Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 2.ª Fase - 2016

GRUPO I

Um dos procedimentos mais comuns em laboratório é a preparação de soluções aquosas por diluição de soluções mais concentradas, de concentração conhecida, habitualmente designadas por soluções-mãe.

Na preparação rigorosa de uma solução por diluição, é necessário medir com rigor um determinado volume da solução mais concentrada, transferir esse volume de solução para um balão volumétrico (de capacidade igual ao volume de solução pretendido) e completar o volume de solução pretendido com água até ao traço de referência do balão. Durante a preparação da solução, esta deve ser agitada.

Em laboratório, é também possível determinar a densidade (massa volúmica) de soluções utilizando diferentes métodos, um dos quais é a picnometria de líquidos. Este método baseia-se na determinação da massa de solução contida num picnómetro cuja capacidade foi previamente calibrada, a uma mesma temperatura.

1. Para «medir com rigor um determinado volume da solução mais concentrada» (terceira e quarta linhas do texto), utiliza-se

(A) uma proveta.

(B) uma pipeta.

(C) um gobelé.

(D) um balão volumétrico.

          

 

2. Se pretendesse preparar 250,0 cm3 de uma solução cinco vezes mais diluída do que a solução-mãe, que volume da solução-mãe teria de medir?

(A) 5,0 cm3

(B) 10,0 cm3

(C) 50,0 cm3

(D) 200,0 cm3

        

 

3. Considere uma solução-mãe de cloreto de potássio, KCl(aq), que contém 2,35 x 10-3 de KCl por cada 1,00 g de solução.

A massa volúmica desta solução foi determinada por picnometria, tendo sido obtidos, a uma mesma temperatura, os dados apresentados na tabela seguinte.

Admita que quer preparar, por diluição dessa solução-mãe, uma solução de KCl de concentração 0,27 mol dm-3.

Calcule o fator de diluição a considerar na preparação da solução diluída de KCl.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

4. A picnometria de líquidos permite determinar de forma indireta a massa volúmica de uma solução.

Que instrumento utilizaria se quisesse determinar de forma direta a massa volúmica de uma solução?

        

 

GRUPO II

1. A solubilidade do cloreto de potássio, KCl, em água, é 35,54 g de sal por 100 g de água, a 25 °C.

Considere uma solução saturada de KCl constituída apenas por este sal e por água.

Determine a quantidade de KCl dissolvida em 250 g dessa solução, a 25 °C.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

2. A variação de entalpia (H ) associada ao processo de dissolução do KCl em água é positiva.

Preveja, com base no princípio de Le Châtelier, como variará a solubilidade deste sal em água à medida que a temperatura aumenta. Justifique a resposta.

        

 

3. O perclorato de potássio, KClO4 , constituído pelos iões K+ e ClO4-, é um sal bastante menos solúvel em água do que o cloreto de potássio.

O produto de solubilidade do perclorato de potássio é 1,05 x 10-2, a 25 °C.

A solubilidade deste sal em água, a 25 °C, será

(A) 5,25 x 10-3 mol dm-3

(B) 1,05 x 10-2 mol dm-3

(C) 2,10 x 10-2 mol dm-3

(D) 1,02 x 10-1 mol dm-3

        

 

GRUPO III

Considere uma amostra pura de 200 g de cloreto de potássio, KCl, inicialmente no estado sólido à temperatura de 980 K, à qual é fornecida energia com uma fonte de 300 W.

1. A Figura 1 representa um gráfico teórico da temperatura, T, dessa amostra em função do tempo, t.

No traçado do gráfico, admitiu-se um rendimento de 100% para o processo de transferência de energia considerado.

1.1. Se a potência da fonte fosse maior,

(A) seria necessária mais energia para a temperatura da amostra aumentar 1 K.

(B) seria necessária menos energia para fundir completamente a amostra.

(C) a mesma energia seria transferida num intervalo de tempo menor.

(D) a mesma energia provocaria um maior aumento da energia interna do sistema.

        

 

1.2. De acordo com o gráfico, qual será a variação da temperatura da amostra de KCl considerada no intervalo de tempo [0; 36] s?

        

 

1.3. Considere os intervalos de tempo [0; 36] s, [36; 273] s e [273; 310] s, e admita que a amostra de KCl constitui um sistema fechado.

A variação da energia interna do sistema

(A) é nula apenas em dois dos intervalos de tempo considerados.

(B) é nula nos três intervalos de tempo considerados.

(C) é diferente de zero apenas em dois dos intervalos de tempo considerados.

(D) é diferente de zero nos três intervalos de tempo considerados.

        

 

1.4. Calcule a energia necessária para fundir 1,0 kg de KCl que se encontra à temperatura de fusão.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

1.5. A capacidade térmica mássica do KCl sólido e a capacidade térmica mássica do KCl líquido são semelhantes.

Mostre, com base no gráfico da Figura 1 e sem efetuar cálculos, que esta afirmação é verdadeira.

        

 

2. O cloreto de potássio é constituído pelos iões K+ e Cl-.

2.1. A amostra considerada contém 2,68 mol de KCl. Quantos iões existem, no total, na amostra?

Apresente o resultado com três algarismos significativos.

        

 

2.2. Os iões K+ e Cl-, no estado fundamental, apresentam

(A) ambos apenas seis eletrões de valência.

(B) o mesmo número de orbitais de valência.

(C) configurações eletrónicas diferentes.

(D) ambos apenas cinco orbitais ocupadas.

        

 

GRUPO IV

O lítio, Li, e o potássio, K, são elementos do grupo 1 da tabela periódica.

1. A energia de ionização do lítio é 519 kJ mol-1.

Transcreva e complete o esquema seguinte de modo a obter uma equação química que traduza a ionização de 1 mol de átomos de lítio, no estado fundamental, isolados e em fase gasosa, quando lhes é fornecida uma energia de 519 kJ.

Li(g) → _____ + _____

        

 

2. O lítio reage com a água, sendo a reação traduzida por

2 Li(s) + 2 H2O( l ) → 2 LiOH(aq ) + H2(g)

2.1. A reação do lítio com a água é uma reação completa, o que implica que

(A) ambos os reagentes se esgotem no decurso da reação.

(B) a quantidade dos produtos formados seja igual à quantidade inicial dos reagentes.

(C) a massa dos produtos formados seja igual à massa inicial dos reagentes.

(D) pelo menos um dos reagentes se esgote no decurso da reação.

        

 

2.2. Na reação considerada, o lítio ___________ , atuando como ___________ .

(A) oxida-se ... redutor

(B) oxida-se ... oxidante

(C) reduz-se ... redutor

(D) reduz-se ... oxidante

        

 

2.3. Numa tina contendo 200 cm3 de água, fez-se reagir um pequeno pedaço de lítio. No final da reação, verificou-se que, a 25 ºC, o pH da solução resultante era 13,27.

Determine o volume, medido nas condições normais de pressão e de temperatura, de H2(g) que se terá formado na reação.

Admita que o volume da solução resultante é igual ao volume inicial de água.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

2.4. Explique, com base nas configurações eletrónicas dos respetivos átomos no estado fundamental, porque é que o potássio reage mais vigorosamente com a água do que o lítio.

        

 

GRUPO V

1. Uma bola de ténis, de massa m, cai verticalmente, depois de abandonada a 1,70 m do solo. A bola colide com o solo e ressalta, atingindo num primeiro ressalto a altura máxima de 0,94 m.

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).

1.1. Qual das expressões seguintes permite calcular o trabalho realizado pela força gravítica que atua na bola, no deslocamento entre a posição em que a bola é abandonada e a posição em que, após o primeiro ressalto, a bola atinge a altura máxima?

(A) -10 m x ( 0,94 - 1,70)

(B) 10 m x ( 0,94 - 1,70)

(C) -10 m x ( 0,94 + 1,70)

(D) 10 m x ( 0,94 + 1,70)

        

 

1.2. Se a percentagem de energia dissipada for a mesma em todas as colisões com o solo, é de prever que, num segundo ressalto, a bola atinja uma altura máxima de

(A) 0,18 m

(B) 0,42 m

(C) 0,52 m

(D) 0,55 m

        

 

1.3. Durante a colisão da bola com o solo, a força exercida pela bola sobre o solo e a força exercida pelo solo sobre a bola têm, em cada instante,

(A) o mesmo sentido e intensidades diferentes.

(B) sentidos opostos e intensidades diferentes.

(C) o mesmo sentido e a mesma intensidade.

(D) sentidos opostos e a mesma intensidade.

        

 

2. A Figura 2 (que não se encontra à escala) representa uma bola de ténis que passa sobre a rede de um campo de ténis com velocidade horizontal, v→, descrevendo uma trajetória parabólica até embater no solo.

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).

Tenha em conta o referencial bidimensional representado na Figura 2.

2.1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a componente escalar x da posição da bola, em função do tempo, t, desde o instante em que a bola passa sobre a rede até ao instante em que embate no solo?

        

 

2.2. Em qual dos esquemas seguintes o vetor F pode representar a resultante das forças que atuam na bola, na posição assinalada?

        

 

2.3. A bola passa sobre a rede a 1,35 m do solo e embate no solo a 9,0 m da rede, como representado na Figura 2.

Calcule o módulo da velocidade com que a bola atinge o solo.

Apresente todas as etapas de resolução.

        

 

GRUPO VI

Um feixe de radiação monocromática propaga-se no ar e incide numa face de um paralelepípedo de vidro.

Uma parte do feixe é refletida na face do paralelepípedo, enquanto outra parte passa a propagar-se no vidro, sendo o ângulo de refração menor do que o ângulo de incidência.

1. O comprimento de onda, no vácuo, da radiação utilizada na experiência é 6,5 x 10-7 m. Qual é a frequência, em hertz (Hz), dessa radiação eletromagnética?

Apresente o resultado com dois algarismos significativos.

        

 

2. Quando a radiação passa do ar para o vidro, a sua velocidade de propagação _____________ e o seu comprimento de onda _____________ .

(A) diminui ... diminui

(B) diminui ... aumenta

(C) aumenta ... aumenta

(D) aumenta ... diminui

        

 

3. Para diversos ângulos de incidência na superfície de separação ar-vidro, mediram-se os ângulos de reflexão e de refração correspondentes.

3.1. Os resultados obtidos permitiram traçar o gráfico do ângulo de reflexão, αrefl, em função do ângulo de incidência, αi.

Qual é o esboço desse gráfico, assumindo a mesma escala nos dois eixos?

        

 

3.2. Na tabela seguinte, estão registados os senos dos ângulos de incidência, sin αi, e os senos dos correspondentes ângulos de refração, sin αrefl.

Determine, para a radiação considerada, o índice de refração do vidro constituinte do paralelepípedo utilizado na experiência.

Na sua resposta, apresente a equação da reta de ajuste obtida, identificando as grandezas consideradas.

Apresente todas as etapas de resolução.

nar (índice de refração do ar) = 1,00

        

 

FIM

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