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EXAME FINAL NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO
Prova Escrita de Física e Química A
11.º Ano de Escolaridade
Decreto-Lei n.º 139/2012, de 5 de julho
Prova 715/1.ª Fase 16 Páginas
Duração da Prova: 120 minutos. Tolerância: 30 minutos.
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VERSÃO 1
Indique de forma legível a versão da prova.
Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta.
É permitida a utilização de régua, esquadro, transferidor e calculadora gráfica.
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.
TABELA DE CONSTANTES
Velocidade de propagação da luz no vácuo (^) c = 3,00 × 10^8 m s-
Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto à superfície da Terra
g = 10 m s-
Constante de Gravitação Universal (^) G = 6,67 × 10-11^ N m^2 kg-
Constante de Avogadro (^) N A = 6,02 × 10^23 mol-
Constante de Stefan-Boltzmann v = 5,67 × 10-8^ W m-2^ K-
Produto iónico da água (a 25 °C) (^) K w = 1,00 × 10-
Volume molar de um gás (PTN) V m = 22,4 dm^3 mol-
FORMULÁRIO
- Conversão de temperatura (de grau Celsius para kelvin) ....................................... T = i + 273,
T – temperatura absoluta (temperatura em kelvin) i – temperatura em grau Celsius
- Densidade (massa volúmica) .......................................................................................... t =
m — m – massa V V – volume
- Efeito fotoelétrico ............................................................................................................. E rad = E rem + E c
E rad – energia de um fotão da radiação incidente no metal E rem – energia de remoção de um eletrão do metal E c – energia cinética do eletrão removido
- Concentração de solução ................................................................................................ c =
n — n – quantidade de soluto V V – volume de solução
- Relação entre pH e concentração de H 3 O+^ ........................................... pH = - log {[H 3 O+] / mol dm-3}
- 1.ª Lei da Termodinâmica ............................................................................................... D U = W + Q + R
D U – variação da energia interna do sistema (também representada por D E i) W – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de trabalho Q – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de calor R – energia transferida, entre o sistema e o exterior, sob a forma de radiação
- Lei de Stefan-Boltzmann ................................................................................................. P = e vAT^4
P – potência total irradiada pela superfície de um corpo e – emissividade da superfície do corpo v – constante de Stefan-Boltzmann A – área da superfície do corpo T – temperatura absoluta da superfície do corpo
- Energia ganha ou perdida por um corpo devido à variação
da sua temperatura ............................................................................................ E = m c D T m – massa do corpo c – capacidade térmica mássica do material de que é constituído o corpo D T – variação da temperatura do corpo
- Taxa temporal de transferência de energia, sob a forma
de calor, por condução .......................................................................................
Q –— D t
= k
A –— l
D T Q – energia transferida, sob a forma de calor, por condução, através de uma barra, no intervalo de tempo D t k – condutividade térmica do material de que é constituída a barra A – área da secção da barra, perpendicular à direção de transferência de energia l – comprimento da barra D T – diferença de temperatura entre as extremidades da barra
TABELA PERIÓDICA
(^55) Cs 132,
(^56) Ba 137,
57- Lantanídeos
(^72) Hf 178,
(^73) Ta 180,
(^74) W 183,
(^75) Re 186,
(^76) Os 190,
77 Ir 192,
78 Pt 195,
(^79) Au 196,
(^80) Hg 200,
81^ T 204,
(^82) Pb 207,
(^83) Bi 208,
(^84) Po [208,98]
(^85) At [209,99]
(^86) Rn [222,02]
(^37) Rb 85,
38 Sr 87,
39^ Y 88,
40 Zr 91,
(^41) Nb 92,
(^42) Mo 95,
(^43) Tc 97,
(^44) Ru 101,
(^45) Rh 102,
(^46) Pd 106,
(^47) Ag 107,
(^48) Cd 112,
49 In 114,
(^50) Sn 118,
(^51) Sb 121,
(^52) Te 127,
53^ I
126,
(^54) Xe 131,
19^ K 39,
(^20) Ca 40,
(^21) Sc 44,
22 Ti 47,
23^ V 50,
(^24) Cr 52,
(^25) Mn 54,
(^26) Fe 55,
(^27) Co 58,
28 Ni 58,
(^29) Cu 63,
(^30) Zn 65,
(^31) Ga 69,
(^32) Ge 72,
(^33) As 74,
(^34) Se 78,
(^35) Br 79,
(^36) Kr 83,
(^11) Na 22,
(^12) Mg 24,
13 A 26,
14 Si 28,
15^ P 30,
16^ S 32,
17^ C 35,
(^18) Ar 39,
(^3) Li 6,
(^4) Be 9,
(^5) B 10,
(^6) C 12,
(^7) N 14,
(^8) O 16,
(^9) F 19,
(^10) Ne 20,
(^1) H 1,
(^2) He 4,
(^90) Th 232,
(^91) Pa 231,
92^ U 238,
(^93) Np [237]
(^94) Pu [244]
(^95) Am [243]
(^96) Cm [247]
(^97) Bk [247]
(^98) Cf [251]
(^99) Es [252]
(^100) Fm [257]
101 Md [258]
102^ No [259]
103^ Lr [262]
(^58) Ce 140,
(^59) Pr 140,
(^60) Nd 144,
(^61) Pm [145]
(^62) Sm 150,
(^63) Eu 151,
(^64) Gd 157,
(^65) Tb 158,
(^66) Dy 162,
(^67) Ho 164,
(^68) Er 167,
(^69) Tm 168,
(^70) Yb 173,
(^71) Lu 174,
87 Fr [223]
(^88) Ra [226]
89-103Actinídeos
105 Db [262]
104^ Rf [261]
107 Bh [264]
108 Hs [277]
109^ Mt [268]
Número atómico
Elemento
Massa atómica relativa
110 Ds [271]
(^111) Rg [272]
(^57) La (^89) Ac [227] 138,
106 Sg [266]
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 unicamente valores numéricos das grandezas referidas na prova (no enunciado dos itens, na tabela de
constantes e na tabela periódica).
Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens.
GRUPO I
1. Uma bola move-se segundo uma trajetória retilínea.
Considere que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).
Admita que a componente escalar da posição, x , da bola em relação a um determinado referencial
unidimensional O x varia com o tempo, t , de acordo com a equação
x = 2 4 , − 2 0, t + 0 60, t^2 ^SI h
1.1. A que distância se encontra a bola da origem do referencial O x considerado, no instante t = 0,0 s?
1.2. A componente escalar, segundo o referencial O x considerado, da velocidade, vx , da bola varia com o
tempo, t , de acordo com a equação
(A) v x = −2 0 , + 1 2, t ^SI h
(B) v x = 2 4, − 2 0, t ^SI h
(C) v x = −2 0 , + 0 60, t ^SI h
(D) v x = 2 4, − 4 0, t ^SI h
1.3. Determine a distância percorrida pela bola no intervalo de tempo 6 0 0 3 0 , ; , @ s, utilizando as
potencialidades gráficas da calculadora.
Na sua resposta:
- apresente um esboço do gráfico da componente escalar da posição, x , da bola em função do
tempo, t , desde o instante t = 0,0 s até, pelo menos, ao instante t = 3,0 s;
- indique, no esboço apresentado, os valores de x necessários ao cálculo daquela distância;
- apresente o valor da distância percorrida pela bola no intervalo de tempo considerado.
GRUPO II
1. Uma bobina, cujos terminais estão ligados a um osciloscópio, roda numa zona do espaço onde existe um
campo magnético uniforme.
A Figura 2 representa o sinal registado no ecrã do osciloscópio quando este tem a base de tempo regulada
para 5 ms / div e a escala vertical regulada para 2 V / div.
Figura 2
Qual das expressões seguintes pode traduzir a tensão, U , desse sinal em função do tempo, t?
(A) U = 6 0, sin^ 80 r t h (SI)
(B) U = 6 0, sin^1 2 , # 10 2 r t h (SI)
(C) U = 12 0, sin^ 80 r t h (SI)
(D) U = 12 0, sin^1 2 , # 10 2 r t h (SI)
2. Uma outra bobina, formada por 500 espiras quadradas de lado 8 0, # 10 -^2 m, está em repouso numa
zona do espaço onde existe um campo magnético uniforme, B , perpendicular aos planos das espiras.
Admita que, num dado intervalo de tempo, a intensidade do campo
magnético, B , varia com o tempo, t , de acordo com o gráfico
representado na Figura 3.
Determine o módulo da força eletromotriz induzida nos terminais da
bobina, no intervalo de tempo 6 0 0 2 0 , ; , @ s.
Apresente todas as etapas de resolução.
B / T
0,0 2,0 t / s
Figura 3
GRUPO III
Quando um corpo desliza ao longo de um plano inclinado, ocorre, geralmente, dissipação de parte da
energia mecânica do sistema corpo + Terra.
Numa aula laboratorial de Física, pretendia-se investigar se a energia dissipada e a intensidade da
resultante das forças de atrito que atuam num corpo que desliza ao longo de um plano inclinado dependem
da distância percorrida pelo corpo e dos materiais das superfícies em contacto.
Na Figura 4, está representada uma montagem semelhante à utilizada nessa aula laboratorial.
Paralelepípedo
Tira de cartolina
D x
Calha
Cronómetro digital
Célula fotoelétrica
Figura 4
Nos ensaios efetuados, foi utilizado um paralelepípedo de madeira cujas faces laterais, de igual área, se
encontravam revestidas por materiais diferentes. Em cada conjunto de ensaios, o paralelepípedo, deslizando
sobre a calha sempre apoiado numa mesma face, foi abandonado em diversas posições, percorrendo assim
distâncias diferentes até passar pela célula fotoelétrica.
O cronómetro digital ligado à célula fotoelétrica permitiu medir o intervalo de tempo que a tira de cartolina
fixada no paralelepípedo demorava a passar em frente dessa célula.
No tratamento e na interpretação dos resultados experimentais obtidos, considerou-se desprezável a
resistência do ar.
1. Para medir a largura, D x , da tira de cartolina utilizou-se uma régua com uma escala cuja menor divisão é 1 mm.
Qual é a incerteza associada à escala dessa régua?
2. Num dos ensaios realizados, o paralelepípedo, de massa 90 48, g, foi abandonado numa determinada
posição sobre a calha, tendo percorrido 0,870 m até a tira de cartolina passar em frente da célula fotoelétrica.
Nesse deslocamento, a altura a que o paralelepípedo se encontrava em relação a um mesmo nível de
referência diminuiu 0,420 m.
No ensaio realizado, a tira de cartolina, de largura D x = 1,50 cm, demorou 1 08, # 10 -^2 sa passar em frente
da célula fotoelétrica.
Calcule a intensidade da resultante das forças de atrito que atuaram no paralelepípedo, naquele ensaio.
Admita que essa resultante se manteve constante.
Apresente todas as etapas de resolução.
GRUPO IV
1. Uma lata contendo uma amostra de um refrigerante sem gás foi exposta à luz solar.
Na Figura 5, está representado o gráfico da temperatura, i , da amostra em função do tempo, t , de exposição
da lata à luz solar, no intervalo de tempo em que os dados foram registados.
t / min
i / ºC
Figura 5
1.1. Considere que a capacidade térmica mássica do refrigerante é 4 2, # 10 3 J kg -^1 oC-^1 e que a massa
da amostra é 0,34 kg.
Qual foi a variação da energia interna da amostra, no intervalo de tempo 5 0 76 ;? min?
1.2. Admita que a potência da radiação incidente na superfície da lata se manteve constante no intervalo
de tempo em que os dados foram registados.
No intervalo de tempo 5 0 76 ;? min, terá ocorrido uma diminuição
(A) da taxa temporal de absorção de energia pela superfície da lata.
(B) da taxa temporal de emissão de energia pela superfície da lata.
(C) da diferença entre as taxas temporais de absorção e de emissão de energia pela superfície da lata.
(D) da soma das taxas temporais de absorção e de emissão de energia pela superfície da lata.
2. Considere a amostra do refrigerante, de massa 0,34 kg e à temperatura de 27 ºC, e uma outra amostra do
mesmo refrigerante, de massa 0,20 kg e à temperatura de 5 ºC.
Admita que estas amostras foram misturadas num recipiente termicamente isolado e que a transferência
de energia entre a mistura e o recipiente foi desprezável.
Qual das expressões seguintes permite calcular a temperatura, i e , à qual a mistura atingiu o equilíbrio
térmico?
(A) ^0 34 , + 0 20, h # ^ i e − 27 h = ^0 34 , + 0 20, h #^ i e− 5 h
(B) 0 34, # ^ i e − 27 h = 0 20, #^ i e− 5 h
(C) ^0 34 , + 0 20, h # ^ i e − 27 h = − ^0 34 , + 0 20, h #^ i e− 5 h
(D) 0 34, # ^ i e − 27 h = − 0 20, #^ i e− 5 h
3. As latas de refrigerantes podem ser feitas de aço ou de uma liga de alumínio.
Na tabela seguinte, estão registados os valores de duas propriedades físicas do alumínio e de um
determinado aço.
Capacidade térmica
mássica / J kg -^1 oC -^1
Condutividade
térmica / W m -^1 oC -^1
Alumínio 897 237
Aço 486 52
Uma chapa de alumínio e uma chapa do aço considerado, de igual área, foram submetidas a uma mesma
diferença de temperatura entre as respetivas faces.
Para que a potência transferida através das chapas seja a mesma, a espessura da chapa de alumínio
deverá ser cerca de
(A) 1,8 vezes menor do que a espessura da chapa de aço.
(B) 1,8 vezes maior do que a espessura da chapa de aço.
(C) 4,6 vezes maior do que a espessura da chapa de aço.
(D) 4,6 vezes menor do que a espessura da chapa de aço.
3. O dióxido de carbono reage com a água, dando origem ao ácido carbónico, H 2 CO 3 (aq ).
Esta reação pode ser traduzida por
CO 2 (aq ) + H 2 O ( l )? H 2 CO 3 (aq ) (1)
O ácido carbónico, H 2 CO 3 (aq ), é um ácido diprótico fraco cuja reação de ionização global em água pode
ser traduzida por
H CO 2 3 ^aq h + 2 H O l 2 ^h? CO 32 −^ ^aq h + 2 H O 3 +^aqh (2)
3.1. Quais das seguintes espécies constituem um par ácido-base conjugado?
(A) H 2 O ( l ) e CO 32 - ^aq h
(B) H 2 CO 3 (aq ) e H 3 O+(aq )
(C) H 3 O+(aq ) e H 2 O ( l )
(D) H 2 CO 3 (aq ) e CO 32 - ^aq h
3.2. Durante o intervalo de tempo em que os dados foram registados, libertou-se CO 2 (g).
Justifique, com base no Princípio de Le Châtelier, o aumento do pH da amostra da água gaseificada
nesse intervalo de tempo.
Tenha em consideração as reações (1) e (2) acima representadas.
4. A concentração de iões Ca2+(aq ) na amostra da água gaseificada é 2 54, # 10 -^3 mol dm-^3 , e o produto de
solubilidade do carbonato de cálcio, CaCO 3 , é 4 5, # 10 -^9 , a 25 °C.
Qual é a concentração mínima de iões carbonato, CO 32 -^ ^aq h, na amostra da água gaseificada, a 25 °C,
a partir da qual poderá ocorrer a precipitação de CaCO 3?
(A) 1 8, # 10 -^6 mol dm-^3
(B) 6 7, # 10 -^5 mol dm-^3
(C) 1 3, # 10 -^3 mol dm-^3
(D) 2 5, # 10 -^3 mol dm-^3
GRUPO VI
O dióxido de carbono, CO 2 , reage com o hidrogénio, H 2 , formando-se monóxido de carbono, CO, e vapor de
água. A reação em fase gasosa pode ser traduzida pela equação química
CO 2 (g) + H 2 (g)? CO(g) + H 2 O(g)
1. Nesta reação, a variação do número de oxidação do hidrogénio (H) é
(A) - 1
(B) + 1
(C) + 2
(D) - 2
2. Num reator com a capacidade de 10,00 L, foi introduzida, à temperatura de 700 °C, uma mistura gasosa
inicialmente constituída por 0,300 mol de CO(g) e por 0,300 mol de H 2 O(g).
2.1. Qual é a quantidade total de átomos existente na mistura gasosa?
(A) 1 50, mol
(B) 1 20, mol
(C) 0 900, mol
(D) 0 600, mol
2.2. Calcule a densidade da mistura gasosa no reator.
Apresente todas as etapas de resolução.
2.3. Quando o sistema químico atingiu um estado de equilíbrio à temperatura de 700 °C, existia no reator
uma quantidade de CO(g) igual a 42,3% da quantidade inicial deste gás.
Determine a constante de equilíbrio, K c, a 700 °C, da reação traduzida pela equação química acima
apresentada, a partir das concentrações de equilíbrio de cada uma das espécies envolvidas na reação.
Apresente todas as etapas de resolução.
COTAÇÕES
Grupo
Item
Cotação (em pontos)
I
1.1. 1.2. 1.3. 2.1. 2.2.
5 5 10 5 10 35
II
1. 2.
5 10 15
III
1. 2. 3. 4.
5 15 5 5 30
IV
1.1. 1.2. 2. 3.
5 5 5 5 20
V
1. 2. 3.1. 3.2. 4.
5 5 5 15 5 35
VI
1. 2.1. 2.2. 2.3. 5 5 10 15 35
VII
1. 2. 3. 4. 5.
5 5 5 5 10 30
TOTAL 200
