Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: Época Especial - 2012

GRUPO I

A elevada acidez da água da chuva, registada em diversos locais da Terra, é atribuída à emissão para a atmosfera de dióxido de enxofre, SO2(g), e de óxidos de azoto. Existem várias fontes de SO2 atmosférico, entre as quais as erupções vulcânicas e a queima de combustíveis fósseis em diversas atividades humanas. Também a extração de alguns metais, a partir dos respetivos minérios, é uma importante fonte, de natureza antropogénica, de emissão daquele gás para a atmosfera. Por exemplo, a obtenção de zinco, a partir do sulfureto de zinco, ZnS(s), envolve, numa primeira fase, a reação deste composto com o oxigénio atmosférico.

Nesta reação, forma-se óxido de zinco, ZnO(s), e dióxido de enxofre, SO2(g). Estima-se que sejam libertados para a atmosfera cerca de 6 × 1010 kg de SO2(g) em cada ano.

Chang, R., Química, McGrawHill, 8.ª ed., 2005 (adaptado)

1. O número aproximado de moléculas de SO2(g) libertadas para a atmosfera, por ano, pode ser calculado pela expressão

  

2. Escreva a equação química que traduz a reação referida no segundo parágrafo do texto.

  

 

3. A reação do SO2(g) com o oxigénio na atmosfera pode ser traduzida por

2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)

3.1. Nesta reação, o número de oxidação do enxofre varia

(A) de +2 para +3

(B) de +4 para +6

(C) de - 4 para - 6

(D) de - 2 para - 3

  

 

3.2. Considere uma amostra de SO2 (g) com metade do volume de uma amostra de SO3(g), nas mesmas condições de pressão e de temperatura.

Comparando com a amostra de SO3 (g), a amostra de SO2 (g) contém

(A) o dobro do número total de átomos.

(B) metade do número total de átomos.

(C) o dobro do número de átomos de enxofre.

(D) um terço do número de átomos de oxigénio.

  

 

4. Os átomos de enxofre formam facilmente iões sulfureto.

Conclua, justificando com base na posição do elemento enxofre (S) na tabela periódica, qual será a carga desses iões.

  

 

5. Qual é a representação da molécula de oxigénio utilizando a notação de Lewis?

  

 

6. O número quântico secundário, l, é um dos números quânticos que caracterizam as orbitais atómicas.

Num átomo de oxigénio, no estado fundamental, os eletrões de valência encontram-se distribuídos apenas por orbitais com

(A) l = 0

(B) l = 1

(C) l = 0 e l = 1

(D) l = 0, l = 1 e l = - 1

  

 

7. Considere o período da tabela periódica onde se encontra o elemento oxigénio.

Qual é o elemento desse período cujos átomos, no estado fundamental, apresentam menor raio atómico?

  

 

GRUPO II

1. O hidróxido de sódio, NaOH, é uma base que, em solução aquosa, se encontra

(A) totalmente ionizada.

(B) parcialmente ionizada.

(C) parcialmente dissociada.

(D) totalmente dissociada.

  

 

2. Titulou-se uma solução contendo 0,328 g de um ácido monoprótico forte com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH (aq), de concentração 0,200 mol dm-3.

O volume de NaOH(aq) gasto até ao ponto de equivalência da titulação foi 16,40 cm3.

Determine a massa molar do ácido monoprótico em solução.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

3. Uma outra solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH (aq) (M = 40,00 g mol-1), contém 20%, em massa, de soluto. A densidade da solução é 1,219 g cm-3.

Determine a concentração, em mol dm-3, desta solução.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

GRUPO III

Um grupo de alunos sintetizou sulfato de tetra-aminocobre (II) mono-hidratado, [Cu(NH3)4]SO4 . H2O(s) (M = 245,8 g mol-1). Os alunos começaram por triturar e pesar 5,00 g de sulfato de cobre (II)

penta-hidratado, CuSO4 . 5H2O(s) (M = 249,7 g mol-1), que dissolveram completamente em cerca de 5cm3 de água. Adicionaram depois solução aquosa de amoníaco, NH3(aq), em excesso, à solução de sulfato de cobre.

A reação de síntese pode ser traduzida por

CuSO4 .5H2O (aq) + 4 NH3 (aq) → [Cu(NH3)4]SO4 . H2O(s) + 4 H2O(l)

1. A quantidade de amoníaco adicionada à solução de sulfato de cobre poderá ter sido

(A) 0,100 mol.

(B) 0,0800 mol.

(C) 0,0400 mol.

(D) 0,0200 mol.

  

 

2. Admita que os alunos obtiveram, na prática, uma massa de 2,60 g de [Cu(NH3)4]SO4 . H2O(s).

Determine o rendimento da reação de síntese.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

3. O rendimento da reação de síntese poderá depender

(A) das quantidades iniciais dos reagentes.

(B) do volume de água utilizado para dissolver completamente o sulfato de cobre.

(C) do volume de solução aquosa de amoníaco adicionado em excesso.

(D) da massa de cristais de sulfato de tetra-aminocobre perdida na filtração.

  

 

4. Na reação de síntese considerada, a precipitação dos cristais de [Cu(NH3)4]SO4 . H2O (s) é facilitada pela

(A) adição de uma solução de etanol.

(B) adição de mais água.

(C) filtração da solução a pressão reduzida.

(D) trituração inicial do sulfato de cobre.

  

 

GRUPO IV

1. A Figura 1 representa uma garrafa térmica, contendo 100 g de água. Quando se inverte a garrafa, pode considerar-se que a água cai 40 cm. Repetindo diversas vezes este procedimento, verifica-se um pequeno aumento da temperatura da água.

1.1. Identifique, para a situação descrita, o principal processo de transferência de energia para a água.

  

 

1.2. Determine o intervalo de tempo necessário para que a temperatura da água aumente 0,50 ºC, se a garrafa térmica for invertida cerca de 30 vezes por minuto.

Apresente todas as etapas de resolução.

c (capacidade térmica mássica da água) = 4,18 × 103 J kg–1 ºC–1

  

 

2. Introduziu-se a mesma massa de água em três latas idênticas, Q, R e S, pintadas com tintas diferentes.

As latas, devidamente fechadas com uma rolha atravessada por um termómetro, foram colocadas à mesma distância de uma lâmpada de 100W. Acendeu-se a lâmpada e mediu-se, para cada uma das latas, a temperatura da água nelas contida ao longo de um determinado intervalo de tempo.

A Figura 2 apresenta os esboços dos gráficos traçados a partir dos valores experimentais de temperatura em função do tempo, obtidos na experiência descrita.

2.1. Conclua, justificando, qual das latas terá uma superfície mais refletora.

  

 

2.2. A partir de um determinado instante, a temperatura da água contida na lata S manteve-se

aproximadamente constante, o que significa que

(A) as taxas temporais de emissão e de reflexão de energia da lata são iguais.

(B) a lata deixou de absorver energia do exterior.

(C) as taxas temporais de emissão e de absorção de energia da lata são iguais.

(D) a lata deixou de emitir energia para o exterior.

  

 

3. Considere diversas amostras puras de líquidos, todas inicialmente a 50 ºC, que sofrem um processo de arrefecimento até atingirem a temperatura ambiente.

A energia cedida por cada uma dessas amostras será tanto maior quanto

(A) menor for a massa da amostra e menor for a capacidade térmica mássica do líquido.

(B) maior for a massa da amostra e maior for a capacidade térmica mássica do líquido.

(C) maior for a massa da amostra e menor for a capacidade térmica mássica do líquido.

(D) menor for a massa da amostra e maior for a capacidade térmica mássica do líquido.

  

 

GRUPO V

A Figura 3 (que não está à escala) representa uma calha inclinada, montada sobre uma mesa.

Uma esfera de aço, de massa 30,0 g, é abandonada na posição A, situada a uma altura de 50,0 cm em relação ao tampo da mesa. Depois de percorrer a calha, a esfera move-se sobre o tampo da mesa, entre as posições B e C, caindo seguidamente para o solo.

Considere desprezável a força de resistência do ar e admita que a esfera pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

1. Admita que a energia dissipada é desprezável no trajeto entre as posições A e C e que a esfera atinge a posição C com velocidade de módulo vC.

Para que a esfera atinja a posição C com velocidade de módulo 2vC, deverá ser abandonada numa posição situada a uma altura, em relação ao tampo da mesa, de

(A) 100 cm.

(B) 140 cm.

(C) 200 cm.

(D) 280 cm.

  

 

2. Considere o trajeto da esfera entre a posição C e o solo e, nesse trajeto, as componentes escalares da posição da esfera, x e y, em relação ao referencial bidimensional xOy, representado na Figura 3.

Qual das opções seguintes apresenta os esboços dos gráficos da componente x e da componente y da posição da esfera, em função do tempo, t ?

  

 

3. Considere agora duas situações distintas.

– Situação I: a energia dissipada é desprezável no trajeto entre as posições A e C;

– Situação II: a energia dissipada não é desprezável no trajeto entre as posições A e C.

Conclua, justificando, em qual das situações (I ou II) será maior o alcance da esfera.

  

 

4. Calcule a energia dissipada no trajeto entre as posições A e C, se a esfera passar na posição C com velocidade de módulo 2,8 m s–1.

Apresente todas as etapas de resolução.

  

 

GRUPO VI

Na Figura 4, está esquematizado um automóvel que se move, com aceleração constante, segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional.

Na figura, estão ainda representados os vetores velocidade, v, e aceleração, a, num certo instante, t1.

1. Em que sentido se move o automóvel no instante considerado?

  

 

2. Considere o intervalo de tempo [t0, t1], sendo t0 um instante anterior a t1.

Conclua, justificando, como variou o módulo da velocidade do automóvel no intervalo de tempo considerado, admitindo que em t0 o automóvel se movia no mesmo sentido que em t1.

  

 

3. A comunicação entre o recetor GPS, com o qual o automóvel estava equipado, e os satélites do sistema GPS faz-se por meio de sinais eletromagnéticos, na gama das micro-ondas.

3.1. A radiação micro-ondas é utilizada na transmissão de sinais entre os satélites e os recetores do sistema GPS, dado que aquela radiação

(A) sofre reflexão apreciável na atmosfera.

(B) é muito absorvida pela atmosfera.

(C) se propaga na atmosfera praticamente em linha reta.

(D) sofre difração apreciável na atmosfera.

  

 

3.2. As ondas eletromagnéticas são ondas

(A) transversais que não se propagam no vazio.

(B) transversais que se propagam no vazio.

(C) longitudinais que se propagam no vazio.

(D) longitudinais que não se propagam no vazio.

  

 

4. O rádio do automóvel estava sintonizado para uma estação em frequência modulada (FM).

Na modulação FM, a frequência da onda

(A) portadora é superior à frequência do sinal a transportar.

(B) modulada é constante ao longo do tempo.

(C) portadora é variável ao longo do tempo.

(D) modulada é inferior à frequência do sinal a transportar.

  

FIM

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