Prova Escrita de Física e Química A

11ºAno : Teste Intermédio - 27.04.2012

GRUPO I

A atmosfera terrestre é uma faixa gasosa que cobre a superfície da Terra, sendo retida pela atração gravítica exercida pelo planeta. Na atmosfera, a densidade e a pressão decrescem exponencialmente com a altitude. A temperatura apresenta, no entanto, uma variação mais complexa, decrescendo com o aumento da altitude em algumas camadas da atmosfera e aumentando noutras. O ar que constitui a camada mais baixa da atmosfera, a troposfera, é uma mistura de gases composta essencialmente por cerca de 78%, em volume, de azoto e 21%, em volume, de oxigénio. Os restantes gases – árgon, vapor de água, dióxido de carbono, néon, etc. – existem em percentagens relativamente baixas, embora alguns deles sejam muito importantes para a vida na Terra.

F. Duarte Santos, Que Futuro? Ciência, Tecnologia, Desenvolvimento e Ambiente, Gradiva, 2007 (adaptado)

1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a densidade da atmosfera terrestre em função da altitude?

2. O número de moléculas de oxigénio que existem em 100 dm3 de ar, na troposfera, em condições normais de pressão e de temperatura, pode ser calculado através da expressão

GRUPO II

1. Uma das reações envolvidas na preparação do ácido sulfúrico, H2SO4 (aq), é a reação do dióxido de enxofre, SO2 (g), com o oxigénio, O2 (g), na presença de um catalisador, formando-se trióxido de enxofre, SO3 (g).

1.1. Escreva a equação química que traduz aquela reação (considere que a reação é reversível).

1.2. A reação de formação do SO3 (g) é exotérmica.

Conclua, justificando, qual é o efeito, na concentração de SO3 (g), do aumento da temperatura do sistema em equilíbrio, admitindo que a pressão se mantém constante.

1.3. A reação de formação do SO3 (g) dá-se na presença de um catalisador cujo papel consiste em

(A) aumentar a quantidade de produto obtida.

(B) aumentar a rapidez das reações direta e inversa.

(C) tornar a reação completa.

(D) tornar a reação mais extensa.

2. A última fase da preparação do ácido sulfúrico consiste em fazer reagir o SO3 (g) com vapor de água, obtendo-se uma solução concentrada de ácido sulfúrico. Considere que a concentração desta solução é 18,3 mol dm–3.

Determine o volume de solução concentrada que teria de ser utilizado para preparar 250,0 cm3 de uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,50 mol dm–3.

Apresente todas as etapas de resolução.

GRUPO III

1. O ácido sulfúrico, H2SO4 (aq), é um ácido diprótico que se ioniza em água em duas etapas sucessivas, traduzidas por

H2SO4 (aq) + H2O (l) ⇋ HSO4 (aq) + H3O+ (aq)

HSO4 (aq) + H2O (l) ⇋ SO42– (aq) + H3O+(aq)

Na primeira etapa de ionização, o H2SO4(aq) comporta-se como um ácido forte, podendo considerar-se a sua ionização completa. Na segunda etapa, a espécie HSO4 (aq) comporta-se como um ácido fraco.

1.1. Identifique um par conjugado de ácido-base nas reações acima representadas.

1.2. O pH de uma solução aquosa de ácido sulfúrico é determinado pela concentração hidrogeniónica total, que depende da contribuição das duas etapas de ionização – a concentração hidrogeniónica resultante da segunda etapa é adicionada à concentração resultante da primeira.

Considere uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,010 mol dm–3 na qual a concentração de equilíbrio final da espécie HSO4 (aq) é 3,5 × 10–3 mol dm–3.Determine o pH da solução aquosa de ácido sulfúrico, a 25 ºC.

Apresente todas as etapas de resolução.

2. As moléculas de ácido sulfúrico são constituídas por átomos de hidrogénio, de enxofre e de oxigénio.

2.1. Os eletrões de valência dos átomos de oxigénio e de enxofre, no estado fundamental, distribuem-se

(A) apenas por orbitais com l = 1.

(B) pelo mesmo número de orbitais.

(C) por orbitais com o mesmo número quântico principal.

(D) por orbitais com l = 1 e com l = 2.

2.2. Considere o período da tabela periódica onde se encontra o elemento enxofre.

Qual é o elemento desse período cujos átomos, no estado fundamental, apresentam maior energia de ionização?

GRUPO IV

1. A condutividade térmica de um metal A é cerca do dobro da condutividade térmica de um metal B.

Admita que uma barra do metal A e uma barra do metal B têm igual comprimento e igual área de secção reta. A barra do metal A é sujeita a uma taxa temporal de transferência de energia como calor que é o dobro da taxa a que é sujeita a barra do metal B.

Comparando a diferença de temperatura registada entre as extremidades da barra do metal A, ∆TA, e a diferença de temperatura registada entre as extremidades da barra do metal B, ∆TB, num mesmo intervalo de tempo, será de prever que

(A) ∆TA = 2 ∆TB

(B) ∆TA = 1/4 ∆TB

(C) ∆TA = ∆TB

(D) ∆TA = 4 ∆TB

  

2. Considere uma amostra de um metal que se encontra à temperatura de fusão desse metal e a pressão constante.

Se se pretender calcular a energia necessária para fundir completamente a amostra, as grandezas que devem ser conhecidas são

(A) a temperatura de fusão do metal e a capacidade térmica mássica do metal.

(B) a temperatura de fusão do metal e a variação de entalpia (ou calor) de fusão do metal.

(C) a massa da amostra e a temperatura de fusão do metal.

(D) a massa da amostra e a variação de entalpia (ou calor) de fusão do metal.

GRUPO V

Uma bola é abandonada de uma altura, h, em relação ao solo.

Na Figura 1, desenhada à escala, estão representadas a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o primeiro ressalto, hA, e a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o segundo ressalto, hB.

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

1. Considere a escala representada na figura e admita que a percentagem de energia dissipada é a mesma em cada ressalto.

Determine a altura, h, da qual a bola foi abandonada.

Apresente todas as etapas de resolução.

2. Explique porque é que a altura máxima atingida pela bola após cada ressalto é sucessivamente menor.

GRUPO VI

A Figura 2 (que não está à escala) representa uma calha inclinada, montada sobre uma mesa. Uma pequena esfera de aço é abandonada na posição A, percorrendo a distância sobre a calha até à posição B. Seguidamente, a esfera move-se sobre o tampo da mesa, entre as posições B e C, caindo depois 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. Identifique as forças que atuam na esfera no percurso entre as posições B e C, indicando, para cada uma dessas forças, onde está aplicada a força que com ela constitui um par ação-reação.

Considere desprezáveis as forças dissipativas no percurso entre as posições B e C.

2. Considere que a altura do tampo da mesa em relação ao solo é regulável e que a montagem foi dimensionada de modo que o módulo da velocidade da esfera no ponto C seja 2,5 ms–1.

Determine a altura máxima a que o tampo da mesa se deverá encontrar em relação ao solo para que o alcance da esfera não seja superior a 1,0 m.

Recorra exclusivamente às equações y(t) e x(t), que traduzem o movimento da esfera, considerando o referencial bidimensional representado na Figura 2.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Considere a trajetória da esfera no seu movimento de queda.

Em qual dos seguintes esquemas se encontram corretamente representadas as componentes da velocidade da esfera, vx e vy , nas posições assinaladas?

GRUPO VII

1. Com o objetivo de determinar o módulo do campo magnético produzido por um conjunto de ímanes, um grupo de alunos utilizou uma montagem semelhante à representada na Figura 3.

Os alunos começaram por colocar quatro pares de ímanes, igualmente espaçados, entre duas placas de ferro, estabelecendo-se, assim, entre elas, um campo magnético que se pode considerar uniforme.

Colocaram, em seguida, uma espira sobre uma placa (deslizante) que, em cada ensaio realizado, fizeram deslizar entre as duas placas de ferro com velocidade de módulo constante, desde a posição inicial, representada na Figura 3, até uma posição final na qual a placa deslizante ficava completamente introduzida no espaço entre as duas placas de ferro.

1.1. Os alunos mediram com um cronómetro, em três ensaios, o intervalo de tempo, ∆t, que a placa com a espira demorou a deslizar, com velocidade de igual módulo, entre as duas placas de ferro, desde a posição inicial até à posição final.

Os valores medidos encontram-se registados na tabela seguinte.

Exprima o resultado da medição do intervalo de tempo em função do valor mais provável e da incerteza absoluta.

1.2. Seguidamente, utilizando uma espira com uma área de 60 cm2, os alunos realizaram cinco ensaios sucessivos, procedendo de modo que a placa com a espira deslizasse entre as duas placas de ferro com velocidade de módulo sucessivamente maior.

Mediram, em cada um dos ensaios, o intervalo de tempo, ∆t, que a placa com a espira demorou a deslizar entre as duas placas de ferro, desde a posição inicial até à posição final. Mediram também, com um microvoltímetro, a força eletromotriz induzida, Ɛi, na espira.

Na tabela seguinte, apresentam-se os valores do inverso dos intervalos de tempo medidos, 1/∆t , e do módulo da força eletromotriz induzida, |Ɛi |, na espira, em cada um daqueles ensaios.

Determine o módulo do campo magnético produzido pelo conjunto de ímanes, admitindo que o ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície delimitada pela espira é 0º.

Comece por obter o módulo da variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, 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.

2. A Figura 4 representa o esboço do gráfico do fluxo magnético, ɸm, em função do tempo, t, devido ao movimento relativo de uma espira metálica imersa num outro campo magnético uniforme.

Qual é o esboço do gráfico que pode representar o módulo da força eletromotriz induzida, |Ɛi | , na espira, em função do tempo, t ?

FIM

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