Prova Escrita de Física e Química A

10ºAno : Teste Intermédio - 30.05.2012

GRUPO I

O ozono, O3, encontra-se na estratosfera, formando a chamada camada de ozono, que se estende por vários quilómetros de altitude. Na estratosfera, a interação da radiação ultravioleta B (UV-B) com as moléculas de oxigénio dá origem à formação de radicais livres (átomos) de oxigénio. São estes radicais que, reagindo com outras moléculas de oxigénio, na estratosfera, produzem o ozono. Por seu lado, as moléculas de ozono também interagem com a radiação UV-B, na estratosfera, dissociando-se. Se não houvesse interferência de outras espécies químicas presentes na estratosfera, a concentração de ozono nesta camada da atmosfera permaneceria aproximadamente constante – a formação e a decomposição deste gás ocorreriam à mesma velocidade. No entanto, alguns radicais livres também presentes na estratosfera, nomeadamente os radicais livres (átomos) de cloro, reagem com o ozono, que passa a decompor-se a uma velocidade superior à velocidade a que se forma. Como resultado da ação destes radicais livres, ocorre, assim, uma diminuição da concentração de ozono na estratosfera, fenómeno que é habitualmente designado por «buraco do ozono».

Maria Teresa Escoval, A Ação da Química na Nossa Vida, Editorial Presença, 2010 (adaptado)

1. Escreva as equações químicas que traduzem as reações referidas no segundo parágrafo do texto.

2. A reação dos radicais livres de oxigénio com as moléculas de oxigénio, na estratosfera, envolve a libertação de cerca de 105 kJ por cada mole de moléculas de ozono que se formam.

A variação de energia, em joule (J), associada à formação de uma molécula de ozono, poderá ser traduzida pela expressão

3. Explique porque é que as moléculas de oxigénio e de ozono constituem filtros da radiação UV-B na estratosfera.

4. Os CFC (clorofluorocarbonetos) são compostos que, interagindo com a radiação UV-B, constituem a principal fonte de radicais livres de cloro na estratosfera.

Nas moléculas de CFC que chegam à estratosfera, verifica-se assim a quebra das ligações C–Cl, mais fracas, não ocorrendo, no entanto, a quebra das ligações C–F, mais fortes.

Indique o motivo que justifica que a quebra das ligações C–F não ocorra.

GRUPO II

Muitos dos CFC são derivados do metano, CH4, um hidrocarboneto saturado cujas moléculas são constituídas por átomos de carbono e de hidrogénio.

À temperatura e à pressão ambientes, o metano é um gás.

1. Determine a quantidade total, em mol, de átomos existente numa amostra de 20,0 g de metano, CH4(g).

Apresente todas as etapas de resolução.

2. As moléculas de metano apresentam geometria tetraédrica. Nestas moléculas,

(A) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, oito eletrões ligantes.

(B) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes.

(C) não existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, quatro eletrões ligantes.

(D) existem eletrões de valência não ligantes, e existem, no total, oito eletrões ligantes.

3. No átomo de carbono no estado fundamental, os eletrões de valência encontram-se distribuídos por

(A) uma orbital.

(B) duas orbitais.

(C) três orbitais.

(D) quatro orbitais.

4. Na Figura 1, está representado um diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogénio.

A Figura 2 representa parte do espectro de emissão do átomo de hidrogénio, na região do visível.

Calcule, para a transição eletrónica que origina a risca assinalada pela letra R na Figura 2, a energia do nível em que o eletrão se encontrava inicialmente.

Apresente todas as etapas de resolução.

GRUPO III

Com o objetivo de determinar experimentalmente a temperatura de fusão do naftaleno, alguns grupos de alunos efetuaram várias medições.

O valor tabelado da temperatura de fusão do naftaleno, nas condições em que foram realizadas as medições, é 80,0 ºC.

1. Depois de efetuadas as medições pelos grupos de alunos, a medida da temperatura de fusão do naftaleno, expressa em função do valor mais provável e da incerteza relativa, foi 81,1 ºC ± 1,1 %.

Determine o intervalo de valores no qual estará contido o valor experimental da temperatura de fusão do naftaleno.

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Dois grupos de alunos, Grupo 1 e Grupo 2, realizaram três ensaios, nas mesmas condições, nos quais mediram os valores de temperatura de fusão, θf, do naftaleno, que se encontram registados na tabela seguinte.

Pode concluir-se, a partir da informação dada, que os valores medidos pelo Grupo 1, comparados com os valores medidos pelo Grupo 2, são

(A) mais exatos e mais precisos.

(B) mais exatos e menos precisos.

(C) menos exatos e menos precisos.

(D) menos exatos e mais precisos.

3. Considere que se forneceu energia a uma amostra pura de naftaleno no estado sólido, inicialmente à temperatura ambiente, até esta fundir completamente.

Qual é o esboço do gráfico que pode representar a temperatura do naftaleno, em função do tempo, para a situação descrita?

GRUPO IV

1. Utilizou-se uma resistência de aquecimento de 200 W para aquecer uma amostra de 500 g de água, tendo a temperatura da amostra aumentado 27 ºC.

Considere que o rendimento do processo de aquecimento foi 70%.

Determine o intervalo de tempo que foi necessário para o aquecimento da amostra de água.

Apresente todas as etapas de resolução.

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

2. A água, colocada numa cafeteira, pode também ser aquecida num fogão a gás.

Identifique o principal processo de transferência de energia, como calor, que permite o aquecimento de toda a água contida na cafeteira e descreva o modo como essa transferência ocorre.

3. Quando se pretende manter a temperatura de uma amostra de água aproximadamente constante, pode utilizar-se uma garrafa térmica, tal como a representada na Figura 3.

Indique, justificando, duas características que a parede interior da garrafa térmica deve apresentar.

4. A capacidade térmica mássica do azeite é cerca de metade da capacidade térmica mássica da água.

Se for fornecida a mesma energia a uma amostra de 200 g de azeite e a uma amostra de 100 g de água, a variação de temperatura da amostra de azeite será, aproximadamente,

(A) igual à variação de temperatura da amostra de água.

(B) o dobro da variação de temperatura da amostra de água.

(C) metade da variação de temperatura da amostra de água.

(D) um quarto da variação de temperatura da amostra de água.

GRUPO V

A Figura 4 (que não está à escala) representa uma calha inclinada, montada sobre uma mesa.

Um pequeno paralelepípedo de madeira, de massa m, é abandonado na posição A, situada a uma altura h em relação ao tampo da mesa. O paralelepípedo percorre a distância d sobre a calha, chegando à posição B com velocidade de módulo vB. Em seguida, desliza sobre o tampo da mesa, entre as posições B e C, caindo depois para o solo.

Considere desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que o paralelepípedo pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica.

1. No deslocamento entre as posições A e B, o trabalho realizado pela força gravítica que atua no paralelepípedo pode ser calculado pela expressão

(A) W = m g d

(B) W = -m g d

(C) W = m g h

(D) W = -m g h

2. No deslocamento entre as posições A e B, a soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam no paralelepípedo pode ser calculada pela expressão

3. Apresente o esboço do gráfico que pode representar a energia mecânica, Em, do sistema paralelepípedo + Terra, em função do tempo, t, para o movimento do paralelepípedo desde a posição A até chegar ao solo.

4. Considere que a altura do tampo da mesa em relação ao solo é 80 cm e que o paralelepípedo chega ao solo com velocidade de módulo 4,5 ms-1.

Determine a altura h, representada na Figura 4, a que a posição A se encontra em relação ao tampo da mesa.

Apresente todas as etapas de resolução.

5. Se, em vez do paralelepípedo de madeira, se abandonasse na posição A um outro paralelepípedo do mesmo tamanho mas de maior massa, este chegaria ao solo com

(A) maior energia mecânica.

(B) maior velocidade.

(C) menor energia mecânica.

(D) menor velocidade.

FIM

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