho realizado pelo peso do carrinho é nulo, porque o peso
(A) tem direcção perpendicular ao deslocamento do carrinho.
(B) é uma força conservativa.
(C) é anulado pela força de reacção normal exercida pelo plano.
(D) tem intensidade constante.
Prova 715 • Página 8/ 15
2.  Considere que o carrinho se desloca, numa outra situação, a partir do repouso, entre duas posições P e Q,
®
por acção de uma força F , de intensidade constante.
Em qual dos esquemas seguintes se representa, para o deslocamento considerado, a situação na qual é
®
maior a energia transferida para o carrinho, por acção da força F ?
Prova 715 • Página 9/ 15
GRUPO IV
1.  O telescópio espacial Hubble descreve, em torno da Terra, uma órbita praticamente circular, com velocidade
de valor constante, v , a uma altitude de cerca de 5,9 × 102 km.
1.1.  Conclua, justificando, se a aceleração do telescópio Hubble é nula.
1.2.  Calcule o tempo que o telescópio Hubble demora a descrever uma órbita completa.
Considere v =
G mT
r órbita
Apresente todas as etapas de resolução.
m T (massa da Terra) = 5,98 × 1024 kg
r T (raio da Terra) = 6,4 × 103 km
2.  O ano-luz é uma unidade de
(A) distância.
(B) tempo.
(C) velocidade.
(D) luminosidade.
3.  As estrelas não apresentam todas a mesma cor.
A estrela Rigel é azul, enquanto a estrela Antares é vermelha, o que permite concluir que, das duas
estrelas, a estrela Rigel está
(A) a uma temperatura superior.
(B) a uma temperatura inferior.
(C) mais afastada da Terra.
(D) mais próxima da Terra.
Prova 715 • Página 10/ 15
4.  O hidrogénio é o elemento mais abundante no Universo.
A Figura 3 representa o diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogénio, no qual está assinalada
uma transição electrónica.
Figura 3
4.1.  A variação de energia associada à transição electrónica assinalada é
(A) -2,4 × 10-19 J
(B) -1,4 × 10-19 J
(C) -1,0 × 10-19 J
(D) -3,8 × 10-19 J
4.2.  Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços
seguintes.
A transição electrónica assinalada no diagrama representado na Figura 3 origina uma risca na região
do ____________ no espectro de ____________ do átomo de hidrogénio.
(A) infravermelho … absorção
(B) ultravioleta … emissão
(C) infravermelho … emissão
(D) ultravioleta … absorção
Prova 715 • Página 11/ 15
GRUPO V
1.  O ozono, O3(g), existente na estratosfera tem grande importância na preservação da vida na Terra.
1.1.  Qual é a radiação, nociva para os seres vivos, que é absorvida pelo ozono na estratosfera?
1.2.  A emissão para a atmosfera de alguns derivados halogenados dos alcanos tem contribuído para a
destruição da camada de ozono.
Qual é o nome do derivado halogenado a seguir representado, de acordo com a nomenclatura IUPAC?
(A) 1,3-dicloro-1,1-dimetilpropano
(B) 1,3-dicloro-3,3-dimetilpropano
(C) 1,3-dicloro-3-metilbutano
(D) 2,4-dicloro-2-metilbutano
1.3.  Em condições normais de pressão e de temperatura (PTN), o volume ocupado por 13 g de ozono é
(A) d
48,0
# 22, 4 n dm3
13
(B) e
13
# 22, 4 o dm3
48,0
(C) e
13
# 48,0 o dm3
22,4
(D) _13 # 22, 4 # 48,0 i dm3
2.  Num átomo de oxigénio, no estado fundamental, existem diversas orbitais preenchidas. Dessas orbitais,
apenas
(A) duas se encontram completamente preenchidas.
(B) duas de valência se encontram semipreenchidas.
(C) uma de valência se encontra completamente preenchida.
(D) uma se encontra semipreenchida.
Prova 715 • Página 12/ 15
GRUPO VI
Considere um recipiente de 1,0 L contendo inicialmente apenas cloreto de nitrosilo, NOCl(g). Este composto
sofre uma reacção de decomposição que pode ser traduzida por
2 NOCl(g)  2 NO(g) + Cl2(g)
DH ¹ 0
Após o estabelecimento de uma situação de equilíbrio, existiam no recipiente 1,8 mol de NOCl(g), 0,70 mol
de NO(g) e ainda uma certa quantidade de Cl2(g), à temperatura T.
1.  Determine a constante de equilíbrio da reacção de decomposição do NOCl(g), à temperatura T.
Apresente todas as etapas de resolução.
2.  Obtém-se um valor diferente da constante de equilíbrio, para a reacção considerada, partindo
(A) da mesma concentração inicial de NOCl(g), mas alterando a temperatura do sistema em equilíbrio.
(B) de uma concentração inicial diferente de NOCl(g), mas mantendo a temperatura do sistema em
equilíbrio.
(C) de concentrações iniciais diferentes de NO(g) e de Cl2(g), mas da mesma concentração inicial de
NOCl(g).
(D) de concentrações iniciais diferentes de NOCl(g), de NO(g) e de Cl2(g).
3.  Conclua, justificando, como deverá variar o rendimento da reacção de decomposição do NOCl(g) se
se aumentar a pressão do sistema, por diminuição do volume do recipiente, mantendo-se a temperatura
constante.
4.  Identifique o tipo de ligação que se estabelece entre os átomos de cloro na molécula Cl2 e refira o número
de pares de electrões de valência não ligantes que existem nesta molécula.
Prova 715 • Página 13/ 15
GRUPO VII
Com o objectivo de determinar a concentração de uma solução de hidróxido de sódio, NaOH(aq), um grupo
de alunos realizou uma actividade laboratorial.
Os alunos começaram por diluir a solução inicial de hidróxido de sódio cinco vezes. Em seguida, titularam
10,0 cm3 da solução diluída com uma solução padrão de ácido clorídrico, HCl(aq), de pH 0,60, tendo gasto
15,20 cm3 desta solução até ao ponto final da titulação, detectado com um indicador adequado.
1.  Refira o nome do instrumento de medida utilizado para medir com rigor o volume da solução de NaOH a
titular.
2.  A reacção que ocorre pode ser representada por
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
Determine a concentração da solução inicial de NaOH.
Apresente todas as etapas de resolução.
3.  Seleccione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes.
A escolha inadequada do indicador, que geralmente é adicionado à solução que se encontra ____________,
conduz a uma diminuição de ____________ na determinação da concentração do titulado.
(A) no erlenmeyer ... precisão
(B) no erlenmeyer ... exactidão
(C) na bureta ... precisão
(D) na bureta ... exactidão
4.  Suponha que, em vez de um indicador, os alunos utilizavam um sensor de pH, o que lhes permitiria obter
o gráfico do pH em função do volume de titulante (curva de titulação).
Apresente o esboço da curva de titulação que seria obtida pelos alunos, assinalando o pH no ponto de
equivalência.
FIM
Prova 715 • Página 14/ 15
COTAÇÕES
GRUPO I
1.............................................................................................................
5 pontos
2............................................................................................................. 10 pontos
3.............................................................................................................
5 pontos
20 pontos
GRUPO II
1.............................................................................................................
5 pontos
2.............................................................................................................
5 pontos
3............................................................................................................. 15 pontos
25 pontos
1.
GRUPO III
1.1. ...................................................................................................
5 pontos
1.2. ...................................................................................................
5 pontos
1.3. ................................................................................................... 10 pontos
1.4. ...................................................................................................
5 pontos
2.............................................................................................................
5 pontos
30 pontos
1.
GRUPO IV
1.1. ................................................................................................... 10 pontos
1.2. ................................................................................................... 10 pontos
2.............................................................................................................
5 pontos
3.............................................................................................................
5 pontos
4.
4.1. ...................................................................................................
5 pontos
4.2. ...................................................................................................
5 pontos
40 pontos
1.
GRUPO V
1.1. ...................................................................................................
1.2. ...................................................................................................
1.3. ...................................................................................................
2.............................................................................................................
5 pontos
5 pontos
5 pontos
5 pontos
20 pontos
GRUPO VI
1............................................................................................................. 10 pontos
2.............................................................................................................
5 pontos
3............................................................................................................. 10 pontos
4............................................................................................................. 10 pontos
35 pontos
GRUPO VII
1.............................................................................................................
5 pontos
2............................................................................................................. 15 pontos
3.............................................................................................................
5 pontos
4.............................................................................................................
5 pontos
30 pontos
TOTAL.......................................... 200 pontos
Prova 715 • Página 15/ 15