física e química?
a
bsolutamente!
Exame Final Nacional de Física e Química A| prova 715| 2018|2ª fase|Versão 1 Proposta de Resolução - v1.0
Grupo I
11ºano|Física|Mecânica item 1.1
O referencial unidimensional com origem no solo e sentido positivo de baixo para cima poderá ser representado como o da figura.
A componente escalar da posição, y, da bola é descrita por y = 1 2 + 6 0 − 5 0, 0 , t , t2… indicando que a aceleração é negativa pelo que a podemos representar pelo vetor na figura ao lado.
Como , o vector terá a mesma direção, sentido e ponto de aplicação que o
vector , pelo que a opção correta é a opção B
item 1.2
A altura máxma, yMax corresponde ao momento em que ocorre inversão do movimento pelo que a velocidade v, nesse instante, é nula:
yMax ⇒v = 0
calculamos a altura máxima, yMax através da equação do movimento, y = 1 2 + 6 0 − 5 0, 0 , t , t2, mas para isso teremos que determinar o instante t, em que essa posição é atingida.
pela equação do movimento sabemos que: a posição inicial y0 = 1,20 m
a velocidade inicial, V0 = 6,0 m s-1 a aceleração, a = -10 m s-2
Assim, a equação das velocidades será: v = 6 0 − 1 , 0t como, yMax ⇒v = 0, fica : 0 = 6 0 − 1 ⇔ t = 0 6 , 0t , s
Este instante corresponde ao momento em que a bola inverte o sentido ou seja, atinge a altura máxima. Desta forma, substituindo t na equação do movimento:
, 0 , , , , m
yMax = 1 2 + 6 0 × 0 6 − 5 0 × 0, 62 ⇔yMax = 3 0
Como a bola parte da posição 1,20 m a distância percorrida, d, será yMax− y0 = 3 0 − 1 2 = 1 8 , , 0 , m Item 2
Tratando-se de um movimento circular uniforme (módulo da velocidade constante) a única força aplicada na bola será a força centrípeta FC, assim a intensidade da força resultante, FR é:
FR = FC = m × ac
Pelo que para a calcular teremos que determinar o valor da aceleração centrípeta ac
como
a
c=
vr
e 2r, v = ω
sendo
ω =
2πT em que ωé a velocidade angular, r o raio, v a velocidade e T o período de rotação. como a bola dá 20 voltas em 8,1 s podemos dizer que: …5, 1 rad s
ω =
20×2π8,2⇔
ω = 1 5
−1 logo, v = 1 5 × 0 2 ⇔ v = 3 45, 1 , 2 , 1 m s−1ea
c=
3,410,222, 5 m s
2⇔
a
C= 5 9
−2 então, FR = 0 0, 58× 5 9 ⇔ F2, 5 R= 3 1, N Grupo II10ºano|Física|Energia e sua conservação
Item 1
a distância percorrida será, d = 1 3 − 0 2 = 1 1, 0 , 0 , 0 m . Desta forma a opção correta será a opção A.
item 2
Sabemos que pela equação EP g = mgh, a energia potencial gravítica é máxima quando a altitude é máxima. Pela análise do gráfico da figura, podemos verificar que a altitude máxima h, do 2º ressalto é atingida no instante, t.
Assim, pela leitura do gráfico, podemos concluir que a energia potencial gravítica do sistema bola + Terra é máxima quando t = 1,68s
Item 3
Vamos considerar que desde que a bola abandona o solo até que atinge a altura máxima, não há dissipação de energia. Desta forma Em = constante ⇔ΔEm = 0
Assim, podemos dizer que a energia mecânica no momento em que a bola sai do solo (A) é igual à energia mecânica no momento em que a bola atinge a altura máxima (B) e como Em = EC + Epg, podemos escrever: EC(A)+ Epg(A)= EC(B)+ Epg(B)
No momento em que a bola sai do solo (A), a energia potencial gravítica é nula Epg(A)= 0, e no momento em que a bola atinge a altura máxima (B) a energia cinética é nula, EC(B)= 0 ,
ficando EC(A)= Epg(B), o que é equivalente a escrever:
em que:
● v(A) velocidade com que a bola abandona o solo ● h(B) altura máxina (0,37 m)
● g módulo da aceleração gravítica (10 m s-2) Substituindo:
o que equivale à opção A
Item 4
A bola ao ressaltar no solo vai fazer com que o sistema bola-terra perca energia, fazendo com que haja uma diminuição da respectiva energia mecânica.
Em = EC + Epg
Quando a bola atinge a altura máxima a energia cinética é nula, sendo a energia mecânica igual à energia potencial gravítica. Como:
gh Epg = m
havendo diminuição da energia mecânica a cada um dos ressaltos, a energia potencial gravítica irá ser sucessivamente menor o que irá fazer com que a altura, h, atingida pela bola seja também menor.
Grupo III
10ºano|Física|Energia e sua conservação
Item 1.1
Analisando o gráfico podemos concluir que para aumentar de 10oC uma amostra de 500g de ferro serão necessários fornecer 2246 J (energia útil)
Na prática necessitámos de uma fonte de potência de 40 W a funcionar durante 1,6 minutos para obter o mesmo efeito. A energia fornecida à amostra pode ser calculada da seguinte forma:
(o tempo terá de vir em segundos, pelo que se multiplica 1,6 minutos por 60 segundos) Assim o rendimento será:
pelo que a opção correta será a opção C
Item 1.2
e
Como ferro vai fornecer energia à água e a água irá receber a energia do ferro. podemos escrever ou seja:
A temperatura da água irá aumentar e a do ferro diminuir até que fiquem ambos à mesma temperatura final (temperatura de equilíbrio, Ө)
Como
● massa de água, mágua = 1,5 kg ● massa do ferro, mFe = 0,850 kg
● capacidade térmica mássica da água, cágua = 4,18 x 103 J kg-1 K-1 ● Temperatura inicial da água, Өágua = 20,0 oC
● Temperatura inicial do ferro, ӨFe = 70,0 oC podemos reescrever (3) como,
para resolvermos (4) em ordem a Ө, teremos que determinar cFe. Para isso vamos recorrer ao gráfico:
O gráfico indica a quantidade de energia necessária para aquecer 10 oC, 500 g de ferro, sendo que a respectiva capacidade térmica mássica se define como sendo a energia necessária para aumentar 1 oC, 1 kg de Ferro.
Atendendo a que o gráfico representaΔ = fθ (E)como sendo uma função linear podemos, a partir da
expressão (2), escrever:
onde representa o declive da reta. Assim para calcularmos cFe, podemos escrever:
Como estes valores são para 500 g de ferro, ficará:
Substituindo este valor na expressão (4), ficará:
Logo a temperatura de equilíbrio do sistema água + esfera será 22,9 oC Item 2
Se são necessários 2,47 x 102 kJ para fundir 1 kg de ferro nas condições do enunciado, então que quantidade de energia será necessária para fundir 500 g (0,500 kg)?
Aqui iremos pela via da proporcionalidade direta tendo o cuidado de utilizar unidades S.I.
Sendo correta a opção C. Grupo IV
11ºano|Física|Ondas e eletromagnetismo
Item 1.1
O esquema ao lado mostra em que condições o fluxo é máximo. O fluxo magnético é dado pela seguinte expressão:
Onde B, será a intensidade do campo, A, a área da espira e α, o ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular ao plano da espira, sendo o fluxo máximo para um ângulo de 0o. No entanto, no nosso caso, pede-se a amplitude do ângulo entre a direção do campo e o plano das espiras para que o fluxo seja máximo pelo que a amplitude, como mostra o esquema, será de 90o
Item 1.2
Estando a bobina imóvel, e sendo o fluxo magnético dado por:
Podemos concluir que o fluxo magnético será proporcional à intensidade do campo, B, ou seja:
pelo que escolhemos a opção D. Item 2.1
A função que descreve um sinal sinusoidal é dada por:
Fazendo a analogia entre as expressões referentes às duas bobinas e (1) podemos concluir que:
sendo A, a amplitude (que dependerá do número de espiras, da área e da intensidade do campo) e ω, a velocidade angular, conclui-se que a opção correcta é a Opção D
Item 2.2
A força eletromotriz gerada nos polos da bobina I é dada pela expressão:
Assim podemos concluir que a amplitude do sinal é 7,5X10-2 V ou 75 mV
Como a velocidade angular, ω, é 20π rad s-1 podemos calcular o valor do período, T
Analisando a figura podemos concluir que a opção correta será a Opção B
Grupo V
11ºano|Química|Reações em sistemas aquosos
10ºano|Química|Propriedades e transformações da matéria
Item 1.1
Analisando a equação química, podemos observar que o cobre metálico (n.o = 0) oxida-se, transformado-se no ião Cu2+ (n.o = +2). Desta forma o ião nitrato (NO3-) comporta-se como oxidante.
Considerando que no NO3- o n.o.(O) = -2 e que a carga total do ião é -1, podemos calcular o número de oxidação do nitrogénio, n.o.(N), da seguinte forma:
No caso do NO2 o n.o.(N) é calculado da seguinte forma:
Podemos concluir, assim que o n.o.(N) varia de +5 para +4, sendo a opção correcta a Opção A Item 1.2
Pela estequiometria da equação química, 1 mol de cobre reagirá com 4 mol de HNO3, como temos uma solução de HNO3 com C = 14 mol dm-3, em 500cm3 de solução. Como 500 cm3 = 0,500 dm3 podemos escrever:
então para gastarmos os 7 mol de HNO3 vamos necessitar de:
o que corresponde a uma massa de cobre, uma vez que:
Logo a opção correta será a opção C
Item 2.1
Pretende-se calcular a massa volúmica, ρ, da solução ácido nítico:
onde m, é a massa de solução e V, o respectivo volume. Como sabemos que a solução contém 22% em massa de HNO3, sabemos que em 100g de solução existem 22g de HNO3. Assim vamos considerar a massa de
solução, m, como sendo 100g.
Agora, falta-no calcular o volume de solução que contém 22g de ácido nítrico (correspondente às 100g) sabendo que a sua concentração é 3,94 mol dm-3
Para isso vamos determinar a quantidade, n, correspondente a 22g de HNO3, como M(HNO3) = 63,02 g mol-1, podemos escrever:
Agora só nos falta determinar o volume V, de solução que contém 0,349 mol de HNO3 (existentes em 100g de solução),
Por fim, determinamos a massa volúmica:
Item 2.2.1
A ionização do ácido pode ser descrita pela seguinte equação química.
Como o HNO3 é um ácido forte, a sua ionização considera-se completa. Assim,
em 250 cm3 iremos ter:
Isto indica que existe 1,97 x 10-3 mol de cada um dos iões, NO3- e H3O+, num total de 3,94 x 10-3 mol de iões. Assim temos um total de 3,94 x 10-3 x 6,022 x 10 23 = 2,37 x 1021 iões, logo a opção correta é a Opção D.
Item 2.2.2
A ionização do ácido pode ser descrita pela seguinte equação química.
Como o HNO3 é um ácido forte, a sua ionização considera-se completa. Assim,
Sabendo a concentração de H3O+, [H3O+], calculamos a concentração de OH-, [OH-]:
Grupo VI
11ºano|Química|Reações em sistemas aquosos
10ºano|Química|Propriedades e transformações da matéria
Item 1.1
A constante de acidez é calculada com base na seguinte expressão:
Primeiro calculamos a concentração do ião H3O+ no equilíbrio e tendo em conta a estequiometria da reação, podemos dizer que [H3O+] = [F-], Assim: [H3O+] = [F-] = 10-2,14 = 7,24 x 10-3 mol dm-3
Falta-nos calcular concentração de ácido fluorídrico não ionizado existente no equilíbrio que nos é dada pela diferença entre a concentração de HF inicial e o que sofreu ionização:
[HF] = 0,080 - 7,24 x 10-3 = 7,28 x 10-2 mol dm-3
E, por fim, o cálculo da constante de acidez do ácido fluorídrico, a 25 ºC
Item 1.2
Os iões OH- (aq), provenientes da solução adicionada, reagem com os iões H3O+ existentes na solução de ácido fluorídrico, o que conduz a uma diminuição da concentração do ião H3O+
De acordo com o princípio de Le Châtelier, a diminuição da concentração do ião H3O+ favorece a reação que conduz a um aumento da concentração deste ião, pelo que a quantidade de ácido ionizado em solução aumentará.
Item 1.3
item 1.4
Primeiro teremos que converter a concentração mássica, 4,0 x 10-2 g dm-3 em concentração molar. Para tal teremos que converter a massa,m em quantidade química, n, através da expressão:
como, M(HF)= 20,01 g mol-1, fazendo as respectivas substituições em (1), temos:
Assim sendo a concentração desejada , Cf, será 2,0x10-3 mol dm-3
Sabendo que o número de moles de HF na solução final, nf, é igual ao número de moles de HF retirados da solução inicial, ni, ou seja nf=ni e como n=C X V, podemos escrever:
onde Vf, é o volume desejado, Ci, a concentração da solução inicial e Vi o volume a retirar da solução inicial. Assim:
Será necessário medir 12,5 cm3 de solução inicial.
Item 2
O produto de solubilidade é dado pela seguinte expressão:
(1)
Tendo em conta a estequiometria da reação podemos dizer que [Pb2+] = s e [F-] = 2s. Substituindo em (1) temos:
Logo a opção correcta é a opção B.
Grupo VII
10ºano|Química|Elementos químicos e sua organização
Item 1
A estrutura de Lewis da molécula HF pode-se representar da seguinte forma:
Apresentando a molécula um total de 4 pares electrónicos de valência, dos quais 3 são não ligantes. Opção C Item 2
Fazendo a distribuição electrónica do flúor e do cloro,
podemos verificar que:
❏ Electrões em orbitais s (F - 4; Cl - 6)
❏ electrões em orbitais do cerne do átomo (F - 2; Cl - 10) ❏ orbitais completamente preenchidas (F - 4; Cl - 8) ❏ orbitais semipreenchidas (F - 1; Cl - 1)
Logo a opção correta será a Opção D.
Item 3
As riscas visíveis no espectro de emissão do átomo de hidrogénio correspondem a transições para o nível de energia 2 (n = 2). As transições para n = 1 são na zona do U.V. (mais energéticas) e as transições para n = 3 e superiores são na zona dos I.V.
Assim sendo, a energia de transição da primeira risca é representada por E1 e a da segunda (mais energética) é representada por E2. Desta forma, a energia de transição pretendida (transição do electrão de n=4 para n=3) é E3.
Com base no esquema, podemos dizer que E3 = E2 - E1 → E3 = - 4,1 x 10-19 - (-3,0 x 10 -19) = - 1,1 x 10-19 J A Opção D é a opção correcta.
Item 4
A fração molar do HF pode ser calculada da seguinte forma:
Como já nos dão as frações molares de N2, e He, podemos calcular a fração molar de HF com base no facto de que a soma de todas as frações molares será 1:
logo a opção correcta será a Opção A.
