Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: Época Especial - 2009

1. Leia o seguinte texto.

Um dia, os homens voltarão à Lua e, provavelmente, construirão aí uma base. Embora na Lua não haja atmosfera apreciável, nem água corrente, nem materiais orgânicos, ela possui, no entanto, alguns recursos que podem ser aproveitados para a sustentação da vida numa base lunar.

Entretanto, será necessário estudar a forma de manter uma base complexa a funcionar num ambiente hostil: a radiação ultravioleta proveniente do Sol incide livremente na superfície lunar, a amplitude térmica é elevadíssima (a temperatura, à superfície, chega a atingir 120 °C, durante o dia, descendo a - 130 °C, à noite) e o campo gravítico lunar é, aproximadamente, um sexto do campo gravítico terrestre (gL = 1/6 gT).

1.1. Indique o único facto referido no texto que justifica a elevada amplitude térmica observada na Lua.

1.2. Considere um mesmo objecto em queda livre vertical, a partir de posições à mesma altura em relação ao solo, em duas situações distintas: numa situação, próximo da superfície da Lua; e noutra, próximo da superfície da Terra.

Seleccione a única alternativa que relaciona correctamente o tempo de queda desse objecto, próximo da superfície terrestre, tTerra, com o tempo de queda, próximo da superfície da Lua, tLua.

1.3. Astronautas de diversas missões Apollo divertiram-se a atirar pequenos objectos, observando a sua trajectória no fraco campo gravítico lunar.

Admita que um desses astronautas lançou, horizontalmente, um pequeno objecto, de uma posição situada a uma altura de 1,40 m em relação ao solo lunar, com uma velocidade inicial de módulo 3,0 m s-1.

Na figura 1, está representada a trajectória desse objecto, assim como um referencial bidimensional, cuja origem se considera situar-se ao nível do solo.

1.3.1. Considere esse referencial e recorra, exclusivamente, às equações que traduzem o movimento, x (t) e y (t).

Determine a coordenada xP desse objecto quando este se encontra na posição P, situada a 1,20 m acima do solo.

Apresente todas as etapas de resolução.

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

A energia cinética com que o objecto chega ao solo da energia potencial gravítica inicial do sistema objecto + Lua e da energia cinética com que o objecto é lançado.

(A) depende … não depende

(B) depende … depende

(C) não depende … depende

(D) não depende … não depende

1.3.3. Em vez de lançar o objecto horizontalmente, o astronauta podia tê-lo lançado verticalmente para cima, a partir da mesma posição inicial.

Justifique a afirmação seguinte.

O trabalho realizado pelo peso do objecto, entre a posição de lançamento e o solo, é o mesmo nas duas situações (lançamento horizontal e lançamento vertical).

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

Um sinal electromagnético enviado da Lua quando esta se encontra a 3,84 x 108 m da Terra atinge o nosso planeta após um intervalo de tempo de…

(A) 0,00 s.

(B) 0,78 s.

(C) 1,28 s.

(D) 2,56 s.

2. A extremidade de uma mola é posta a oscilar horizontalmente, conforme representado na figura 2.

2.1. Indique, justificando, se a onda que se propaga na mola é transversal ou longitudinal.

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

Se o movimento da mão for mais rápido, …

(A) o período e a frequência da oscilação aumentam.

(B) o período e a frequência da oscilação diminuem.

(C) o período da oscilação aumenta, mas a frequência diminui.

(D) o período da oscilação diminui, mas a frequência aumenta.

2.3. Considere que o afastamento, y, de uma espira em relação à sua posição de equilíbrio é descrito pela função

y = 0,01 sin (3,3 ᴫ t),

na qual as diversas grandezas estão expressas nas respectivas unidades SI.

Seleccione a única alternativa que permite obter uma afirmação correcta.

Numa oscilação completa, a espira percorre uma distância de…

(A) 0,01 m.

(B) 0,02 m.

(C) 0,04 m.

(D) 3,3 m.

3. Para comparar o poder de absorção de energia, sob a forma de radiação, de superfícies diferentes, um grupo de alunos usou uma lâmpada de 100 W e duas latas idênticas, A e B, mas pintadas com tintas diferentes. Os alunos iluminaram as latas com a lâmpada e registaram a evolução da temperatura do ar contido em cada lata, até a temperatura estabilizar. Com os dados obtidos, construíram o gráfico representado na figura 3.

3.1. Analise a actividade laboratorial realizada pelos alunos, elaborando um texto no qual aborde os seguintes tópicos:

• justificação da utilização, na experiência, de uma lâmpada de potência elevada, em vez de uma lâmpada de baixa potência;

• identificação do material que os alunos tiveram de utilizar para medir os valores necessários à construção do gráfico representado na figura 3;

• discussão da necessidade de as condições iniciais da experiência serem, ou não, semelhantes para as duas latas.

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

A partir do instante t1 a temperatura do ar no interior da lata A mantém-se constante, porque…

(A) as taxas de absorção e de emissão de energia são nulas.

(B) o módulo da taxa de absorção de energia é superior ao módulo da taxa de emissão.

(C) o módulo da taxa de absorção de energia é inferior ao módulo da taxa de emissão.

(D) os módulos das taxas de absorção e de emissão de energia são iguais.

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

Com base nos resultados experimentais, conclui-se que a superfície da lata A…

(A) absorve melhor a radiação, enquanto a da lata B emite melhor a radiação.

(B) absorve melhor a radiação, enquanto a da lata B reflecte melhor a radiação.

(C) emite melhor a radiação, enquanto a da lata B absorve melhor a radiação.

(D) reflecte melhor a radiação, enquanto a da lata B absorve melhor a radiação.

4. A cafeína é um composto químico que se encontra, por exemplo, no café, no chocolate e em alguns refrigerantes.

4.1. Estudos realizados sobre os efeitos da cafeína na saúde dos seres humanos sugerem que, no caso de um adulto saudável, se a dose diária ingerida não ultrapassar 300 mg, o consumo daquele composto não apresenta, em geral, riscos.

Considere o caso de um adulto saudável que beba, diariamente, duas chávenas de café expresso, o que corresponde à ingestão de 60 mg de cafeína, e que consuma, também diariamente, um refrigerante cujo teor em cafeína seja igual a 138,2 mg dm-3.

Calcule o número de latas de 0,33 L desse refrigerante que poderão ser ingeridas por dia, para além dos dois cafés, sem que seja ultrapassado o limite diário acima referido.

Apresente todas as etapas de resolução.

4.2. A cafeína é um composto cujas unidades estruturais são constituídas por átomos de carbono, hidrogénio, azoto e oxigénio.

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

No estado de energia mínima, os átomos dos elementos carbono, azoto e oxigénio apresentam o mesmo número de…

(A) orbitais s e p totalmente preenchidas.

(B) orbitais p semipreenchidas.

(C) orbitais s totalmente preenchidas.

(D) orbitais p totalmente preenchidas.

4.2.2. Seleccione a única alternativa que refere um conjunto de números quânticos que pode caracterizar um dos electrões mais energéticos do átomo de oxigénio, no estado fundamental.

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

O carbono e o azoto são elementos que ocupam posições consecutivas no mesmo da Tabela Periódica, sendo de prever que a energia de ionização do carbono seja à energia de ionização do azoto.

(A) período … superior

(B) grupo … superior

(C) grupo … inferior

(D) período … inferior

4.2.4. Indique o valor da energia da radiação emitida na transição electrónica entre os níveis n = 3 e n = 2 do átomo de hidrogénio, com base nos valores de energia desses níveis, respectivamente - 0,24 x 10-18 J e 0,54 x 10-18 J.

5. Muitos dos refrigerantes que contêm cafeína são gaseificados por adição de CO2(g), sob pressão.

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

Na molécula de CO2, existem…

(A) duas ligações covalentes duplas.

(B) apenas dois pares de electrões não ligantes.

(C) apenas dois pares de electrões ligantes.

(D) duas ligações covalentes simples.

5.2. Qual é a geometria da molécula de CO2?

5.3. Sendo NA a Constante de Avogadro, considere que NA/2 moléculas de CO2(g) (M = 44,01 g mol-1) ocupam um volume igual a 12,2 dm3, à pressão de 1 atm e à temperatura de 25 °C.

Calcule a densidade do CO2(g), expressa em g dm-3, nessas condições de pressão e de temperatura.

Apresente todas as etapas de resolução.

5.4. O dióxido de carbono dissolve-se em água, formando ácido carbónico, H2CO3(aq) que é um ácido diprótico que, em solução aquosa, se encontra quase totalmente decomposto.

Seleccione a única alternativa que apresenta uma equação química que pode traduzir a reacção global de ionização do ácido carbónico, que existe como tal, em água.

5.5. A dureza total de uma água é um parâmetro normalmente relacionado com as concentrações dos iões cálcio, Ca2+, e dos iões magnésio, Mg2+, nela contidos.

Considere que a dissolução do carbonato de cálcio, CaCO3, por acção de uma água contendo CO2 dissolvido pode ser representada por:

CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)

Refira, justificando, com base na reacção acima representada, de que modo a presença de uma quantidade apreciável de CO2 dissolvido pode alterar a dureza da mesma água.

6. O nitrato de amónio, NH4NO3, é um fertilizante azotado, que é usado para obter melhores rendimentos na produção agrícola.

Aquele composto pode ser obtido através de uma reacção química representada por:

NH3(aq) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq)

6.1. A 20,0 mL de uma solução aquosa de ácido nítrico, HNO3(aq), de concentração 2,51 x 10-2 mol dm-3, adicionaram-se 20,0 mL de uma solução aquosa de amoníaco, NH3(aq), contendo 3,00 x 10-4 mol.

Calcule a concentração de nitrato de amónio na solução resultante, admitindo que a reacção acima representada é completa.

Apresente todas as etapas de resolução.

6.2. O ácido nítrico é um ácido torte, cujo valor de Ka é muito elevado.

Seleccione a única alternativa que refere o valor de pH da solução aquosa de ácido nítrico de concentração 2,51 x 10-2 mol dm-3.

(A) 1,30

(B) 1,60

(C) 5,02

(D) 3,30

6.3. Qual é o número da oxidação do azoto na molécula de HNO3?

6.4. O amoníaco, NH3, é uma base de Brönsted-Lowry mais forte do que a espécie NO3-.

Seleccione a única alternativa que corresponde a uma afirmação correcta, tendo em conta a informação acima dada.

(A) A espécie NH3 cede iões H+ com mais facilidade do que a espécie NH4+.

(B) A espécie NO3- aceita iões H+ com mais facilidade do que a espécie NH3.

(C) A espécie HNO3 cede iões H+ com mais facilidade do que a espécie NH4+.

(D) A espécie HNO3 aceita iões H+ com mais facilidade do que a espécie NO3-.

6.5. O nitrato de amónio, NH4NO3, é um sal que pode ser utilizado como primeiro socorro no tratamento de determinadas lesões, uma vez que é muito solúvel em água, sendo a sua dissolução um processo endotérmico.

Escreva a equação química que traduz a dissolução do nitrato de amónio em água, considerando que este sal se encontra totalmente dissociado em solução aquosa, e indique como variará a temperatura de uma amostra de água em que ocorra a dissolução desse sal.

FIM

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