Exame Nacional 2006 Física e Química A – 11.° ano

Física e Química A – 11.° ano

1.

Fase

Sugestão de resolução

1.

1.1. (D).

(A) Falsa.

ρ _(Na

₎ = e ρ _(Mg

₎ = ; .

Da tabela 1: ρ _(Na

₎ = 10,70 e ρ _(Mg

₎ = 1,29, substituindo na expressão anterior tem-se:

.

A afirmação é falsa, pois a massa de sódio na água dos oceanos é 8,3 vezes maior do que a de magnésio e não 5.

(B) Falsa.

No primeiro parágrafo do texto é afirmado que, da água que se encontra à superfície da Terra, 97% constitui os oceanos, logo a existente nos lagos e rios e glaciares corresponde aos restantes 3%. Assim, a água existente nos rios é inferior a 3%.

(C) Falsa.

No segundo parágrafo do texto é afirmado que a percentagem mássica de toda a matéria dissol- vida nos oceanos é de 3,5% e, de acordo com a tabela 2, esta é constituída não só por cloreto de sódio, mas por diversos sais. Além disso, a expressão apresentada não permite sequer determi- nar a massa de sais dissolvidos, pois seria necessário conhecer a densidade média das águas oceânicas, visto conhecer-se apenas o seu volume, 1,5 * 10

L, uma vez que a percentagem mássica é igual à massa de sais (em gramas) dissolvida em 100 g de água salgada.

(D) Verdadeira.

Do terceiro parágrafo do texto, conclui-se:

Salinidade = .

Como a percentagem mássica de sais é 3,5% e como 1 kg = 1000 g, então:

§ m

= 35 g.

Logo, a salinidade média da água dos oceanos é, de facto, 35 partes por mil.

1.2. (C).

(A) Verdadeira.

O cloreto de magnésio (MgC’

) é um dos compostos mais abundantes na água dos oceanos, como se pode ver na tabela 2; por outro lado, os respectivos iões são:

MgC ’

(s) 2"

Mg

(aq) + 2 C ’

(aq) que constam da tabela 1.

(B) Verdadeira.

No processo de destilação, a água salgada, ao ser aquecida, evapora-se quando a temperatura atinge o ponto de ebulição da água – mudança do estado líquido para o gasoso. Em seguida o vapor de água, ao passar num condensador, condensa – passagem do estado gasoso ao líquido.

Na congelação verifica-se, por arrefecimento, a passagem da água do estado líquido para o sólido.

3,5 100 = m

1000

m

(g) m

(kg) 10,70

1,29 = m

m

§ m

m

= 8,3 r(Na

)

r(Mg

) = m

m

m

V m

V

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(C) Falsa.

De acordo com o último período do quinto parágrafo, o processo economicamente mais viável é a dessalinização por osmose inversa e não a destilação ou a congelação.

(D) Verdadeira.

Repare-se no segundo período do terceiro parágrafo do texto, onde se afirma que as proporções relativas dos diferentes elementos permanecem constantes, embora a salinidade varie de lugar para lugar. Assim, conclui-se que nas zonas que recebem grandes descargas de água de rios, água doce, a salinidade diminui, pois a massa total aumenta.

1.3.

1.3.1. Uma vez que o vidro do tecto é praticamente transparente à radiação solar, a radiação que o atra- vessa (e que atinge a água salgada contida no tanque) ao ser, em parte, absorvida, é responsável pela evaporação da água. O vapor de água formado, ao atingir o ponto de saturação e em con- tacto com o tecto de vidro, condensa (este processo é mais intenso durante a noite, pois a tempe- ratura do vidro do tecto está a uma temperatura inferior à da atmosfera interior próxima da água do tanque, devido ao contributo do vapor de água formado para o efeito de estufa). Devido à incli- nação do tecto, uma quantidade significativa de água desliza ao longo deste, sendo então reco- lhida nos tanques laterais.

1.3.2. Este processo, ao ser aplicado em grande escala, apresenta, entre outras possíveis, as seguintes desvantagens:

– exige infra-estruturas (tanques, telhado...) de grandes dimensões;

– a obtenção de água dessalinizada é morosa;

– a sua eficiência está condicionada pela intensidade da radiação solar.

1.4. V

= 5,0 dm

Da tabela 1: ρ _(Na

₎ = 10,70 g dm

; ρ _(C ’

) = 19,22 g dm

Da Tabela Periódica: M(Na

) = 22,99 g mol

; M(C ’

) = 35,45 g mol

A equação que traduz a precipitação do cloreto de sódio, quando evapora toda a água, é:

Na

(aq) + C ’

(aq) 2" NaC ’ (s) (1)

Para determinar a massa de cloreto de sódio obtida tem de se determinar a quantidade de iões sódio e de iões cloreto existente nos 5,0 dm

de água salgada.

Como:

ρ _(Na

₎ = e n

= ,

logo, n

= ± n

= § n

= 2,33 mol;

e como n

= ± n

= § n

= 2,71 mol.

Da equação (1) verifica-se que n

= n

, e como n

presente na solução é superior a n

, o ião Na

é o reagente limitante e, consequentemente, a quantidade de NaC ’ recolhida é igual a n

, isto é:

n

= 2,33 mol.

Sendo M(NaC ’ ) = 22,99 + 35,45 § M(NaC ’ ) = 58,44 g mol

, e como m

= n

* M(NaC ’ ),

então, m

= 2,33 * 58,44 § m

= 1,36 * 10

g.

A massa de cloreto de sódio obtida por evaporação completa da água da amostra de água do mar (5,0 dm

) é igual a 1,36 * 10

g.

1.5. (B).

Numa reacção química há conservação de massa e conservação de carga, logo a equação quí- mica que a traduz terá de contemplar estes princípios de conservação.

19,22 * 5,0 35,45 r(C ’

) * V

M(C’

)

10,70 * 5,0 22,99 r(Na

) * V

M(Na

) m

M(Na

) m

V

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(A) Falsa. Não se verifica nem conservação de carga, 0 " 2( - 1) + ( + 1), nem de massa, 1 C " 2 C ; 3 O " 7 O ; 2 H " 5 H .

(B) Verdadeira. Verifica-se conservação de carga, 0 " ( - 1) + ( + 1) , e de massa, 1 C " 1 C ; 4 O " 4 O ; 4 H " 4 H .

(C) Falsa. Verifica-se conservação de carga, 0 " (- 1) + (+ 1) , mas não se verifica conservação de massa, 1 C " 1 C ; 3 O " 4 O ; 2 H " 4 H .

(D) Não se verifica conservação de carga, 0 = (+ 1) + (+ 1) , mas há conservação de massa, 1 C " 1 C ; 4 O " 4 O ; 4 H " 4 H .

1.6. (A) Verdadeira. O bromo (

Br) e o flúor (

F) pertencem ao mesmo grupo, 17, da Tabela Periódica, logo possuem o mesmo número de electrões de valência, 7.

(B) Verdadeira. O número atómico do magnésio, Mg, é igual a 12, logo o átomo de magnésio pos- sui 12 electrões, visto ser uma partícula electricamente neutra.

A sua configuração electrónica no estado fundamental é 1s

2s

2p

3s

.

A configuração electrónica apresentada corresponde à de um átomo de magnésio num estado excitado, uma vez que uma orbital 3p é mais energética do que a 3s.

(C) Falsa. O anião brometo, Br

, possui mais um electrão do que o átomo de bromo, Br, pelo que o raio atómico de Br é inferior ao raio iónico de Br

.

Ao captar um electrão a intensidade das forças repulsivas na nuvem electrónica aumenta, pro- vocando uma expansão desta e consequente aumento de raio.

(D) Verdadeira. O magnésio (Mg) e o cloro (C’) pertencem ao mesmo período (3.° período) da Tabela Periódica.

Como, em geral, o raio atómico diminui ao longo do mesmo período, visto que a carga nuclear efectiva aumenta, a energia de ionização – energia a fornecer para remover o electrão mais energético da acção do núcleo – aumenta.

(E) Verdadeira. No estado fundamental a configuração electrónica do átomo de magnésio (

Mg) é:

1s

2s

2p

2p

2

2p

2

3s

, logo os electrões estão distribuídos por 6 orbitais.

(F) Falsa. Cada orbital é caracterizada por três números quânticos (n, S, m

) e fica totalmente preenchida não com três electrões, mas sim com dois electrões.

A orbital cujos números quânticos n, S , m

são 1, 0, 0 é a orbital 1s.

(G) Falsa. Da Tabela Periódica, verifica-se que o bromo pertence ao 4.° período, logo tem 4 níveis energéticos ocupados, donde se conclui que os electrões estão distribuídos por orbitais de número quântico principal, n, 1, 2, 3 e 4.

(H) Verdadeira. O magnésio pertence ao grupo 2 da Tabela Periódica, cujos elementos consti- tuem a família dos metais alcalino-terrosos, enquanto o bromo (grupo 17) integra a família dos halogéneos.

2.

2.1. v

= 343 m s

; v

= 1533 m s

. d

= d

= d

e

t

– t

= 9 s (2)

343 t

= 1533 t

§ t

= t

. Substituindo em (2), tem-se:

t

= 9 § t

= 11,6 s,

logo, d

= 343 * 11,6 § d

= 4,0 * 10

m.

A distância que separa os dois barcos é de 4,0 * 10

m.

1 ^{1 -} 1533 ³⁴³ 2

343 1533

§ v

t

= v

t

d

= v

t

d

= v

t

a b c

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2.2. As ondas sonoras são ondas mecânicas que necessitam de um meio material para se propaga- rem, enquanto as electromagnéticas não necessitam deste meio, propagando-se no vazio.

As ondas sonoras são ondas longitudinais e as electromagnéticas são ondas transversais.

Mais, a velocidade de propagação das ondas sonoras e das ondas electromagnéticas são diferen- tes, bem como as respectivas frequências (v = λ f).

2.3. (B). x = 2,0 * 10

sin (24 p t) (SI) (3)

Um sinal harmónico simples é expresso pela função x = A sin ( ω _{t) (4)}

onde A é a amplitude da oscilação e ω a frequência angular que está relacionada com o período, T, da oscilação por:

ω = (5)

Assim, comparando a equação (3) com a expressão (4), verifica-se:

A = 2,0 * 10

m, ω = 24 π rad s

e da expressão (5) determina-se o período:

24 p = § T = 8,3 * 10

s .

Da análise das alternativas apresentadas, pode afirmar-se que a correcta é a B, pois a frequência angular do movimento é 24 p rad s

.

3.

3.1. (C).

Da análise da figura 3 verifica-se:

– para uma qualquer temperatura, aumentando a pressão (comprimindo a mistura reaccional) a percentagem molar de amoníaco aumenta (por exemplo, a 500 °C, à pressão de 300 atm, é de cerca de 24% e à pressão de 500 atm é de aproximadamente 35%);

– aumentando a pressão, a temperatura constante, o equilíbrio evolui no sentido do aumento da percentagem molar do amoníaco, isto é, no sentido directo;

– a síntese do amoníaco é um processo exotérmico, visto que, ao diminuir a temperatura, a pres- são constante, a percentagem molar de amoníaco aumenta, isto é o sistema evolui no sentido directo de modo a contrariar a diminuição de temperatura, ou seja, no sentido exotérmico.

Desta análise conclui-se que a alternativa correcta é a C.

3.2. V = 2,00 L ; n

(NH

) = 0,080 mol ; n

(N

) = 0,96 mol ; n

(H

) = 2,88 mol . N

(g) + 3 H

(g) — 2 NH

(g)

A constante de equilíbrio, K

, para este processo é:

K

=

onde a concentração de equilíbrio de cada uma das espécies é:

[N

]

= ± [N

]

= § [N

]

= 0,48 mol L

; [H

]

= ± [H

]

= § [H

]

= 1,44 mol L

;

[NH

]

= ± [NH

]

= § [NH

]

= 0,040 mol L

. Substituindo na expressão da constante de equilíbrio, tem-se:

K

= § K

= 1,1 * 10

.

A constante de equilíbrio, à temperatura T

, é K

= 1,1 * 10

. 0,040

0,48 * 1,44

0,080 2,00 n

(NH

)

V

2,88 2,00 n

(N

)

V

0,96 2,00 n

(N

)

V 3NH

4

3N

4

3 H

4

2p T 2p

T

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3.3. (B).

V = 4,48 dm

Em condições PTN o volume molar de um gás é V

= 22,4 dm

mol

. Como a quantidade de amoníaco existente no balão é n =

e o respectivo número de moléculas é dado por N = n N

, então:

N = ± N = moléculas.

Da análise das alternativas propostas, a que permite determinar o número de moléculas de amo- níaco existente no balão é a B.

3.4. De acordo com os gráficos da figura 3, a síntese do amoníaco é exotérmica, e a extensão da reacção, pelo princípio de Le Chatelier, é favorecida a baixas temperaturas e elevadas pressões.

Contudo, devem ser utilizadas pressões moderadas de modo a aumentar a segurança do pro- cesso, uma vez que pressões muito elevadas aumentam o risco de acidente. Devem ser utilizadas temperaturas não muito baixas, dado que a rapidez da reacção directa diminui para temperaturas demasiado baixas.

O uso de um catalisador apropriado contribui para optimizar o processo, pois aumenta a rapidez com que se atinge o equilíbrio.

3.5. (B).

A geometria de uma molécula (distribuição espacial dos átomos que a constituem) é tal que seja mínima a intensidade das forças repulsivas, que se manifestam, essencialmente, entre os duple- tos ligantes e entre estes e os não ligantes.

O átomo de azoto tem 5 electrões de valência enquanto o de hidrogénio tem apenas 1 electrão de valência. Na molécula de amoníaco, o átomo de azoto (átomo central) está ligado a três átomos de hidrogénio por três dupletos ligantes e possui um dupleto não ligante.

A geometria da molécula de amoníaco é piramidal triangular, pois estes duple- tos, devido às forças repulsivas exercidas entre si, afastam-se o mais possível.

Os átomos de N e H localizam-se nos vértices de uma pirâmide triangular.

4. m = 300 kg; g = 10 m s

; v

= 0 e v

= 0 4.1. (C).

∆ E

= E

- E

§ ∆ E

= m g (h

- h

);

∆ E

= 300 * 10 (0 – 40,6) § ∆ E

= - 1,22 * 10

J.

Da análise das alternativas apresentadas, a correcta é a C.

4.2. Pela lei do trabalho-energia, tem-se W

= ∆ E

.

Como o atrito é desprezável no percurso de A a B, apenas o peso ( P) realiza trabalho, uma vez » que a reacção normal ( R »

) não realiza trabalho, pois é perpendicular à trajectória, logo há conser- vação de energia mecânica, isto é:

∆ E

= - ∆ E

e, consequentemente,

W

= - ∆ E

§ F

d

= - m g (h

– h

).

Recorrendo à 2.

Lei de Newton, F

= m a , e como (h

– h

) = - d

sin 50,0° , então,

m a d

= m g d

sin 50,0° § a = g sin 50,0° § a = 0,77 g . Uma vez que 0,77 g < 0,80 g, o percurso foi cumprido em segurança.

N H H H

4,48 * 6,02 * 10

22,4 V * N

V

V V

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4.3. v

= 24,8 m s

r = = ± r = 25,0 m

F

= m

Na trajectória circular F »

= » F

, então, m a = m § a = ;

a = § a = 24,6 m s

.

A aceleração do sistema no ponto C tem direcção radial, sentido centrípeto, para o centro da tra- jectória (de C para B) e módulo 24,6 m s

.

4.4. (C).

Em cada percurso da pista o valor da aceleração é constante, pelo que se eliminam de imediato os gráficos representados em B e em D.

Considerando positivo o sentido do movimento do sistema nas trajectórias rectilíneas, percursos AB, DE e EF, e considerando, em cada instante, positivo o sentido centrípeto na trajectória circu- lar, percurso BCD, tem-se:

– percurso BCD:

a aceleração centrípeta determinada em 4.3. é a = 24,6 m s

; – percurso AB:

a

= g sin 50,0° ± a

= 10 sin 50,0° § a

= 7,7 m s

; – percurso DE:

a

= g sin 30,0° ± a

= 10 sin 30,0° § a

= 5,0 m s

; – percurso EF:

a resultante das forças que actuam sobre o sistema neste percurso é igual à força de atrito, que actua em sentido contrário ao do movimento, logo, o valor da aceleração é negativo.

Assim, como o valor da aceleração no percurso AB apresenta um valor superior ao valor da acele- ração no percurso DE, o gráfico que melhor representa o valor da aceleração do sistema ao longo de todo o percurso é o apresentado em C.

4.5. Como a variação da energia cinética do sistema se mantém, da lei do trabalho-energia, W

= ∆ E

, conclui-se que o trabalho realizado pela resultante das forças terá de ser o mesmo, quando se diminui a intensidade da força de atrito.

Como W

= constante § F

d

= constante

há pois duas hipóteses para atingir o objectivo proposto:

– aumentar o comprimento do percurso EF, pois como F

= F

diminui de intensidade;

– inclinar, em relação à horizontal, o percurso EF, pois nesta situação a distância d

mantém-se, mas a resultante das forças tem a contribuição da componente tangencial do peso que, como a força de atrito, tem sentido oposto ao do deslocamento.

4.6. Todas as forças que actuam sobre o sistema, o peso, a reacção normal e a força centrípeta, são, em cada instante, perpendiculares à trajectória, logo não realizam trabalho. Assim, o trabalho realizado pela resultante das forças é nulo e, consequentemente, pela lei do trabalho-energia, W

= ∆ E

, a variação de energia cinética é também nula.

Desta análise, a conclusão que terá prevalecido no relatório elaborado pelos alunos é de que se a energia cinética, E

= mv

, se mantém constante, então, o módulo da velocidade do sistema é, tam- bém, constante.

1 2 24,8

25,0

v

r v

r v

r 50,0

2 BC

2

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