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Resolução do Teste Intermédio de Física e Química A (11.º ano), 2014 (12-2)
Resolução do Exame de Física e Química A (11.º ano), 2015, 1.ª Fase
Grupo I
1. cotação: 5
(D)
“O calor é a energia que se transfere entre corpos
em contacto, como resultado de uma diferença de
temperatura entre eles”.
2. cotação: 5
A transferência de energia pode ser sob a forma de
calor, trabalho ou radiação:
— energia transferida ou recebida pelo sistema,
como trabalho = 300 J;
— energia transferida ou cedida para o exterior,
como calor = 400 J.
A variação de energia interna do sistema é:
ΔU = + Erecebida − Ecedida
1.2.cotação: 5
2.3. cotação: 5
(A)
Assume-se que em cada um dos pontos P e Q da roda
há uma partícula. A aceleração de qualquer dessas
partículas é aceleração centrípeta e depende da velocidade angular e do raio da trajetória (ac = ω2 r).
O raio onde estão as partículas P e Q roda com uma
certa velocidade angular.
A partícula no ponto P encontra-se a uma maior
distância em relação ao centro da roda do que a
partícula no ponto Q.
Portanto, o valor da aceleração centrípeta da partícula no ponto P (o ponto mais afastado do centro) é
superior ao da partícula no ponto Q, porque o valor
da aceleração centrípeta é diretamente proporcional
ao valor do raio r da trajetória.
(C)
De acordo com a equação do movimento, o ciclista I
move-se com velocidade constante de 7,0 m/s. De
acordo com a 1.ª lei de Newton, se um corpo se move
com velocidade constante (energia cinética constante), a resultante das forças que lhe estão aplicadas é
nula (sendo também nulo o trabalho da resultante das
forças aplicadas).
= +300 J − (400 J)
2.
= 300 J − 400 J
= −100 J
2.1.cotação: 10
2,11× 103 J
× 10 °C
kg × °C
= 8440 J
= 8,44 × 103 J
= 8,44 kJ
Forneceu-se uma quantidade maior de energia,
92,0 kJ. Desta quantidade, 8,44 kJ foi utilizado
para aumentar a temperatura da amostra de gelo de
–10,0 ºC para 0,0 ºC.
Para a fusão, sobra:
92,0 kJ – 8,44 kJ = 83,56 kJ
Do enunciado, sabe-se que para fundir 1,0 kg de gelo
necessitam-se de
3,34 × 105 J = 3,34 × 102 kJ = 334 kJ
Portanto, a energia que sobra do aquecimento,
83,56 kJ, permite a fusão de:
m
1,0 kg
=
334 kJ 83,56 kJ
m = 0,250 kg
Como a amostra de gelo tem 0,400 kg, a massa de
gelo que não fundiu foi:
0,400 kg – 0,250 kg = 0,150 kg
Quando se inicia a subida a energia mecânica é (considerando que a base está à altura h nula):
1
Em = m v 2 + m g h = 2000 J + 0 J
2
4. cotação: 5
(C)
De acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a potência
total irradiada por um corpo (taxa temporal de emissão de radiação) é diretamente proporcional:
— à emissividade da superfície do corpo;
— à área da superfície do corpo;
— à quarta potência da temperatura absoluta (temperatura termodinâmica) da superfície do corpo.
Grupo II
1.
1.1. cotação: 5
(A)
50 rotações 50 rotações
=
60 s
1 min
50 rotações = 50 × 2π rad
50 × 2π rad
ω=
60 s
2π × 50
=
rad s−1
60
588 m
84 s
Neste gráfico da calculadora, o eixo horizontal (x)
representa o tempo decorrido t e o eixo vertical (y)
representa a coordenada x dos ciclistas no referencial
indicado.
O instante t em que os ciclistas se cruzam é tal que:
7,0 t = 800 − 0,030 t
2
0,030 t 2 + 7,0 t − 800 = 0
Resolvendo a equação, obtém-se:
(
−7,0 ± 7,02 − 4 × 0,030 × −800
t=
)
2 × 0,030
s
= 84 s
(a solução negativa não tem sentido físico)
Ao fim de 84 s, os ciclistas estão ambos na coordenada:
xC = 7,0 m/s × 84 s = 588 m
I
(
1
m v2
2
1
2000 = × 80 × v 2
2
Ec =
2 × 2000
80
= 7,1 m/s
3. cotação: 15
= 0,400 kg ×
Energia cinética com que se inicia a subida: 2000 J.
Nesta posição, a velocidade era:
v=
A energia interna do sistema diminuiu 100 J.
400 g = 0,400 kg de gelo inicialmente a –10,0 °C.
A fusão ocorre a 0,0 ºC.
A temperatura dessa amostra de gelo deve aumentar 10,0 ºC.
Para ter esse aumento de temperatura é necessário
fornecer a energia Q, como calor:
Q = m c Δt
3. cotação: 15
)
xC = 800 − 0,030 × 842 m = 588 m
II
As coordenadas do ponto no gráfico em que as duas
funções têm o mesmo valor é, pois, t = 84 s (eixo
horizontal do gráfico, eixo do tempo decorrido) e
x = 588 m (eixo vertical do gráfico, eixo da coordenada de posição).
2.2. cotação: 5
(D)
De acordo com a equação do movimento, o ciclista II
(considerado como partícula) move-se no sentido negativo do eixo Ox, iniciando o movimento na posição
x = 800 m e com velocidade inicial nula.
O ciclista está a acelerar no sentido negativo do eixo,
com uma aceleração de magnitude (1/2) a = 0,030,
donde:
a = 0,060 (m/s)/s = 0,060 m/s2.
Sendo o movimento acelerado, os vetores velocidade
e aceleração apontam para o mesmo lado.
Quando atinge a altura de 3,0 m, em que o ciclista
vai à velocidade de 3,5 m/s, a energia mecânica vale:
1
Em = m v 2 + m g h
2
1
= 80 × 3,52 + 80 × 10 × 3,0
2
= 2890 J
A velocidade do ciclista diminuiu na subida, de
7,1 m/s para 3,5 m/s. Mas a energia mecânica (energia cinética + energia potencial) aumentou de 2000 J
para 2890 J.
Se apenas atuasse a força gravítica, que é uma força
conservativa [uma força diz-se conservativa se o
trabalho dessa força estiver associado a uma variação
de energia potencial], a energia mecânica na altura
de 3,0 m devia ser também 2000 J, o valor da energia
mecânica no início do plano.
Portanto, a energia mecânica aumentou 890 J, de
2000 J para 2890 J, devido ao trabalho de forças
não conservativas (neste caso, a força exercida pelo
ciclista, a que se opuseram as forças de resistência do
e de atrito).
A variação de energia mecânica é, por definição,
igual ao trabalho das forças não conservativas.
O trabalho das forças não conservativas é, pois, igual
a 890 J.
Portanto:
Wforças não conserv. = Fnão conserv. × d × cos α
890 = Fnão conserv. × 68 × cos α
O ângulo α, ângulo entre a soma das forças não
conservativas e o deslocamento, tem de ser nulo,
para que o lado direito desta equação seja também
positivo:
890 = Fnão conserv. × 68 × cos0º
890 = Fnão conserv. × 68 × 1
Donde, a intensidade da soma das forças não conservativas é:
Fnão conserv. = 13,1 N
2.
2.
1.
2.1. cotação: 5
2.1 cotação: 10
1.1. cotação: 5
Número de moléculas de F2 nessa mistura:
Grupo III
(B)
A figura indica que o período é igual a 3 divisões no
eixo horizontal do osciloscópio.
Como a frequência é de 330 Hz, o período é:
1
T=
f
1
=
330 Hz
= 0,0030 s
Portanto, 3 divisões correspondem a 3,0 ms. Logo,
1 divisão corresponde a 1,0 ms
1.2. cotação: 5
(D)
A intensidade de um sinal está relacionada com a
amplitude do sinal, não com a frequência/período do
sinal.
2. cotação: 5
(D)
(
U = U max sin 2πf t
)
2πf = 8,80 × 102 π
8,80 × 102
2
= 440 Hz
1
T=
440 Hz
f =
= 2,27 × 10−3 s
Número de átomos de F:
2 × 3,01 × 1022 átomos = 6,02 × 1022 átomos
2.2. cotação: 10
Massa molar das moléculas de fluor, F2:
19,00 g/mol × 2 = 38,0 g/mol
Massa molar das moléculas de cloro, Cl2:
35,45 g/mol × 2 = 70,9 g/mol
Massa de fluor na mistura:
38,0 g/mol × 5,00 × 10–2 mol = 1,90 g
Massa de cloro na mistura:
70,9 g/mol × 8,00 × 10–2 mol = 5,67 g
Massa total da mistura:
1,90 g + 5,67 g = 7,57 g
Quantidade total da mistura:
Volume da amostra:
13,00 × 10–2 mol × 22,4 L/mol = 2,91 L
Densidade da mistura:
massa
densidade =
volume
7,57 g
=
2,91 L
7,57 g
=
2,91 dm 3
g
= 2,60 3
dm
3.
A variação de pressão proveniente do som atinge
a membrana que oscila. A membrana está ligada à
bobina que também vai oscilar, em torno do íman.
O fluxo magnético passa a variar (porque a área da
bobina sujeita ao campo magnético varia) o que
induz uma força eletromagnética que leva ao aparecimento de uma corrente elétrica.
3.1.
Grupo IV
1.1.cotação: 5
(C)
Os átomos de um mesmo elemento químico têm
sempre igual número de protões mas podem ter
diferente número de neutrões. Os átomos do isótopo
cloro-37 têm mais dois neutrões do que os átomos do
isótopo cloro-35.
1.2. cotação: 5
(D)
A configuração eletrónica do cloro é:
(1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)5.
A orbital de valência de menor energia é a 3s que se
caracteriza por ter:
— número quântico principal n = 3;
— número quântico secundário, l = 0;
— número quântico magnético, ml = 0.
início
2,56 × 10–3 mol
variação
2,56 × 10–3 mol
– 1,46 × 10–3 mol
= 1,10 × 10–3 mol
equilíbrio
O átomo de hidrogénio (Z = 1) tem 1 eletrão de valência e o átomo de cloro (Z = 17) tem 7 eletrões de
valência, isto é, 7 eletrões no último nível de energia.
Portanto, a molécula de HCl tem 8 eletrões de
valência.
1.4
Removendo um eletrão de um átomo de cloro, Cl,
forma-se o ião positivo Cl+.
0 mol
2 × 1,10 × 10–3 mol
2,20 × 10–3 mol
n­eq
1,46 × 10–3 mol
2,20 × 10–3 mol
2
46 =
⎡⎣ HI ⎤⎦
eq
⎡⎣ I 2 ⎤⎦ × ⎣⎡ H 2 ⎤⎦
eq
46 =
eq
⎛ 2,20 × 10−3 ⎞
⎟
⎜
1
⎠
⎝
2
1,46 × 10−3 neq
×
1
1
(2,20 × 10 )
2
−3
=
1,46 × 10−3 × neq
Donde, a quantidade de H2 no equilíbrio é:
(2,20 × 10 )
=
2
−3
neq
1,46 × 10−3
= 7,21× 10−5 mol
2.2 cotação: 10
A constante de equilíbrio diminui com o aumento
da temperatura. A concentração do produto está a
diminuir, pelo que a reação inversa é favorecida.
Deste modo, pode concluir-se que a reação inversa é
endotérmica e a reação direta é exotérmica.
Pode concluir-se ainda que a energia absorvida na
quebra das ligações é inferior à energia libertada na
formação das ligações.
Grupo VI
3.2.
1. cotação: 5
(B)
O cloro e o iodo estão ambos no grupo 17 da tabela
periódica.
O iodo está localizado num período abaixo do cloro.
O raio atómico tende a aumentar ao longo de um
grupo, pelo que o raio atómico do iodo deve ser
superior ao do cloro.
É de prever que o comprimento da ligação H–I seja
superior ao da ligação H–Cl.
(A)
A bureta é colocada num suporte adequado sobre o
balão de erlenmeyer de modo a determinar o volume
de solução titulante.
2. cotação: 10
Para o NaOH, tem-se:
c=
Grupo V
1. cotação: 5
(B)
O número de oxidação do iodo passa de 0 a –1,
ou seja, sofre uma redução e, por isso, é o agente
oxidante.
1,00 × 10−1
mol
dm 3
=
n
V
n
24,60 × 10−3 dm 3
n = 2,46 × 10−3 mol
No equilíbrio, a quantidade de HCl iguala a de
NaOH.
Assim, para o HCl, vem:
n
c=
V
=
1.3.
(B)
A configuração eletrónica do flúor é:
(1s)2 (2s)2 (2p)5
A configuração eletrónica do cloro é:
(1s)2 (2s)2 (2p)6 (3s)2 (3p)5
Ambos apresentam uma orbital p semipreenchida.
n­i
Portanto, a constante de equilíbrio é dada por:
5,00 × 10–2 mol + 8,00 × 10–2 mol = 13,00 × 10–2 mol
3. cotação: 10
1.
I 2 (g) + H 2 (g) ! 2 HI(g)
6,022 × 1023
5,00 × 10 mol ×
= 3,01× 1022 moléculas
mol
−2
2,46 × 10−3 mol
50,0 × 10−3 dm 3
= 4,92 × 10−2 mol/dm 3
3.
3.1 cotação: 5
Erro relativo, em percentagem:
25,00 − 24,60
× 100
25,00
3.2 cotação: 10
Há uma variação brusca de pH no ponto de equivalência.
A zona de viragem do indicador está contida nessa
zona de variação brusca de pH, pelo que se pode
utilizar o indicador referido.