Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2007

 

 

1. Leia atentamente o seguinte texto.
 

Os cientistas não têm dúvidas: o Sol morrerá. Mas podemos estar descansados só daqui a cerca de cinco mil milhões de anos é que a nossa estrela se transformará numa imensa nebulosa planetária. Antes disso, irá expandir-se, com diminuição da temperatura da sua parte mais superficial, dando origem a uma gigante vermelha. Neste processo, a temperatura no interior da estrela aumentará de tal modo que permitirá que, a partir da fusão nuclear de átomos de hélio, se produza carbono e oxigénio. No final das suas vidas, as estrelas gigantes vermelhas tornam-se instáveis e ejectam as suas camadas exteriores de gás, formando então as chamadas nebulosas planetárias.
Visão, n.º 729, 2006, p.81 (adaptado)
 
1.1. Explique em que consiste uma reacção de fusão nuclear como a que é referida no texto.
 
            

 
1.2. A cor de uma estrela indica-nos a sua temperatura superficial, existindo uma relação de proporcionalidade inversa entre a temperatura de um corpo e o comprimento de onda para o qual esse corpo emite radiação de máxima intensidade.

Seleccione a opção que contém os termos que devem substituir as letras (a), (b) e (c), respectivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte.

Se, no espectro contínuo de uma estrela predominar a cor _____ (a) e, no espectro de uma outra estrela predominar a cor _____(b), então a primeira terá uma _____ (c) temperatura superficial.

 
(A) ... vermelha... azul... maior...
 
(B) ... amarela... vermelha... menor...
 
(C) ... azul... vermelha... maior...
 
(D) ... violeta... vermelha... menor...
 
       


 
2. A Terra possui uma atmosfera que é maioritariamente constituída por uma solução gasosa com vários componentes, como o dióxido de carbono e o vapor de água, que, embora não sendo predominantes, são cruciais para a existência de vida na Terra. No entanto, o aumento exagerado do teor de CO2 atmosférico, a destruição da camada de ozono e a qualidade da água que circula na atmosfera e cai sobre a superfície terrestre são problemas graves, interligados e resultantes, principalmente, da actividade humana.
 
2.1. O dióxido de carbono, CO2 ( M = 44,0 g mol-1), é o componente minoritário de maior concentração no ar atmosférico.
Considere V o volume de uma amostra de ar, m a massa de CO2 nela contida e Vm o volume molar de um gás.
Seleccione a alternativa que permite calcular a percentagem em volume de dióxido de carbono no ar atmosférico.

        
 
 
2.2. O problema da destruição da camada de ozono tem vindo a assumir cada vez maior relevância, tendo-se tornado um motivo de preocupação universal.
Descreva, num texto, como os CFC provocam a diminuição da camada de ozono, referindo as transformações químicas que ocorrem nesse processo.

 
        

 
2.3. As moléculas de água, H2O, e de dióxido de carbono, CO2, têm estruturas bem definidas, a que correspondem propriedades físicas e químicas distintas.

Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.
 
(A) Na molécula de CO2, existem quatro pares de electrões não ligantes.
 
(B) Na molécula de H2O, existem dois pares de electrões partilhados.
 
(C) As duas moléculas (H2O e CO2) apresentam geometria linear.
 
(D) Na molécula de H2O, existe um par de electrões não ligantes.
 
(E) Na molécula de CO2, as ligações carbono-oxigénio têm diferentes comprimentos.
 
(F) O ângulo de ligação, na molécula de H2O, é superior ao ângulo de ligação, na molécula de CO2.
 
(G) Na molécula de H2O, existem quatro electrões ligantes e quatro não ligantes.
 
(H) Na molécula de CO2, nem todos os electrões de valência são ligantes.
 
           
 

2.4. As moléculas de água e de dióxido de carbono são constituídas, no seu conjunto, por átomos de hidrogénio, carbono e oxigénio.

Seleccione a afirmação CORRECTA.

(A) Aconfiguração electrónica do átomo de oxigénio no estado de energia mínima é 1s22s22p6.
 
(B) O raio do átomo de oxigénio é superior ao raio do átomo de carbono.
 
(C) A primeira energia de ionização do oxigénio é superior à do carbono.
 

(D) O raio do átomo de oxigénio é superior ao raio do anião O2-.

       
 
 
2.5. No âmbito de um projecto sobre chuva ácida, foram medidos, a uma mesma temperatura, os valores de pH de duas amostras de água da chuva: uma amostra da água que pingava das agulhas de um pinheiro e outra, da água que escorria pelo tronco.

Os valores obtidos estão indicados na figura 1.

 

 

2.5.1. Com base na informação dada, seleccione a afirmação CORRECTA.

(A) A água da chuva recolhida junto às agulhas do pinheiro é mais ácida do que a água recolhida junto ao tronco.
 
(B) A água da chuva recolhida junto ao tronco do pinheiro tem menor valor de pOH do que a água recolhida junto às agulhas.
 
(C) A água da chuva recolhida junto ao tronco do pinheiro tem menor concentração de iões H3Odo que a água recolhida junto às agulhas.
 
(D) A água da chuva recolhida junto às agulhas do pinheiro e a água da chuva recolhida junto ao tronco apresentam igual valor de Kw.
 
        

 
2.5.2. Para confirmar o valor do pH da amostra de água da chuva recolhida junto ao tronco do pinheiro, titulou-se um volume de 100,0 mL daquela amostra com uma solução aquosa de concentração 0,005 mol dm–3 em hidróxido de sódio, NaOH(aq).

Calcule o volume de titulante que se gastaria até ao ponto de equivalência, admitindon que se confirmava o valor denpH da solução titulada.


Apresente todas as etapas de resolução.

         


 
2.5.3. Uma das substâncias que contribuem para aumentar a acidez da água das chuvas é o dióxido de enxofre, SO2, que, reagindo com o oxigénio atmosférico, se transforma em trióxido de enxofre, SO3
 
Além de se dissolver, este composto reage com a água que circula na atmosfera, formando soluções diluídas de ácido sulfúrico, o que constitui um dos processos de formação da «chuva ácida».

Seleccione a alternativa que traduz correctamente a variação do número de oxidação do enxofre (S) na referida reacção de formação do trióxido de enxofre.
 
(A) +2 para +6
 
(B) +3 para 0
 
(C) +4 para +6
 
(D) +6 para +3
 
       
 

3. Numa instalação solar de aquecimento de água, a energia da radiação solar absorvida na superfície das placas do colector é transferida sob a forma de calor, por meio de um fluido circulante, para a água contida num depósito, como se representa na figura 2.

A variação da temperatura da água no depósito resultará do balanço entre a energia absorvida e as perdas térmicas que ocorrerem.

3.1. Numa instalação solar de aquecimento de água para consumo doméstico, os colectores solares ocupam uma área total de 4,0 m2. Em condições atmosféricas adequadas, a radiação solar absorvida por estes colectores é, em média, 800 W / m2.
 
Considere um depósito, devidamente isolado, que contém 150 kg de água. Verifica-se que, ao fim de 12 horas, durante as quais não se retirou água para consumo, a temperatura da água do depósito aumentou 30 ºC. Calcule o rendimento associado a este sistema solar térmico. Apresente todas as etapas de resolução. c (capacidade térmica mássica da água) = 4,185 kJ kg–1ºC–1

          


3.2. Numa instalação solar térmica, as perdas de energia poderão ocorrer de três modos:
condução, convecção e radiação.

Explique em que consiste o mecanismo de perda de energia térmica por condução.
 
       

 
 
4. A queda de um corpo abandonado, próximo da superfície terrestre, foi um dos primeiros movimentos que os sábios da Antiguidade tentaram explicar.  
 
Mas só Galileu, já no séc. XVII, estudou experimentalmente o movimento de queda dos graves e o lançamento de projécteis.
 
Observe com atenção a figura 3, que mostra uma esfera a cair em duas situações:
 

Na situação I, a esfera, inicialmente em repouso, é 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.
 
Na situação II, a esfera é abandonada no ponto E, caindo na vertical da mesma altura,h.
 
Em qualquer das situações, considere o sistema de eixos de referência representado na figura, com origem no solo, desprezando o efeito da resistência do ar.
 
4.1. Considere a situação I representada na figura 3.
 
Determine a altura H, considerando que as distâncias BD e DC são iguais a 20,0 m.
 
Apresente todas as etapas de resolução.
 
       

 
4.2. Considere a situação II representada na figura 3.
 
4.2.1. Seleccione o gráfico que traduz correctamente a variação da energia potencial gravítica, Ep, da esfera, em função do tempo de queda, t, até atingir o solo.
 

 

         

4.2.2. Seleccione a alternativa que permite calcular o módulo da velocidade com que a esfera atinge o solo.
 

        

 

4.2.3. Seleccione a alternativa que apresenta os gráficos que traduzem correctamente a variação dos valores da velocidade, v, e da aceleração, a, em função do tempo, t, durante o movimento de queda da esfera.
 
 


        
 
 
4.3. Considere os tempos de permanência da esfera no ar, te t2, respectivamente nas situações I eII.
 
Seleccione a alternativa que estabelece a relação correcta entre esses tempos.
 


         

 
5. Nas comunicações a longas distâncias, a informação é transmitida através de radiações electromagnéticas que se propagam, no vazio, à velocidade da luz.
 
5.1. Um dos suportes mais eficientes na transmissão de informação a longas distâncias é constituído pelas fibras ópticas.
 
5.1.1. Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte.
 
O princípio de funcionamento das fibras ópticas baseia-se no fenómeno da...
 
(A) ... refracção da luz.
 
(B) ... reflexão parcial da luz.
 
(C) ... difracção da luz.
 
(D) ... reflexão total da luz.

 
         

 
5.1.2. Num determinado tipo de fibra óptica, o núcleo tem um índice de refracção de 1,53, e o revestimento possui um índice de refracção de 1,48.
 
Seleccione a alternativa que permite calcular o ângulo crítico, θc, para este tipo de fibra óptica.
 

     

 
5.2. As microondas constituem um tipo de radiação electromagnética muito utilizado nas telecomunicações.
 
Indique duas propriedades das microondas que justificam a utilização deste tipo de radiação nas comunicações via satélite.

 
     


6. O amoníaco, NH3, obtém-se industrialmente através do processo de Haber-Bosch, fazendo reagir, em condições apropriadas, hidrogénio e azoto gasosos. Este processo de formação do amoníaco ocorre em sistema fechado, em condições de pressão e temperatura constantes, na  presença de um catalisador, de acordo com o equilíbrio representado pela seguinte equação química:
 
 
6.1. O gráfico representado na figura 4 traduz a variação do valor da constante de equilíbrio,para aquela reacção, em função da temperatura, T, no intervalo de 700 K a 1000 K.
 

 
Com base na informação dada pelo gráfico, seleccione a afirmação CORRECTA.
 
(A) O aumento de temperatura favorece o consumo de H2(g) e N2(g).
 
(B) A diminuição de temperatura aumenta o rendimento da reacção.
 
(C) A constante de equilíbrio da reacção é inversamente proporcional à temperatura.
 
(D) A reacção evolui no sentido inverso se se diminuir a temperatura.

 
        
 

 

6.2. O sulfato de tetraminocobre(II) mono-hidratado, [Cu(NH3)4] SO4.H2O, (M= 245,6g mol–1), é um sal complexo, obtido a partir da reacção entre o sulfato de cobre(II) penta-hidratado, CuSO4.5H2O, e o amoníaco. 
 
Esta reacção é descrita pela seguinte equação química:

 

A 8,0 mL de uma solução aquosa de amoníaco de concentração 15,0 mol dm–3, adicionaram-se 0,02 mol de sulfato de cobre penta-hidratado.

Calcule a massa de sal complexo que se formaria, admitindo que a reacção é completa.
 
Apresente todas as etapas de resolução.
 
     
FIM

 

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