Exame Nacional (Modelo) de Física e Química A
Prova 715 | Ensino Secundário | 2018
11.º Ano de Escolaridade
Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho
Duração da Prova: 120 minutos | Tolerância: 30 minutos
14 páginas
Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta.
É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora científica.
Não é permitido o uso de corretor. Risque aquilo que pretende que não seja classificado.
Para cada resposta, identifique o grupo e o item.
Apresente as suas respostas de forma legível.
Apresente apenas uma resposta para cada item.
A prova inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica.
As cotações dos itens encontram-se no final do enunciado da prova.
Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Escreva, na folha de respostas, o
número do item e a letra que identifica a opção escolhida.
Nas respostas aos itens em que é pedida a apresentação de todas as etapas de resolução, explicite todos
os cálculos efetuados e apresente todas as justificações ou conclusões solicitadas.
Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens.
GRUPO I
Uma bola, de massa 200g, é atirada verticalmente para cima por uma criança, de uma altura acima do nível
do solo. A altura máxima atingida pela bola foi 5,6m em relação ao solo.
Considere desprezável a resistência do ar.
1. Selecione o gráfico que melhor traduz a relação entre o módulo da velocidade, v, e o tempo, t, a partir do
instante em que a bola é atirada pela criança até embater o solo.
(A)
(B)
(C)
(D)
2. A velocidade com que a bola chega ao solo
(A) depende da massa da bola.
(B) não depende da energia potêncial gravítica da bola no ponto de altura máxima.
(C) não depende das distâncias entre a bola e o centro da Terra.
(D) depende do referencial de posição adotado.
3. Após chegar à altura de 5,6m, a bola começou um movimento de queda até chegar ao solo. No embate
com o solo, a bola perdeu cerca de 24% da energia mecânica que tinha antes da colisão. Depois dessa
colisão, a bola ressaltou.
Determine o módulo da velocidade com que a bola saiu do solo após o embate.
Apresente todas as etapas de resolução.
4. A criança decide colocar a bola no chão e chutá-la, fazendo com esta percorra uma trajetória retilínea no
solo. No entanto, reparou que a sua velocidade permanecia constante.
Conclua o valor da intensidade da resultante das forças de atrito a atuar na bola.
Apresente num texto a justificação da conclusão solicitada.
GRUPO II
1. O urânio, U, é um elemento químico muito radioativo, usado em usinas nucleares para produção de
energia e também no fabrico de bombas atómicas.
1.1. O urânio possui inúmeros isótopos presentes na natureza, sendo o isótopo 238
92U o mais abudante.
Quantos neutrões possui esse isótopo do urânio? .
1.2. A água que bebemos diariamente possui pequenas quantidades de Urânio (A = 238,03).
Numa garrafa de água cheia de 33 cL, com uma concentração mássica em urânio de 13 μg/L, existem,
aproximadamente,
(A) 1,8×10-6 mol de átomos de urânio.
(B) 4,3×10-8 mol de átomos de urânio
(C) 1,8×10-8 mol de átomos de urânio.
(D) 4,3×10-6 mol de átomos de urânio
-1
1.3. O hexafluoreto de urânio, UF6 (M = 353,03 gmol ), é criado usando tetrafluoreto de urânio, UF4
-1
(M = 314,03 gmol ), que por sua vez é preparado por hidrofluoração de dióxido de urânio, UO2
(M = 270,03 gmol-1 ). Todo este processo pode ser traduzido pelas seguintes reações químicas:
UO2 (s) + 4HF (g) → UF4 (s) + 2H2 O (g) (1)
UF4 (s) + F2 (g) → UF6 (g) (2)
Foram adicionadas determinadas quantidades de dióxido de urânio, ácido fluorídico e flúor a um reator,
fazendo com que a reação decorra normalmente.
Sabendo que o rendimento de reação da produção de hexafluoreto de urânio usando tetrafluoreto de
urânio é de 68%, determine o volume de vapor de água, em condições PTN, que é libertado na
produção de 17,6g de hexafluoreto de urânio, UF6 .
Apresente todas as etapas de resolução.
2. O fluór e o oxigénio são dois elementos pertencentes ao mesmo período da Tabela Periódica. O difluoreto
de oxigénio, OF2 é um composto químico formado por estes dois elementos que possui uma geometria
muito semelhante à da molécula de água, H2 O.
2.1. A geometria da molécula de água é __________, e o seu ângulo de ligação tem um valor de,
aproximadamente, __________.
(A) angular … 107º
(B) tetraédrica … 104,5º
(C) tetraédrica … 107º
(D) angular … 104,5º
2.2. Tendo em conta a sua geometria molecular, quantos eletrões desemparelhados devem estar
representados na fórmula de estrutura da molécula de difluoreto de oxigénio, OF2 ?
2.3. Qual desses dois elementos (fluór e oxigénio) apresentará maior energia de ionização, tendo em conta
que respeitam a tendência geral de variação dessa energia ao longo da Tabela Periódica?
GRUPO III
A formação de óxido nítrico, NO, pode ser traduzida pela seguinte equação quimica:
N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2NO (g),
𝛥𝐻 > 0
1. Qual é o tipo de ligação que se estabelece na molécula de N2 ?
(A) Ligação iónica.
(B) Ligação covalente tripla.
(C) Ligação covalente dupla.
(D) Ligação covalente simples.
2. A reação de síntese do óxido nítrico diz-se
(A) irreversível, pois a reação acaba quando cessa um dos reagentes.
(B) reversível, e associada a ela está uma constante de equilíbrio, que pode variar com as quantidades
iniciais dos reagentes.
(C) irreversível, pois não é possível formar mais óxido nítrico no mesmo reator.
(D) reversível, e pode ser possível alterar as concentrações dos produtos da reação alterando a
temperatura.
3. Foram adicionadas determinadas quantidades de nitrogénio e oxigénio a um reator, com o intuito de
sintetizar óxido nítrico. A tabela seguinte mostra dados relevantes para o cálculo da quantidade de
óxido nítrico no equilibrio.
N2
Início
2a mol
Equilíbrio
5,04 g
O2
1,00 dm3 de uma solução:
ρ = 6,60 gdm-3
%(m/m) = 71 % em oxigénio
a mol
(a designa um número maior que 0)
3
O volume final da solução foi 1,0 dm .
Com base nestas informações, determine a concentração de óxido nítrico no equilibrio.
Apresente todas as etapas de resolução.
4. Considere que, a uma determinada temperatura, a velocidade da reação, 𝑣, era 0,2 mol de NO por
minuto (ou seja, eram produzidas 0,2 mol de NO por minuto) e que o rendimento da reação, ղ, era
35%. Decide-se colocar a reação sob a ação de um catalisador, nas mesmas condições de
temperatura e pressão. Quais podem ser os valores da velocidade e do rendimento da reação após a
adição do catalisador?
(A) v = 0,4 mol de NO por minuto e ղ = 40%
(B) v = 0,2 mol de NO por minuto e ղ = 35%
(C) v = 0,2 mol de NO por minuto e ղ = 40%
(D) v = 0,4 mol de NO por minuto e ղ = 35%
5. Preveja, de acordo com o princípio de Le Châtelier, o que acontecerá à concentração de óxido nítrico
caso haja um aumento da temperatura do meio onde a reação é realizada.
Apresente num texto a fundamentação da conclusão solicitada.
GRUPO IV
Uma solução de ácido fosfórico, H3 PO4 (Ka = 7,5×10-3 ), foi dissolvida em água, a 25 ºC. Este ácido pode
ionizar-se três vezes com a água, sendo a equação química da primeira reação:
H3 PO4 (aq) + H2 O (l) ⇌ H2 PO-4 (aq) + H3 O+ (aq)
1. Escreva a equação da reação de ionização do fosfato de di-hidrogénio, H2 PO-4 , com a água.
2. O ácido fosfórico, H3 PO4 , pode ser condiferado um ácido semi-fraco.
Indique uma característica dos ácidos fracos.
3. Na molécula de fosfato de di-hidrogénio, H2 PO-4 , o número de oxidação do fósforo, P, é:
(A) +5
(B) +2
(C) -11
(D) -6
4. Uma solução aquosa de ácido fosfórico, H3 PO4 , foi diluída. O fator de diluição que se considerou na
preparação desta solução diluída foi 4,0.
Após a diluição, a reação de ionização do ácido fosfórico com a água ocorreu; esta deu origem a uma
solução com 1,52 × 1021 moléculas de H3 PO4 e com um pH de valor 1,47.
Sabendo que durante a reação o volume da solução permaneceu constante, determine o valor da
concentração da solução concentrada inicial de H3 PO4 .
Apresente todas as etapas de resolução.
GRUPO V
Numa atividade laboratorial, os alunos tinham como objetivo determinar se é mais eficaz arrefecer água com
água a 0 ºC ou com gelo a 0 ºC. Para tal, os alunos realizaram dois ensaios:
Ensaio A – Acrescentaram 5mL de água (5g) a 0 ºC a um copo com 50mL (50g) de água a 15 ºC.
Ensaio B – Acrescentaram 5g de gelo a 0 ºC a um copo com 50mL (50g) de água a 15 ºC.
O ponto de fusão da água é 0 ºC.
1. Preveja em qual dos ensaios (A ou B) a temperatura final da água será menor.
Na sua resposta, apresente apenas o nome do ensaio solicitado.
2. No ensaio A, a porção de água mais quente libera energia sob a forma de calor, sendo alguma fornecida
à porção de água mais fria e o resto libertado para a vizinhança do ensaio. A energia é liberada pela
porção de água mais quente com uma potência de 75W.
Durante um intervalo de tempo de 12s, foram fornecidas, à porção de água fria, 675 J de energia sob a
forma de calor.
Neste intervalo de tempo, qual foi a percentagem de energia libertada para a vizinhança do ensaio?
(A) 33,3%
(B) 25,0%
(C) 11,1%
(D) 75,0%
3. Para medir a massa do cubo de gelo, foi utilizada uma balança digital que mede em gramas e cuja menor
divisão da escala é o miligrama.
Qual é a incerteza associada à medição na balança?
(A) ± 0,001 g
(B) ± 0,005 g
(C) ± 0,01 g
(D) ± 0,0005 g
4. Considere que se realiza um ensaio C onde se acrescenta um cubo de gelo de 5g, a 0 ºC, a um copo com
40g de água, a 15 ºC. A energia necessária à fusão de 1kg de gelo é 3,34 × 105 J.
Admita que durante o processo de arrefecimento da água do copo não houve trocas de energia com o
exterior.
Determine a temperatura final da água do copo neste ensaio.
Apresente todas as etapas de resolução.
GRUPO VI
1. O estudo dos movimentos circulares não só é útil para compreender fenómenos da nossa Terra como
também para compreender fenómenos do universo inteiro, nomeadamente o movimento de corpos
celestes.
1.1. Um berlinde descreve, com um módulo de velocidade constante de 0,21 m s-1 , uma circunferência
de raio 8 cm.
Para descrever uma circunferência completa, o berlinde demora, aproximadamente,
(A) 4,2 s.
(B) 0,24 s.
(C) 2,4 s.
(D) 0,42 s.
1.2. O planeta Vénus, pertencente ao Sistema Solar, efetua uma órbita aproximadamente circular em
torno do Sol, demorando cerca de 224 dias a percorrer a órbita completamente.
Selecione a expressão que traduz corretamente a relação entre a aceleração centrípeta do planeta
Vénus, ac , e o comprimento da órbita (perímetro), C.
(A) ac =
(B) ac =
(C) ac =
(D) ac =
2π C
(3,75×1014 )
8π3
(3,75×1014 ) C
2π C
(5,02×104 )
8π3
(5,02×104 ) C
(SI)
(SI)
(SI)
(SI)
2. Dois blocos (I e II) com a mesma massa foram colocados numa superfície horizontal de maneira a
que os seus centros de massa distassem 15m. Ambos foram submetidos a uma força. A força exercida
⃗⃗⃗⃗1 , e a força exercida no bloco II, F
⃗⃗⃗⃗2 , tinham a mesma intensidade. No bloco II, a força
no bloco I, F
fazia um ângulo de 30º com a superfície. Esta situação está representada na figura abaixo. Os corpos
partiram do repouso. Neste movimento, o atrito foi desprezável.
x
⃗⃗⃗1 | = |𝐹
⃗⃗⃗⃗2 |
|𝐹
I
⃗⃗⃗⃗
𝐹2
⃗⃗⃗
𝐹1
30º ------------- II
Passados 2,6 s, os blocos colidiram.
Considerando desprezáveis o atrito entre a superfície e os blocos e a distância entre os centros de
massa dos blocos no instante da colisão, determine o módulo da velocidade máxima atingida pelo
bloco II antes de embater o bloco I.
Apresente todas as etapas de resolução.
GRUPO VII
1. Foi colocado um corpo num ponto fixo do mar, oscilando conforme a intensidade da maré. Em dias de
mar agitado, a distância, em metros, da base do corpo ao nível médio das águas do mar relaciona-se por
uma expressão sinusoidal com o tempo, em segundos, a partir do instante em que começou a agitação.
Essa expressão é dada por d(t) = 8sin(0,5πt) (SI).
Através dela, podemos concluir que
(A) a distância entre o ponto máximo e o ponto mínimo da oscilação é 8 metros.
(B) o corpo realiza 0,25 oscilações por segundo.
(C) o período de oscilação é de 2 segundos.
(D) a frequência angular da oscilação tem um valor de 0,5 rads-1
2. Relativamente à onda sonora, podemos afirmar que
(A) a sua direção de propagação é perpendicular à direção de vibração das partículas.
(B) ela é complexa quando é descrita por funções harmónicas.
(C) ela se propaga mais rapidamente nos líquidos do que nos gases.
(D) quanto maior for a amplitude, maior é a altura do som.
3. Uma espira, de área 3,5×10-2 m2 , encontra-se num espaço onde há um campo magnético com uma
intensidade constante de 6,3T, durante um certo período de tempo. Conhecendo a força eletromotriz
induzida pela espira nesse intervalo, conseguimos determinar o fluxo magnético no instante final através
da seguinte expressão:
фf = 4,6εi + 0,185 (SI)
Sabendo que o fluxo magnético aumentou nesse período de tempo, determine o ângulo que o plano da
espira fazia com o campo magnético no instante inicial.
Apresente todas as etapas de resolução.
FIM