Exame Final Nacional Modelo de Física e Química A

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Exame Final Nacional Modelo de Física e Química A Prova 715 | 1.ª Fase | Ensino Secundário | 2023 11.º Ano de Escolaridade

Duração da Prova: 120 minutos. | Tolerância: 30 minutos. 15 Páginas

Indique de forma legível a versão da prova.

Utilize apenas caneta ou esferográfica de tinta azul ou preta.

Apresente apenas uma resposta para cada item.

A prova inclui uma tabela de constantes, um formulário e uma tabela periódica.

Nas respostas aos itens de escolha múltipla, selecione a opção correta. Escreva, na folha de respostas,

Utilize os valores numéricos fornecidos no enunciado dos itens.

VERSÃO 1

PROVA MODELO 2

Pode conter erros

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TABELA DE CONSTANTES

Capacidade térmica mássica da água líquida

Constante de Avogadro N_A 6 02 10, # ²³mol ¹

Constante de gravitação universal G 6 67 10, # ¹¹N m kg² ²

Índice de refração do ar n 1,000

Módulo da aceleração gravítica de um corpo junto

à superfície da Terra g 9,80 m s ²

Módulo da velocidade de propagação da luz no vácuo c 3 00 10, # ⁸m s ¹

Produto iónico da água (a 25 ^oC)

Volume molar de um gás (PTN) V_m 22 4, dm m l³ q ¹

FORMULÁRIO Quantidade, massa e volume

n NN

A M mn V Vn

m t Vm

Soluções

c Vn x nn

A total

A pH –log {[H₃O⁺] / mol dm^–3}

Energia E_c —¹

2 m v² E_pg m g h E_m E_c + E_p P Et

D W F d cosa

/

W DE_c

i ⁱ Fg D pg

U RI P RI² U f r I

E m c T U W + Q E AP

r

Mecânica

x x₀ v t₀ ₂¹at² v v₀ + at a vr

c 2

2Tr

~ v r

ma F G

r

g m m1 22

Ondas e eletromagnetismo

m v U B Acosa f DU^m

, J kg K

c 4 18 10# ³ ¹ ¹

,

Kw 1 012 10# 14

F

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TABEL A PERIÓDIC A DOS ELEMEN TOS QUÍMICOS

55 Cs 132,91

56 Ba 137,33

57-71 Lantanídeos

72 Hf 178,49

73 Ta 180,95

74 W 183,84

75 Re 186,21

76 Os 190,23

77 Ir 192,22

78 Pt 195,08

79 Au 196,97

80 Hg 200,59

81 Tl 204,38

82 Pb 207,2

83 Bi 208,98

84 Po85 At86 Rn

37 Rb 85,47

38 Sr 87,62

39 Y 88,91

40 Zr 91,22

41 Nb 92,91

42 Mo 95,95

43 Tc44 Ru 101,07

45 Rh 102,91

46 Pd 106,42

47 Ag 107,87

48 Cd 112,41

49 In 114,82

50 Sn 118,71

51 Sb 121,76

52 Te 127,60

53 I 126,90

54 Xe 131,29

19 K 39,10

20 Ca 40,08

21 Sc 44,96

22 Ti 47,87

23 V 50,94

24 Cr 52,00

25 Mn 54,94

26 Fe 55,85

27 Co 58,93

28 Ni 58,69

29 Cu 63,55

30 Zn 65,38

31 Ga 69,72

32 Ge 72,63

33 As 74,92

34 Se 78,97

35 Br 79,90

36 Kr 83,80

11 Na 22,99

12 Mg 24,31

13 Al 26,98

14 Si 28,09

15 P 30,97

16 S 32,06

17 Cl 35,45

18 Ar 39,95

3 Li 6,94

4 Be 9,01

5 B 10,81

6 C 12,01

7 N 14,01

8 O 16,00

9 F 19,00

10 Ne 20,18

1 H 1,01

2 He 4,00 90 Th 232,04

91 Pa 231,04

92 U 238,03

93 Np94 Pu95 Am96 Cm97 Bk98 Cf99 Es100 Fm101 Md102 No103 Lr

58 Ce 140,12

59 Pr 140,91

60 Nd 144,24

61 Pm62 Sm 150,36

63 Eu 151,96

64 Gd 157,25

65 Tb 158,93

66 Dy 162,50

67 Ho 164,93

68 Er 167,26

69 Tm 168,93

70 Yb 173,05

71 Lu 174,97

87 Fr88 Ra89-103 Actinídeos

105 Db104 Rf107 Bh108 Hs109 Mt

Número atómico Elemento Massa atómica relativa 110 Ds111 Rg 89 Ac⁵⁷ La 138,91

106 Sg112 Cn114 Fl115 Mc116 Lv117 Ts118 Og113 Nh

1 2 3456789101112

1314151617

18

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1. Como forma de possuir melhor aerodinâmica e permitir maiores velocidades, os aviões voam a maiores altitudes, onde o ar é considerado rarefeito.

H 1.1. O dióxido de nitrogénio, NO₂, emitido por aviões para a atmosfera, pode dar origem ao óxido nítrico, NO.

Considere a reação química, em fase gasosa, traduzida por 2 NO (g) + Cl₂ (g)^?2 NOCl (g)

Preveja, justificando, como variará a concentração de Cl₂ se ocorrer um aumento de pressão, por diminuição do volume, no sistema químico, inicialmente em equilíbrio, à temperatura T.

1.2. No ar atmosférico, podem ser encontrados gases como o nitrogénio, N2, e o oxigénio, O2. Um átomo de oxigénio é, em média, vezes mais pesado que um átomo de nitrogénio, e é, em média, vezes mais pesado que um átomo de carbono-12.

(A) 1,14 ... 1,33 (B) 1,99 ... 16,0 (C) 1,14 ... 16,0 (D) 1,99 ... 1,33

2. Considere o circuito esquematizado na Figura 1, em que R representa um reóstato, X e Y representam dois aparelhos de medida e uma pilha que pode ser considerada ideal (uma pilha cuja resistência interna pode ser considerada nula).

H 2.1. O amperímetro deve possuir um valor de resistência interna, e (A) alto … está instalado em paralelo com a pilha.

(B) alto … está instalado em série com a pilha.

(C) baixo … está instalado em série com a pilha.

(D) baixo … está instalado em paralelo com a pilha.

ri R

f ^Pilha

X

Y

Figura 1

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H 2.2. Na tabela seguinte, estão registados os valores da potência dissipada no reóstato, P, e da resistência elétrica induzida no reóstato, R, por um grupo de alunos.

P / W R / X

5,78 2,37

3,90 3,51

2,03 6,73

Determine a diferença de potencial elétrico nos terminais do reóstato.

Na resposta, apresente:

–

a equação da reta de ajuste a um gráfico adequado;

–

o cálculo do valor solicitado, a partir da equação da reta de ajuste.

Apresente todos os cálculos efetuados e o resultado com três algarismos significativos.

3. A emissão de poluentes para a atmosfera causam prejuízos à saúde humana e animal.

H 3.1. O átomo de cloro, no estado fundamental, possui

(A) cinco energias de remoção e duas orbitais semipreenchidas.

(B) duas energias de remoção e duas orbitais semipreenchidas.

(C) cinco energias de remoção e uma orbital semipreenchida.

(D) duas energias de remoção e uma orbital semipreenchida.

H 3.2. Recolheram-se diversas amostras de diferentes gases, com volumes constantes.

Considere três amostras:

– um recipiente com 6 53, #10⁻² mol de oxigénio de volume 1, 22 dm³_; – um recipiente com 9 30, #10⁻² mol de nitrogénio; e

– um recipiente contendo ar com o mesmo volume do que a amostra com nitrogénio.

Sabe-se que na amostra de ar existe uma substância X, de concentração 5,24 ppmV.

Admita que os três recipientes estão nas mesmas condições de pressão e temperatura e que a massa da amostra do recipiente de O₂ é 1 07, #10⁶ vezes maior do que a massa da substância X presente na amostra de ar.

Determine qual é a substância X. Apresente todos os cálculos efetuados.

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3.3. Os clorofluorocarbonetos (CFC) são estáveis na e na fotodissociação o radical cloro normalmente reage com o .

(A) troposfera ... ozono (B) estratosfera ... ozono (C) troposfera ... oxigénio (D) estratosfera ... oxigénio

H 4. Em 1820, Oersted verificou experimentalmente que a corrente elétrica produz efeitos magnéticos.

Em 1831, Faraday evidenciou, também experimentalmente, a possibilidade de induzir corrente elétrica num circuito fechado não ligado a uma fonte de alimentação, a partir de um campo magnético que varia no tempo. Assim surgiu a teoria eletromagnética, cujo desenvolvimento se baseou no conceito de campo.

Considere um carro com velocidade constante que possui uma espira retangular presa na sua parte de trás, E. O carro move-se entre as posições P e Q, atravessando uma zona do espaço, delimitada a tracejado, onde foi criado um campo magnético uniforme, B , de direção perpendicular ao plano da espira. Fora dessa zona, o campo magnético é desprezável.

Qual das opções seguintes se pode representar o módulo da força eletromotriz na espira em função do tempo?

P

E

Q Figura 2

B

(A)

0 t

(B)

0 t

(D)

0 t

(C)

0 t

fi f_i

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5. Em 2021, foram realizados os Jogos Olímpicos de Tóquio. Foram praticadas diversas modalidades, sendo uma delas a natação.

H 5.1. Considere dois atletas A e B, de massas iguais, que começam a nadar em sentidos opostos em duas piscinas de comprimentos diferentes, d_A e d_B, respetivamente, tal como ilustra a Figura 3.

São cronometrados os tempos em que cada um deles demora para percorrerem essas distâncias.

Sabe-se que os dois atletas possuem aceleração constante e que a razão entre a intensidade da resultante das forças entre o atleta B e A é 3,3 e a soma dos tempos dos dois cronómetros é 68 s. Considere que os atletas podem ser representados pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Admita o referencial Ox, representado na Figura 3, e que o atleta B demora 21 s para percorrer toda a piscina.

Mostre que a razão entre a distância A e B é 2

3

(

^d^dB ²³ A =

)

^.

Apresente todos os cálculos efetuados.

5.2. Para que os atletas possuam o melhor desempenho possível, o pH dessas águas deve ser adequado. Admita que o pH ideal é 7,6, a 25 ºC.

H 5.2.1. A 25 ºC, uma amostra de água no pH ideal tem maior concentração de iões , e uma amostra de água a uma temperatura T desconhecida com pH 7,0 .

(A) H O₃ ⁺ ... é neutra (B) OH⁻ ... é neutra

(C) H O₃ ⁺ ... pode não ser neutra (D) OH⁻ ... pode não ser neutra

5.2.2. A constante de acidez de um ácido indica (A) o rendimento da reação.

(B) a quantidade de iões H O₃ ⁺ numa solução.

(C) a força de um ácido.

(D) a velocidade da ionização de um ácido.

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O x

A

B

Figura 3

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5.3. Considere um atleta imediatamente após saltar do bloco de saída de uma piscina.

Qual das opções pode representar, numa mesma escala, as forças que atuam no atleta, em condições tais que as forças dissipativas são desprezáveis?

(A) (B)

(C) (D)

5.4. Com o objetivo de realizar verificações em equipamentos para o evento, criou-se um sinal elétrico a partir da transformação de um sinal sonoro de um diapasão, num local onde a velocidade do som é de aproximadamente 343 m s⁻¹_.

Na Figura 4, está representado o sinal elétrico visualizado num osciloscópio quando a base de tempo foi regulada para 0,5 ms por divisão e o amplificador vertical foi regulado para 0,5 V por divisão.

Figura 4

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H 5.4.1. Determine o comprimento de onda do som, no ar, nas condições em que foi realizada experiência.

5.4.2. As ondas sonoras são ondas (A) mecânicas e longitudinais.

(B) eletromagnéticas e longitudinais.

(C) mecânicas e transversais.

(D) eletromagnéticas e transversais.

5.5. A molécula de H O₂ apresenta geometria (A) angular e é formada por ligações covalentes.

(B) trigonal plana e é formada por ligações covalentes.

(C) angular e é formada por ligações iónicas.

(D) trigonal plana e é formada por ligações iónicas.

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6. Um grupo de alunos estava de férias no litoral algarvio, quando decidiram realizar um conjunto de experiências num barco de massa 4 95, #10⁴ kg, em condições tais que a energia potencial gravítica do sistema barco + Terra é constante.

Considere duas experiências:

I – Com o barco inicialmente a 20 m s⁻¹, interromperam a força do motor, atuando somente as forças dissipativas no barco, até o fim do seu movimento, percorrendo uma distância d.

Sabe-se que o barco possuía um módulo de aceleração constante durante este percurso e que o intervalo de tempo desde a interrupção do motor até a sua imobilização foi de um minuto. Na Figura 5 está representado o trajeto do barco.

II – Com o barco imobilizado, instalou-se um coletor plano de área 3, 0 m², que está exposto à radiação solar.

Nas condições de exposição, a potência média da radiação solar incidente por unidade de área é 1350 W m⁻². A Figura 6 representa o coletor.

Figura 5

d

coletor

Figura 6

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H 6.1. Determine a intensidade das forças dissipativas paralelas ao deslocamento.

H 6.2. Numa situação onde o barco se encontra em repouso e inicia um movimento uniformemente acelerado, a energia cinética do barco é diretamente proporcional

(A) à sua velocidade.

(B) à distância percorrida pelo barco.

(C) ao quadrado da sua massa.

(D) à energia potencial gravítica.

H 6.3. Um depósito com água no barco contém 15 kg de água líquida e está conectado ao coletor. Sabe- se que a temperatura da água num momento inicial é de 0,0 ºC.

Sabe-se também que após 43 minutos do momento inicial, a temperatura da água aumenta, em média, 30 ºC.

Determine o rendimento médio do processo de aquecimento considerado.

6.4. A temperatura da água, durante a mudança do seu estado físico do líquido para o gasoso, mantém-se constante por alguns instantes. Durantes estes instantes,

(A) a energia interna da água é constante.

(B) a energia interna da água diminui.

(C) a energia potencial aumenta.

(D) a energia cinética diminui.

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7. O processo de Haber-Bosch é bastante utilizado na indústria para a sintetização de amoníaco, NH₃. A reação de síntese do amoníaco pode ser traduzida por

( ) ( )

N g₂ +3H g₂ ^?2NH g₃( )

Na Figura 7, representa-se o gráfico da constante de equilíbrio da síntese de amoníaco em função da temperatura.

Kc

0 i/ ºC

Figura 7

H 7.1. Considere que o sistema se encontrava em equilíbrio à temperatura T num reator de volume bem definido, quando foi adicionada uma certa quantidade de amoníaco.

Selecione o gráfico que pode representar o valor da constante de equilíbrio da reação em função da quantidade de amoníaco adicionada, à temperatura T.

(A)

0 n n

(B)

0

(D)

0 n

(C)

0 n

Kc

K_c Kc

K_c

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7.2. A variação do número de oxidação do nitrogénio é (A) −3, sendo o N a espécie oxidante.

(B) +3, sendo o N a espécie oxidante.

(C) −3, sendo o N a espécie redutora.

(D) +3, sendo o N a espécie redutora.

H 7.3. Um reator de volume 3 0, dm³ contém, inicialmente, somente 2,0 mol de N₂_{, e}6,0 mol de H₂_. O sistema atinge equilíbrio químico à temperatura T.

Sabe-se que, ao atingir o equilíbrio químico, a quantidade de N₂ diminuiu 35% do valor inicial.

Determine a constante de equilíbrio, K_c, da reação de síntese do amoníaco considerada, à temperatura T.

H 8. Na Figura 8 (que não está à escala), representa-se parte do percurso de um bloco que foi lançado por um rapaz da posição A, no instante t=0 0, s, passando pela posição B e atingindo o máximo de altura h, na posição C.

Admita que em todo o percurso somente há forças dissipativas entre o percurso A e B, que têm direção paralela ao deslocamento.

Considere que o corpo pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Figura 8

A B

30^o C

Qual dos diagramas pode representar, numa mesma escala, as forças que atuam no corpo, entre as posições A e B?

(A) (B) (C) (D)

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H 9. Na Figura 9, representa-se a curva de solubilidade do dicromato de potássio, K Cr O₂ ₂ ₇.

A B

solubilidade / (massa de sal (g) / 100g de água)

temperatura / ºC

Figura 9

Admita que foi preparada uma solução aquosa de dicromato de potássio onde se dissolveu uma amostra de massa m, representada pelo ponto A à uma temperatura T.

Considere que se arrefeceu a solução, obtendo-se o ponto B.

A solução obtida após o arrefecimento é (A) saturada.

(B) sobressaturada.

(C) não saturada.

(D) saturada com depósito.

FIM

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COTAÇÕES

As pontuações obtidas nas respostas a estes 16 itens da prova contribuem

obrigatoriamente para

1.1. 2.1. 2.2. 3.1. 3.2. 4. 5.1. 5.2.1. 5.4.1. 6.1. 6.2. 6.3. 7.1. 7.3. 8. 9. Subtotal

Cotação (em pontos) 16 x 10 pontos 160

contribuem para a

respostas obtenham melhor pontuação.

1.2. 3.3. 5.2.2. 5.3. 5.4.2. 5.5. 6.4. 7.2. Subtotal

Cotação (em pontos) 40

TOTAL 200