Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 2.ª Fase - 2010

1. Leia o seguinte texto.

A vida dos organismos marinhos com concha enfrenta uma nova ameaça: o aumento do nível de dióxido de carbono (CO2) atmosférico.

Os oceanos absorvem naturalmente parte do COemitido para a atmosfera, dissolvendo-o nas suas águas. Uma vez em solução, o COreage, tornando a água do mar, actualmente a um pH de cerca de 8,1, menos alcalina. Como se continua a emitir enormes quantidades daquele gás, o impacto começa a notar-se – os cientistas mediram já um aumento de acidez de cerca de 30% na água do mar e prevêem um aumento de 100 a 150% até 2100.

O aumento de acidez é acompanhado por uma diminuição da concentração de iões carbonato em solução. Assim, muitos organismos marinhos, que dependem do carbonato da água do mar para construírem as suas conchas e outras componentes duras, perderão a capacidade de construir ou de manter essas estruturas vitais.

J.S. Holland, «A ameaça ácida», National Geographic Portugal, Novembro 2007 (adaptado)

 

1.1.  Refira, com base no texto, um factor que ameaça a vida dos organismos marinhos com concha e que é devido ao aumento da concentração de COdissolvido na água do mar.

        

1.2.  Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

Entendendo por acidez de uma solução a concentração hidrogeniónica ([H3O+]) total existente nessa solução, um aumento de acidez de cerca de 100% na água do mar, em relação ao valor actual, determinará um pH de cerca de...

(A) 4,1 

(B) 8,4 

(C) 16,2 

(D) 7,8

        

1.3. Considere que a densidade do CO2(g), à pressão de 1 atm e à temperatura de 25 oC, é igual a 1,80g dm–3.

Calcule o volume ocupado por NA/2 moléculas de CO2(g) nas condições de pressão e de temperatura referidas, sendo NA a constante de Avogadro. 

Apresente todas as etapas de resolução.

        

1.4. Seleccione a única opção que apresenta uma equação química que pode traduzir a reacção do dióxido de carbono com a água. 

        

1.5. O carbono, elemento presente nas moléculas de CO2 , dá uma grande de compostos compostos orgânicos, nos quais se incluem os hidrocarbonetos saturados, também designados por alcanos.

Seleccione a única opção que corresponde à representação correcta de uma molécula de propano. 

        

2. As conchas dos organismos marinhos são constituídas, maioritariamente, por carbonato de cálcio, CaCO3.

2.1. O carbonato de cálcio resulta de uma reacção de precipitação entre os iões cálcio (Ca2+) e os iões carbonato (CO32–) presentes na água. Entre o precipitado e os iões em solução estabelece-se um equilíbrio que é traduzido por:

Seleccione a única opção que apresenta o valor da solubilidade do carbonato de cálcio em água, à temperatura de 25 oC, sabendo que a constante de produto de solubilidade deste sal, à mesma temperatura, é 8,7 × 10–9.

(A) 4,4 × 10–9 mol dm–3 

(B) 1,7 × 10–8 mol dm–3 

(C) 7,6 × 10–17 mol dm–3 

(D) 9,3 × 10–5 mol dm–3

        

2.2.  O carbonato de cálcio dissolve-se em meio ácido, devido a uma reacção química que pode ser representada por:

CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) → Ca2+(aq) + 3 H2O(l) + CO2(g)

Considere que se quer fazer reagir um conjunto de conchas marinhas, exclusivamente constituídas por CaCO3 (M = 100,1 g mol–1), com 7,5 dm3 de uma solução aquosa de um ácido forte, cuja concentração hidrogeniónica é 0,80 mol dm–3.

Calcule a massa de conchas que é possível dissolver nas condições referidas. Apresente todas as etapas de resolução.

        

2.3.  Escreva a configuração electrónica do átomo de cálcio no estado fundamental.

        

2.4.  Justifique a afirmação seguinte, com base nas posições relativas dos elementos cálcio (Ca) e manganês (Mn), na Tabela Periódica.

O raio atómico do cálcio é superior ao raio atómico do manganês.

        

2.5.  Para comparar o poder redutor dos metais manganês (Mn), ferro (Fe), prata (Ag) e chumbo (Pb), adicionou-se um pequeno pedaço de cada um destes metais a várias soluções aquosas, cada uma contendo iões positivos de um desses mesmos metais, em concentrações semelhantes.

A tabela seguinte apresenta os resultados obtidos. 

Indique qual dos metais tem menor poder redutor. 

        

3. A água é a única substância que coexiste na Terra nas três fases (sólida, líquida e gasosa).

3.1. A Figura 1 representa o gráfico teórico que traduz o modo como varia a temperatura, θ, de uma amostra de água, inicialmente em fase sólida, em função da energia fornecida, E, à pressão de 1 atm. 

3.1.1. Indique, justificando com base no gráfico, em que fase (sólida ou líquida) a água apresenta maior capacidade térmica mássica.

        

3.1.2. A Figura 2 representa um gráfico que traduz o modo como variou a temperatura de uma amostra de  água, inicialmente em fase líquida,  em função do tempo de aquecimento, à pressão de 1 atm.

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

A amostra de água considerada ______________ impurezas, uma vez que a ebulição ocorre a uma temperatura, diferente de 100 oC, que ______________ constante ao longo do tempo.

(A) não contém ... não se mantém 

(B) contém ... não se mantém

(C) contém ... se mantém

(D) não contém ... se mantém

        

3.2. Identifique a propriedade física considerada quando se afirma que duas amostras de água com a mesma massa, uma na fase sólida e outra na fase líquida, têm volumes diferentes.

        

3.3. A tabela seguinte apresenta os valores da energia que foi necessário fornecer a diversas amostras de água na fase sólida, à temperatura de fusão e a pressão constante, para que elas fundissem completamente. 

O gráfico da energia fornecida às amostras de água, em função da massa dessas amostras, permite determinar a energia necessária à fusão de uma unidade de massa de água.

Obtenha o valor dessa energia, expresso em J kg–1, a partir da equação da recta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentado na tabela.

Utilize a calculadora gráfica.
Apresente o resultado com três algarismos significativos.

        

3.4. As paredes dos igloos, abrigos tradicionalmente usados pelos esquimós, são feitas de blocos de gelo ou de neve compacta.

Se, num igloo, o gelo fosse substituído por betão, a espessura da parede do igloo deveria ser maior, para que, considerando uma mesma diferença de temperatura entre as faces interior e exterior dessa parede, a energia transferida por unidade de tempo fosse a mesma.

Que conclusão se pode retirar da afirmação anterior?

        

3.5. A velocidade de propagação de uma radiação monocromática na água em fase líquida é cerca de 3/5 da velocidade de propagação dessa radiação no vácuo.

Seleccione a única opção que apresenta um valor aproximado do índice de refracção da água em fase líquida, para aquela radiação.

(A) 0,75 

(B) 1,33 

(C) 2,25 

(D) 1,20 

        

4. O amoníaco, NH3(g), obtém-se industrialmente através do processo de Haber, podendo a reacção de síntese ser representada por:

4.1.  Preveja,j ustificando, como varia a concentração de NH3(g) quando ocorre um aumento da temperatura do sistema inicialmente em equilíbrio.

        

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

Se a reacção de síntese do amoníaco ocorrer em sistema isolado, ____________ transferência de energia entre o sistema e o exterior, e a energia interna do sistema ____________.

(A) não há ... mantém-se 

(B) não há ... diminui

(C) há ... diminui

(D) há ... mantém-se

        

4.3. A tabela seguinte apresenta dois valores de energia média de ligação. 

Seleccione a única opção que apresenta a expressão que permite estimar a energia envolvida na quebra da ligação tripla (ENN) na molécula de azoto, expressa em kJ mol1.

(A) –3(436,4) – ENN + 6(393) = –92,6 

(B) +3(436,4) + ENN – 6(393) = –92,6 

(C) +3(436,4) + ENN – 2(393) = –92,6 

(D) –3(436,4) – ENN + 2(393) = –92,6

        

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

Na molécula de NH3, existem, no total, ____________ electrões de valência não ligantes e ____________ electrões de valência ligantes.

(A) três ... dois 

(B) dois ... seis 

(C) dois ... três 

(D) três ... seis 

        

5. As auto-estradas dispõem de diversos dispositivos de segurança, como os postos SOS e as escapatórias destinadas à imobilização de veículos com falhas no sistema de travagem.

Considere que, no item 5.1., o automóvel pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

5.1. Considere um automóvel que, devido a uma falha no sistema de travagem, entra numa escapatória com uma velocidade de módulo 25,0 m s–1.

Admita que a massa do conjunto automóvel + ocupantes é 1,20 × 103 kg .

5.1.1. A Figura 3 representa o percurso do automóvel na escapatória, imobilizando-se aquele a uma  altura de 4,8 m em relação à base da rampa, após ter percorrido 53,1 m. A figura não está à escala. 

Calcule a intensidade da resultante das forças não conservativas que actuam sobre o automóvel, no percurso considerado.

Admita que essas forças se mantêm constantes e que a sua resultante tem sentido contrário ao do movimento.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

5.1.2. Considere que o automóvel entra na escapatória, nas mesmas condições. Seleccione a única opção que permite obter uma afirmação correcta.

Se a intensidade das forças dissipativas que actuam sobre o automóvel fosse maior, verificar-se-ia que, desde o início da escapatória até ao ponto em que o automóvel se imobiliza, a variação da energia...

(A) potencial gravítica do sistema automóvel-Terra seria maior. 

(B) cinética do automóvel seria maior.

(C) potencial gravítica do sistema automóvel-Terra seria menor. 

(D) cinética do automóvel seria menor.

        

5.1.3. Suponha que a escapatória não tinha o perfil representado na Figura3 (situação A), mastinha o perfil representado na Figura 4 (situação B), e que o automóvel se imobilizava à mesma altura (4,8 m).

A figura não está à escala. 

Seleccione a única opção que compara correctamente o trabalho realizado pela força gravítica aplicada no automóvel, desde o início da escapatória até ao ponto em que o automóvel se imobiliza, na situação A, WA, e na situação B, WB.

(A) WA = W

(B) WA > W

(C) WA < W

(D) WA WB

        

5.2. Nas auto-estradas, os telefones dos postos SOS são alimentados com painéis fotovoltaicos. Considere um painel fotovoltaico, de área 0,50 m2 e de rendimento médio 10%, colocado num local onde a potência média da radiação solar incidente é 600 W m2.
Seleccione a única opção que permite calcular a potência útil desse painel, expressa em W. 

        

5.3. Em situações de emergência, os automobilistas podem usar a buzina para emitir um sinal sonoro que, ao propagar-se no ar, origina uma onda sonora.

Sabendo que uma onda sonora é uma onda mecânica longitudinal, descreva como ocorre a propagação de um sinal sonoro no ar. 

        

6. Para investigar se o valor da aceleração da gravidade depende da massa dos corpos em queda livre e da altura de queda, um grupo de alunos usou duas células fotoeléctricas, X e Y, ligadas a um cronómetro digital, e diversas esferas de um mesmo material, mas com diâmetros diferentes.

A Figura 5 representa um esquema da montagem utilizada. 

Os alunos começaram por medir, com uma craveira, o diâmetro, d, de cada uma das esferas. Realizaram, seguidamente, diversos ensaios, para determinarem:

– o tempo que cada esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, ∆tqueda ; – o tempo que cada esfera demora a passar em frente à célula Y, ∆tY.

Os alunos tiveram o cuidado de largar cada esfera sempre da mesma posição inicial, situada imediatamente acima da célula X, de modo a poderem considerar nula a velocidade com que a esfera passava nessa célula (vX = 0). 

6.1. Para uma dada esfera, os alunos obtiveram os valores mais prováveis do diâmetro, d, e do tempo de passagem da esfera pela célula Y, ∆tY :

d=2,860cm
• ∆tY =12,3×10–3 s

Os alunos usaram a expressão 

 (que se refere a um movimento rectilíneo uniforme) para ∆tY

calcular um valor aproximado da velocidade, vY, com que a esfera passa na célula Y.

6.1.1.  Explique por que é possível utilizar-se aquela expressão no cálculo do valor aproximado da velocidade vY.

        

6.1.2.  Os alunos obtiveram, em três ensaios consecutivos, os valores de tempo que a esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, ∆tqueda, apresentados na tabela seguinte. 

Calcule o valor experimental da aceleração da gravidade obtido pelos alunos a partir das medidas efectuadas.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

6.2. A tabela seguinte apresenta alguns dos valores experimentais da aceleração da gravidade, expressos em m s–2, obtidos pelos alunos, utilizando esferas de massas diferentes e alturas de queda diferentes. 

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

A partir dos resultados experimentais obtidos, podemos concluir que o valor da aceleração da gravidade ____________ da massa dos corpos em queda e que ____________ da altura de queda. 

A) depende ... depende

(B) depende ... não depende

(C) não depende ... depende

(D) não depende ... não depende

        

FIM

 

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