Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 2.ª Fase - 2012

GRUPO I

Qualquer que seja a temperatura a que se encontre, um corpo emite sempre radiação eletromagnética, devido aos movimentos de agitação térmica das partículas que o constituem.

O espectro da radiação térmica emitida por um corpo é um espectro contínuo em que o comprimento de onda da radiação de máxima intensidade emitida depende da temperatura a que o corpo se encontra: à medida que a temperatura, T, do corpo aumenta, o comprimento de onda ao qual ocorre a emissão de radiação de máxima intensidade, lmáxima, diminui proporcionalmente.

A taxa temporal de emissão de energia de um corpo, sob a forma de radiação térmica, a partir da sua superfície, é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta da superfície do corpo, dependendo também da sua área superficial e de uma constante chamada emissividade.

Ao mesmo tempo que emite, um corpo também absorve radiação eletromagnética da sua vizinhança. Quando um corpo está em equilíbrio com a sua vizinhança, emite e absorve energia, como radiação, à mesma taxa temporal.

R. A. Serway, J. W. Jewett, Jr., Princípios de Física, vol. II, Pioneira Thomson Learning, 2004 (adaptado)

1. A Figura 1 apresenta uma parte do gráfico da intensidade da radiação emitida por um corpo, a uma determinada temperatura, em função do comprimento de onda. 

À temperatura considerada, o corpo emite 

(A) apenas radiação visível.

(B) radiação de máxima intensidade no visível.

(C) apenas radiação ultravioleta.

(D) radiação de máxima intensidade no ultravioleta. 

2. Traduza por uma expressão matemática a lei enunciada no final do segundo parágrafo do texto.

3. Qual é a unidade do Sistema Internacional em que se exprime a taxa temporal de emissão de energia de um corpo?

4. Se a temperatura absoluta da superfície de um corpo aumentar duas vezes, a taxa temporal de emissão de energia do corpo, sob a forma de radiação térmica, a partir da sua superfície, aumentará

(A) duas vezes.

(B) quatro vezes. 

(C) oito vezes.

(D) dezasseis vezes.

5. A Terra emite e absorve radiação a uma taxa temporal __________, pelo que a temperatura média da sua superfície __________.

(A) igual ... varia

(B) diferente ... varia

(C) igual ... não varia

(D) diferente ... não varia 

GRUPO II

A composição do gás natural depende, entre outros fatores, da localização do reservatório subterrâneo a partir do qual se faz a sua extração. No entanto, o gás natural é sempre maioritariamente constituído por metano, CH4(g), embora possa conter outros gases, como, por exemplo, metilbutano, dióxido de carbono, vapor de água e sulfureto de hidrogénio.

1. Considere que se extrai, de um determinado reservatório subterrâneo, gás natural contendo 70%, em volume, de metano.

Determine o número de moléculas de metano que existem numa amostra de 5,0 dm3 do gás natural, nas condições normais de pressão e de temperatura.

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Qual das fórmulas de estrutura seguintes pode representar a molécula de metilbutano? 

3. Explique porque é que a geometria da molécula de dióxido de carbono, CO2, é linear.

4. As moléculas de água, H2O, e de sulfureto de hidrogénio, H2S, apresentam geometria semelhante.

Preveja, justificando com base nas posições relativas dos elementos oxigénio e enxofre na tabela periódica, qual das ligações, H – O ou H – S, terá maior comprimento, na respetiva molécula. 

GRUPO III

O ácido sulfídrico, H2S(aq), é um ácido diprótico muito fraco, cuja ionização global em água ocorre em duas etapas sucessivas.

A primeira etapa da ionização ocorre em muito maior extensão do que a segunda e pode ser traduzida por

H2S (aq) + 2 H2O (l) S2- (aq) + 2 H3O+ (aq)

A constante de acidez do H2S(aq), definida para a reação anterior, é 1,32 × 10-7, a 25 oC.

1. Considere 250,0 cm3 de uma solução de ácido sulfídrico cujo pH, a 25 oC, é 3,94.

Determine a quantidade de ácido sulfídrico não ionizado que existe naquele volume de solução, considerando apenas a contribuição da reação acima indicada para a ionização do ácido em água. Apresente todas as etapas de resolução.

2. O ião sulfureto, S2-(aq), é a base conjugada da espécie HS-(aq) na reação que corresponde à segunda etapa da ionização do ácido sulfídrico em água.

A reação entre o ião S2-(aq) e a água pode ser traduzida por 

GRUPO IV

1. O etanol, C2H5OH (M = 46,08 g mol-1), pode reagir com o cloro, Cl2 (M = 70,90 g mol-1), formando-se um composto orgânico denominado cloral, CCl3CHO (M = 147,38 g mol-1), e cloreto de hidrogénio, HCl(g). A reação pode ser traduzida por

1.1.  Considere que se fez reagir 3,0 mol de etanol com 10,0 mol de cloro.

Identifique, justificando, o reagente limitante.

1.2.  Determine, numa outra situação, a massa de etanol que é necessário fazer reagir para se obter, na prática, 1,5 kg de cloral, admitindo que aquela reação apresenta um rendimento médio de 30%. 

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Considere a reação traduzida por

        Cl2 (g) + 2 Na (s) → 2 NaCl (s)

Nesta reação, o cloro atua como

(A) oxidante, oxidando-se

(B) oxidante, reduzindo-se

(C) redutor, reduzindo-se

(D) redutor, oxidando-se

3. Considere que a energia necessária para dissociar uma mole de moléculas de Cl2(g) é 242,7 kJ.
A variação de energia associada à formação de duas moles de átomos de cloro, em fase gasosa, a partir de uma mole de Cl2(g) é

(A) + (2 × 242,7) kJ

(B) - (2 × 242,7) kJ

(C) + 242,7 kJ

(D) - 242,7 kJ

4. Considere átomos de cloro no estado fundamental.

4.1. Num átomo de cloro, no estado fundamental, existem, no total,

(A) cinco eletrões de valência distribuídos por três orbitais. 

(B) cinco eletrões de valência distribuídos por duas orbitais. 

(C) sete eletrões de valência distribuídos por duas orbitais. 

(D) sete eletrões de valência distribuídos por quatro orbitais.

4.2. Uma das orbitais de valência mais energéticas de um átomo de cloro, no estado fundamental, pode ser caracterizada pelo conjunto de números quânticos

(A) (3, 1, 0) 

(B) (3, 0, 1) 

(C) (3, 0, 0) 

(D) (3, 1, 2)

4.3. Como se designa a energia mínima necessária para remover um eletrão de um átomo de cloro, isolado e em fase gasosa, no estado fundamental?

 

GRUPO V

Um pequeno objeto de papel, abandonado de uma certa altura, cai verticalmente até ao solo, segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Oy de um referencial unidimensional.

Admita que o objeto de papel pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). 

1. Considere, numa primeira situação, que o objeto de papel cai no ar.

Na Figura 2, está representado o gráfico da componente escalar, segundo o eixo Oy, da posição, y, do objeto de papel em função do tempo, t. Os dados registados foram adquiridos com um sensor de movimento. 

1.1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a distância percorrida pelo objeto de papel durante o intervalo de tempo em que os dados foram registados? 

1.2. Em qual dos esquemas seguintes estão corretamente representadas, para o intervalo de tempo [0,90; 1,30] s , as forças que atuam no objeto de papel?

1.3. Admita que a massa do objeto de papel é 0,23 g.

Calcule a energia dissipada pelo sistema objeto de papel + Terra no intervalo de tempo [0,90; 1,30] s. 

Apresente todas as etapas de resolução. 

2. Considere agora, numa segunda situação, que o objeto de papel, abandonado da mesma altura, tem um movimento de queda livre.

Admita que o eixo Oy do referencial tem origem no solo e sentido positivo de baixo para cima.

2.1. Apresente o esboço do gráfico da componente escalar, segundo o eixo Oy, da posição, y, do objeto de papel em função do tempo, t, desde o instante em que é abandonado até chegar ao solo.

2.2. A equação v(t) da componente escalar, segundo o eixo Oy, da velocidade, vy, do objeto de papel é

(A) vy=10t

(B) vy=-10t

(C) vy=1,20- 10

(D) vy=1,20+ 10t

2.3. Qual das expressões seguintes permite calcular o tempo, em segundos (s), que o objeto de papel demorará a chegar ao solo se a altura da qual é abandonado se reduzir a metade?

2.4. Admita que, em simultâneocom o objeto de papel, se abandona da mesma altura uma esfera metálica de maior massa.

Se o objeto de papel e a esfera metálica caírem livremente, a esfera chegará ao solo com velocidade de

(A) igual módulo e energia cinética maior. 

(B) igual módulo e energia cinética igual. 

(C) maior módulo e energia cinética igual. 

(D) maior módulo e energia cinética maior. 

GRUPO VI

Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos fez uma montagem semelhante à representada na Figura 3, na qual utilizou um osciloscópio, um gerador de sinais, um microfone, um altifalante com suporte e fios de ligação. 

Os alunos começaram por ligar o gerador de sinais ao osciloscópio para produzir um sinal elétrico que registaram no osciloscópio. Ligaram depois o altifalante ao gerador de sinais e o microfone ao osciloscópio, tendo o cuidado de alinhar sempre o altifalante e o microfone, no decorrer das experiências que realizaram.

O valor tabelado da velocidade de propagação do som no ar, nas condições em que foram realizadas as experiências, é 342,3 m s-1

1. Indique a razão pela qual os alunos ligaram o altifalante ao gerador de sinais e a razão pela qual ligaram o microfone ao osciloscópio. 

2. Os alunos mantiveram o altifalante e o microfone à mesma distância um do outro.

A Figura 4 representa o ecrã do osciloscópio onde estão registados os sinais obtidos no decorrer da experiência. 

2.1. Os sinais registados no ecrã do osciloscópio apresentam

(A) igual amplitude e igual frequência.

(B) igual amplitude e diferente frequência.

(C) diferente amplitude e diferente frequência. 

(D) diferente amplitude e igual frequência.

2.2. Quanto tempo demorou o sinal sonoro a percorrer a distância entre o altifalante e o microfone?

(A) 10 ms 

(B) 2 ms 

(C) 1 ms 

(D) 0,5 ms

3. Os alunos afastaram depois gradualmente o microfone do altifalante e mediram, para cada distância entre estes, o tempo que o sinal sonoro demorava a percorrer essa distância.

Os valores obtidos estão registados na tabela seguinte. 

Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propagação do som no ar.

Comece por obter o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, em metro por segundo (m s–1), a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica).

Apresente todas as etapas de resolução.

FIM 

 

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