Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2015

GRUPO I

    Nem o calor nem o trabalho são formas de energia. O calor é a energia que se transfere entre corpos em contacto, como resultado de uma diferença de temperatura entre eles, fluindo a energia do corpo que se encontra a temperatura mais elevada para o corpo que se encontra a temperatura mais baixa. Antes dessa transferência, não existe calor armazenado na fonte, nem passa a existir calor acumulado no recetor após a transferência. Mas há energia armazenada na fonte antes da transferência, e a energia do recetor passa a ser mais elevada após a transferência – por exemplo, se o recetor for gelo, parte dele pode fundir-se.

Peter Atkins, O Dedo de Galileu, 1.ª ed., Lisboa, Gradiva, 2007, pp. 135-136 (adaptado)

1. O calor

A) é uma forma de energia interna.

B) é uma propriedade que depende da temperatura a que um corpo se encontra.

C) é um fluido que pode ser transferido de um corpo para outro.

D) é uma energia transferida.

2. Considere um sistema fechado que cedeu 400 J, como calor, tendo sido sobre ele realizado um trabalho de 300 J.

Qual foi a variação da energia interna do sistema?

3. Numa experiência, forneceu-se uma energia de 92,0 kJ a 400 g de gelo, inicialmente a -10,0 °C.

Admita que toda a energia fornecida contribuiu para o aumento da energia interna do gelo e que não houve outras trocas de energia entre o gelo e o exterior.

A energia necessária à fusão de 1,0 kg de gelo é 3,34 x 105 J e o ponto de fusão da água, nas condições da experiência, é 0,0 ºC.

Calcule a massa de gelo que não se fundiu. Apresente todas as etapas de resolução.

cgelo (capacidade térmica mássica do gelo) = 2,11 x 103 J kg-1 °C-1

4. A energia pode ser transferida como radiação.

A taxa temporal de emissão de radiação pela superfície de um corpo é

A) diretamente proporcional à temperatura absoluta da superfície desse corpo.

B) inversamente proporcional à temperatura absoluta da superfície desse corpo.

C) diretamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta da superfície desse corpo.

D) inversamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta da superfície desse corpo.

GRUPO II

1. Considere uma roda que, tendo apenas movimento de rotação em torno do seu eixo, efetua 50 rotações, em cada minuto, durante um determinado intervalo de tempo.

1.1. O módulo da velocidade angular da roda, em radianos por segundo, no intervalo de tempo considerado, pode ser calculado pela expressão

1.2. Na Figura 1, estão representados essa roda e dois pontos, P e Q, de um dos seus raios.

O módulo da aceleração do ponto P, no intervalo de tempo considerado, é

A) superior ao módulo da aceleração do ponto Q.

B) inferior ao módulo da aceleração do ponto Q.

C) igual ao módulo da aceleração do ponto Q, sendo ambos nulos.

D) igual ao módulo da aceleração do ponto Q, sendo ambos diferentes de zero.

2. Na Figura 2 (que não está à escala), estão representados dois conjuntos ciclista + bicicleta, CI e CII, que se movem ao longo de uma estrada retilínea e horizontal, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional.

Considere que cada um dos conjuntos pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Considere que no instante t = 0 s o conjunto CII inicia o seu movimento e  que,  nesse  instante, o conjunto CI  passa na origem do referencial.

Admita que, a partir desse instante, e durante um determinado intervalo de tempo, as componentes escalares, segundo o eixo Ox, das posições, xCI e xCII , dos conjuntos CI e CII, respetivamente, variam com o tempo, t, de acordo com as equações

2.1. Apresente, num mesmo sistema de eixos, os esboços dos gráficos que traduzem, no intervalo de tempo considerado, as componentes escalares das posições, xCI e xCII , em função do tempo, desde o instante t = 0s até, pelo menos, ao instante em que os conjuntos se cruzam.

Determine o instante em que os conjuntos CI e CII se cruzam e a componente escalar da posição daqueles conjuntos nesse instante.

Utilize as potencialidades gráficas da calculadora.

2.2. Em qual dos esquemas seguintes se encontram corretamente representadas, num dado instante do intervalo de tempo considerado, a velocidade, V, e a aceleração, a, do conjunto CII?

2.3. A soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam no conjunto CI, num deslocamento desse conjunto no intervalo de tempo considerado, é

A) nula, uma vez que atuam no conjunto forças não conservativas.

B) negativa, uma vez que a energia cinética do conjunto diminui.

C) nula, uma vez que a energia cinética do conjunto se mantém constante.

D) negativa, uma vez que atuam no conjunto forças não conservativas.

3. Na Figura 3 (que não está à escala), está representado um conjunto ciclista + bicicleta que iniciou a subida de uma rampa com uma energia cinética de 2,0 x 103 J. Após percorrer 68 m sobre a rampa, atinge uma altura de 3,0 m, com uma velocidade de módulo 3,5 m s-1.

A massa do conjunto ciclista + bicicleta é 80 kg.

Considere que o conjunto pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material) e considere a base da rampa como nível de referência da energia potencial gravítica.

Calcule, no percurso considerado, a intensidade da resultante das forças não conservativas que atuam no conjunto ciclista + bicicleta, na direção do deslocamento. Admita que essa resultante se mantém constante.

Apresente todas as etapas de resolução.

GRUPO III

1. A Figura 4 representa o ecrã de um osciloscópio, no qual está registado o sinal elétrico resultante da conversão de um sinal sonoro, de frequência 330 Hz, emitido por um diapasão.

1.1. A base de tempo do osciloscópio estava regulada para

(A) 0,1 ms/div

(B) 1 ms/div

(C) 0,3 ms/div

(D) 3 ms/div

1.2. Se o diapasão for percutido com uma força de maior intensidade, o sinal elétrico registado no ecrã do osciloscópio terá

(A) menor período e maior amplitude.

(B) menor período e a mesma amplitude.

(C) o mesmo período e a mesma amplitude.

(D) o mesmo período e maior amplitude.

2. Considere um sinal elétrico cuja tensão, U, varia com o tempo, t, de acordo com a expressão

Esse sinal tem

(A) uma frequência angular de 8,80 x 102 rad s-1.

(B) um período de 7,14 x 10 -3 s.

(C) uma frequência angular de 4,40 x 102 rad s-1.

(D) um período de 2,27 x 10 -3 s.

3. Descreva como é que um sinal sonoro é  convertido num sinal elétrico, num microfone de indução semelhante ao representado na Figura 5.

GRUPO IV

1. O flúor e o cloro são dois halogéneos.

 

1.1 O cloro apresenta dois isótopos estáveis, o cloro-35 e o cloro-37.

Os átomos destes isótopos têm

(A) número atómico diferente.

(B) igual número de nucleões.

(C) igual número de protões.

(D) número de eletrões diferente.

1.2. A orbital de valência menos energética 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, 1, -1)           

(D)  (3, 0, 0)

1.3. Um átomo de flúor e um átomo de cloro, no estado fundamental, apresentam

(A) o mesmo número de orbitais p completamente preenchidas.

(B) ambos uma orbital p semipreenchida.

(C) o mesmo número de orbitais s completamente preenchidas.

(D) ambos uma orbital s semipreenchida.

1.4. A energia de ionização do átomo de cloro, isolado e em fase gasosa, é a energia de remoção mínima necessária para, a partir do átomo no estado fundamental, se formar um determinado ião.

Escreva a fórmula química desse ião.

2. Considere uma mistura gasosa constituída por 5,00 x 10-2 mol de F2(g) e 8,00 x 10-2 mol de Cl2(g), nas condições normais de pressão e de temperatura.

2.1. Quantos átomos de flúor existem na mistura gasosa?

2.2. Determine a densidade da mistura gasosa, nas condições de pressão e de temperatura referidas.

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Os átomos dos halogéneos podem ligar-se a átomos de hidrogénio, originando compostos designados por halogenetos de hidrogénio, como, por exemplo, o cloreto de hidrogénio, HCl, e o iodeto de hidrogénio, HI.

3.1. Quantos eletrões de valência existem, no total, na molécula de HCl?

3.2. O cloro antecede o iodo no mesmo __________  da tabela periódica, o que permite prever que o comprimento da ligação  H – Cl deverá ser __________  do que o comprimento da ligação H – I.

(A) grupo ... maior

(B) grupo ... menor

(C) período ... menor

(D) período ... maior

GRUPO V

O iodo, I2, reage com o hidrogénio, H2, em fase gasosa, formando-se iodeto de hidrogénio, HI(g). A reação pode ser traduzida por

1. Na reação de formação do HI considerada, a variação do número de oxidação do iodo é  ______ , sendo a espécie I2 o agente _______ .

(A) +1 ... oxidante

(B) -1 ... oxidante

(C) +1 ... redutor

(D) -1 ... redutor

2. Na tabela seguinte, estão registados os valores da constante de equilíbrio, Kc, da reação de formação do HI(g) considerada, a três temperaturas diferentes.

2.1. Considere que, num reator com a capacidade  de  1,00 L,  foram  inicialmente  introduzidas 2,56 x 10-3 mol de I2(g) e uma certa quantidade de H2(g). Considere ainda que, no início, não existia HI(g) no reator.
Quando, a 763 K, o sistema atingiu um estado de equilíbrio, a quantidade de I2(g) que existia no reator era 1,46 x 10-3 mol.

Calcule a quantidade, em mol, de H2(g) que deverá existir no reator quando o sistema está em equilíbrio àquela temperatura.

Apresente todas as etapas de resolução.

2.2. Compare a energia absorvida na quebra das ligações com a energia libertada no estabelecimento das ligações, na reação química considerada.

Fundamente a sua resposta com base na variação da constante de equilíbrio da reação com a temperatura.

GRUPO VI

Com o objetivo de determinar a concentração de uma solução de ácido clorídrico, HCl(aq), um grupo de alunos titulou  50,00 cm3 dessa solução com uma solução padrão de hidróxido de sódio, NaOH(aq), de concentração 1,00 x 10-1 mol  dm-3.

A reação que ocorre pode ser traduzida por

Os alunos gastaram 24,60 cm3 da solução padrão de NaOH até ao ponto final da titulação.

1. Qual é o instrumento que deve ser utilizado para, de forma regular e controlada, adicionar ao titulado pequenos volumes da solução padrão de NaOH?

(A) Bureta.

(B) Pipeta.

(C) Balão de erlenmeyer.

(D) Proveta.

2. Calcule a concentração, em mol dm-3, da solução de HCl.

Comece por calcular a quantidade de NaOH adicionada até ao ponto final da titulação. 

Apresente todas as etapas de resolução.

3. Depois de terem realizado a titulação e determinado a concentração da solução de ácido clorídrico, o professor disse aos alunos que a solução de HCl que tinham utilizado era uma solução padrão.

Na Figura 6, está representada a curva teórica da titulação de 50,00 cm3  dessa solução padrão de HCl com uma solução padrão de NaOH 1,00 x 10-1 mol dm-3.

Na curva, está assinalada a zona de viragem do indicador de ácido-base verde de bromocresol.

3.1. Apresente uma expressão numérica que permita calcular o erro relativo, em percentagem, cometido pelos alunos na medição do volume de titulante gasto até ao ponto final da titulação.

3.2. Com base na informação fornecida na Figura 6, justifique a seguinte afirmação.

O indicador verde de bromocresol pode ser utilizado para assinalar o ponto de equivalência da titulação em causa.

FIM

 

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