Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2009

1. Leia o seguinte texto.

As potencialidades da espectroscopia, como método de análise utilizado para detectar e identificar diferentes elementos químicos, foram descobertas no século XIX, e desenvolvidas depois por vários investigadores, nomeadamente por Gustav Kirchoff que, a partir de estudos iniciados em 1859, provou a existência do sódio na atmosfera solar.

Nas lâmpadas de vapor de sódio, muito usadas nos candeeiros de iluminação pública, ocorre emissão de luz de cor amarela. A corrente eléctrica, que passa através do vapor de sódio, faz deslocar os electrões dos átomos de sódio para níveis energéticos mais elevados. Quando aqueles electrões descem pela escada energética, ocorre a emissão de radiação de frequências bem definidas, originando, entre outras riscas em zonas diferenciadas do espectro electromagnético, duas riscas brilhantes na zona do amarelo, que são características do sódio, permitindo identificá-lo.

Cada elemento químico possui, de facto, o seu próprio padrão de riscas espectrais, que funciona como uma impressão digital. Não há dois elementos com o mesmo espectro, tal como não há duas pessoas com as mesmas impressões digitais.

Fazendo a análise espectral da luz que nos chega das estrelas, captada pelos telescópios, é possível determinar as suas composições químicas. Descobriu-se, assim, que os elementos constituintes das estrelas são os mesmos que existem na Terra.

John Gribbin, Um Guia de Ciência para quase toda a gente, Edições Século XXI, 2002 (adaptado) Máximo Ferreira e Guilherme de Almeida, Introdução à Astronomia e às Observações Astronómicas, Plátano Edições Técnicas, 6.a edição, 2001 (adaptado)

1.1.  Seleccione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação equivalente à expressão «(...) aqueles electrões descem pela escada energética (...)».

Aqueles electrões transitam de níveis energéticos _____ para níveis energéticos _____ , assumindo valores _____ de energia.

(A) inferiores ... superiores ... contínuos 

(B) superiores ... inferiores ... contínuos 

(C) inferiores ... superiores ... discretos 

(D) superiores ... inferiores ... discretos

        

1.2.  Indique, com base no texto, o que se deverá observar no espectro de absorção do sódio, na região do visível.

        

1.3.  Descreva como é possível tirar conclusões sobre a composição química das estrelas, a partir dos seus espectros, tendo em conta a informação dada no texto.

        

1.4. Seleccione a única alternativa que refere a substituição correcta de X, de modo que a equação seguinte represente uma reacção de fusão nuclear que ocorre nas estrelas. 

        

1.5. O sódio (Na) e o magnésio (Mg) são elementos consecutivos do 3.o Período da Tabela Periódica.

1.5.1.  Seleccione a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correcta.

A energia de ionização do magnésio é _____ à energia de ionização do sódio, uma vez que, dado o _____ da carga nuclear ao longo do período, o raio atómico tem tendência a _____ .

(A) superior ... aumento ... diminuir

(B) inferior ... decréscimo ... aumentar 

(C) superior ... decréscimo ... aumentar 

(D) inferior ... aumento ... diminuir

        

1.5.2.  Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

(A) orbitais completamente preenchidas. 

(B) protões nos respectivos núcleos.

(C) neutrões nos respectivos núcleos. 

(D) electrões em orbitais s. 

        

2. A luz proveniente das estrelas dispersa-se, ao entrar num prisma, devido ao facto de a velocidade de propagação da luz, no material constituinte do prisma, depender da frequência da radiação. Consequentemente, o índice de refracção da luz nesse material também irá depender da frequência da radiação.

2.1. O gráfico da figura 1 representa o índice de refracção da luz, n, num vidro do tipo BK7, em função do comprimento de onda, λ, da luz no vazio. 

Considere um feixe de luz monocromática, de comprimento de onda 560 × 10–9 m, no vazio, que incide sobre a superfície de um prisma de vidro BK7, de acordo com o representado na figura 2. 

Determine o ângulo de refracção correspondente a um ângulo de incidência de 50,0o

Apresente todas as etapas de resolução.

nar(índice de refracção da luz no ar) = 1,000

        

2.2. Indique, justificando, se uma radiação de comprimento de onda 560 × 10–9 m sofre difracção apreciável num obstáculo cujas dimensões sejam da ordem de grandeza de 1 m. 

        

3. Numa fotografia estroboscópica, as sucessivas posições de um objecto são registadas a intervalos de tempo iguais.

A figura 3 representa uma fotografia estroboscópica do movimento de uma bola de ténis, de massa 57,0 g, após ressaltar no solo.

P1, P2, P3, P4 e P5 representam posições sucessivas da bola. Na posição P3 , a bola de ténis encontra-se a 1,00 m do solo.

Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica e a resistência do ar desprezável.

Nas questões 3.1 a 3.3, seleccione a única alternativa que apresenta a resposta correcta.

3.1. Em qual das seguintes posições, a energia cinética da bola é maior? 

(A) P1

(B) P2 

(C) P3 

(D) P4

        

3.2. Qual é o esboço de gráfico que pode traduzir a relação entre a energia potencial gravítica do sistema bola + Terra, Ep, e a altura em relação ao solo, h, da bola, durante o seu movimento entre o solo e a posição P3

        

3.3. Qual é o diagrama em que a resultante das forças aplicadas na bola, FR, na posição P2, está representada correctamente? 

        

3.4. Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Admitindo que a posição P5 está a metade da altura de P3 , o trabalho realizado pela força gravítica entre as posições P3 e P5 é...

(A) 2,85 × 10–1

(B) –2,85 × 10–1

(C) 2,85 × 102

(D) –2,85 × 102 J

        

3.5.  Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta. A variação da energia cinética da bola, entre as posições P3 e P5 , é...

(A)  simétrica do trabalho realizado pelas forças conservativas, entre essas posições.

(B)  igual ao trabalho realizado pela força gravítica, entre essas posições.

(C)  simétrica da variação da energia mecânica, entre essas posições.

(D)  igual à variação da energia potencial gravítica, entre essas posições.

        

3.6.  Relacione a energia cinética da bola na posição P2 com a energia cinética da bola na posição P5, fundamentando a resposta.

              

4. Para investigar se um corpo se pode manter em movimento quando a resultante do sistema de forças que sobre ele actua é nula, um grupo de alunos fez a montagem representada na figura 4, utilizando material de atrito reduzido. 

Os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia.

Com os dados fornecidos pelo sensor S, obtiveram, num computador, o gráfico do valor da velocidade do carrinho, em função do tempo, representado na figura 5. 

4.1. Seleccione a única alternativa que refere o intervalo de tempo em que terá ocorrido o embate do corpo P com o solo.

(A) [0,1; 0,2] s 

(B) [0,7; 0,8] s 

(C) [1,1; 1,2] s 

(D) [1,6; 1,7] s 

        

4.2. Por que motivo «os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia»?

        

4.3. Analise os resultados obtidos pelos alunos, elaborando um texto no qual aborde os seguintes tópicos:

identificação das forças que actuaram sobre o carrinho, antes e depois do embate do corpo P com o solo;

identificação dos dois tipos de movimento do carrinho, ao longo do percurso considerado, explicitando os intervalos de tempo em que cada um deles ocorreu;

resposta ao problema proposto, fundamentada nos resultados da experiência. 

        

5. O metano, principal constituinte do gás natural, é um combustível muito utilizado. A combustão completa do metano, CH4 , pode ser representada por:

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) ∆H = –802 kJ mol–1

5.1. As curvas 1, 2, 3 e 4, esboçadas no gráfico da figura 6, podem representar a evolução, ao longo do tempo, das concentrações de reagentes e de produtos de uma reacção de combustão completa do metano, admitindo que esta ocorre em sistema fechado. 

Seleccione a única alternativa que identifica correctamente o reagente, ou o produto da reacção, que corresponde a cada uma das curvas.

        

5.2. Considere que foi utilizado metano para aquecer amostras de água.

5.2.1. Admita que, no processo de aquecimento de uma amostra de água, de massa 0,500 kg, o rendimento da transferência de energia para a água foi de 65,0%.

Calcule a variação de temperatura sofrida pela amostra de água, por cada 1,00 g de metano,

CH4 (M = 16,05 g mol–1), que sofreu combustão. Apresente todas as etapas de resolução.

cágua (capacidade térmica mássica da água) = 4,186 × 103 J kg–1 oC–1

        

5.2.2. Considere duas amostras de água, A e B, de massas respectivamente iguais a mA e a 2mA às quais foi fornecida a mesma quantidade de energia.

Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Sendo ∆TA e TB as variações de temperatura sofridas pelas amostras A e B, TB será igual a...

(A) 2 ∆TA

(B) ∆TA .

(C) -2∆TA .

( D ) -2 ∆TA .

        

5.3.  Seleccione a única alternativa que traduz como varia o número de oxidação do carbono, na transformação da espécie CH4 na espécie CO2

(A) De +4 para –4

(B) De –4 para +4 

(C) De +4 para +2 

(D) De –4 para –2

        

5.4.  O metano é um hidrocarboneto saturado, a partir do qual se formam, por substituição, vários compostos halogenados.

Qual é o nome do composto a seguir representado, de acordo com a nomenclatura IUPAC? 

        

6. O ácido acético, CH3COOH, apresenta um cheiro muito característico, sendo um componente dos vinagres. É também um ácido correntemente usado em laboratório.

6.1. A reacção de ionização do ácido acético em água é uma reacção incompleta, que pode ser representada por:

6.1.1.  Seleccione a única alternativa que identifica correctamente um par conjugado ácido-base, naquela reacção.

(A) H3O+(aq) e H2O(l)

(B) CH3COOH(aq) e H3O+(aq) 

(C) CH3COOH(aq) e H2O(l) 

(D) H2O(l) e CH3COO(aq)

        

6.1.2.  Dissolvendo 5,00 × 10–2 mol de ácido acético, em água, para um volume total de solução igual a 0,500 dm3, obtém-se uma solução cujo pH é igual a 2,88, a 25 oC.

Calcule a concentração de ácido acético não ionizado, na solução obtida. Apresente todas as etapas de resolução.

        

6.2. O grau de acidez de um vinagre é expresso em termos da massa de ácido acético, em gramas, existente em 100 cm3 desse vinagre.

Para determinar o grau de acidez de um vinagre comercial, começou por se diluir esse vinagre 10 vezes, obtendo-se um volume total de 100,0 cm3. Em seguida, fez-se a titulação da solução diluída de vinagre, com uma solução de hidróxido de sódio, NaOH, de concentração conhecida.

6.2.1. Seleccione a única alternativa que refere o material de laboratório necessário para efectuar, com rigor, a diluição acima referida.

(A) Proveta de 10,0 mL, pipeta de 100,0 mL, pompete.

(B) Balão volumétrico de 100,0 mL, pipeta de 10,0 mL, pompete. 

(C) Proveta de 100 mL, pipeta de 10,0 mL, pompete.

(D) Balão volumétrico de 10,0 mL, pipeta de 100,0 mL, pompete. 

        

6.2.2. Considere que o pH no ponto de equivalência da titulação da solução diluída de vinagre é igual a 8,8, a 25 oC.

Indique, justificando com base na informação contida na tabela seguinte, qual dos indicadores é adequado para assinalar o ponto de equivalência daquela titulação. 

        

6.2.3. Desprezando a contribuição de outros ácidos presentes no vinagre, a titulação efectuada permitiu determinar a concentração de ácido acético, CH3COOH (M = 60,06 g mol–1), na solução diluída de vinagre, tendo-se obtido o valor 7,8 × 10–2 mol dm–3.

Calcule o grau de acidez do vinagre comercial utilizado. Apresente todas as etapas de resolução.

        

FIM 

 

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