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Figura 2

Exame tipo 02 REFRAIZ

GRUPO I

1. Leia o seguinte texto. A forma de atração mais fraca entre átomos e moléculas é aquela que torna «peganhentas» as «pequenas partículas» de Feynman, «atraindo-se mutuamente quando separadas por uma pequena distância». Estas são as forças provocadas pela blindagem imperfeita do núcleo de um átomo (ou dos núcleos numa molécula) pela sua nuvem eletrónica.

John Gribbin, Um Guia de Ciência para quase toda a gente, Edições Século XXI, 2002

1.1 Identifique as forças mencionadas no texto.

1.2 Porque é que o gelo flutua em água líquida?

(A) O gelo tem bolhas de ar que o mantêm à superfície.

(B) As moléculas de água líquida têm mais energia e empurram o gelo.

(C) As ligações por pontes de hidrogénio mantêm as moléculas de gelo mais afastadas do que na água líquida.

(D) As ligações iónicas entre as moléculas de gelo não permitem que o gelo se afunde.

1.3 As ligações que são quebradas quando a água vaporiza são

(A) ligações intermoleculares.

(B) ligações iónicas.

(C) ligações covalentes polares.

(D) ligações covalentes apolares.

1.4 Quais dos seguintes pares de substâncias não formam ligações de hidrogénio entre si?

(A) NH3 e CH3CHO

(B) CH3OH e CH3CH2OH

(C) NH3 e CH3OH

(D) H2O e CH3CH2OH

2. A propanona (usada para remover o verniz das unhas) e o etilenoglicol (anticongelante) têm as seguintes fórmulas de estrutura:

2.1 As moléculas de etilenoglicol formam ligações de hidrogénio? Justifique.

2.2 Selecione a alternativa que contém os termos que preenchem corretamente os espaços, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte.

A ligação carbono-oxigénio na molécula de propanona tem ________ energia de ligação e ________ comprimento de ligação do que a ligação carbono-oxigénio na molécula de etilenoglicol.

(A) menor … menor

(B) menor … maior

(C) maior … maior

(D) maior … menor

GRUPO II

Uma bola é lançada verticalmente para cima de uma ravina a 30,0 m do solo tendo percorrido 50,0 m ao longo de todo o seu tempo de voo. Considere o solo como origem das posições e a soma dos trabalhos realizados pelas forças não conservativas que atuam na bola desprezável.

Figura 1

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Figura 3

1. Determine o tempo de voo.

2. Determine o módulo da velocidade com que a bola atinge o solo.

3. Nos esquemas seguintes, o vetor representa a força gravítica da bola situada a uma determinada altura em

relação ao solo. Em qual dos esquemas seguintes o vetor representa a força gravítica da bola no seu

movimento descendente?

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

4. Caso o efeito da força da resistência do ar não fosse desprezável, quando a bola atingisse a sua velocidade terminal, antes de atingir o solo

(A) a aceleração seria igual ao módulo da aceleração gravítica, g.

(B) a força gravítica da bola seria anulada.

(C) o módulo da aceleração tornar-se-ia nulo.

(D) a força da resistência do ar que atua sobre a bola seria anulada.

GRUPO III

1. Considere o circuito elétrico esquematizado na Figura 3, constituído por um gerador e por um condutor linear, R. O gráfico representa a diferença de potencial elétrico do gerador e do condutor linear em função da corrente elétrica que atravessa o circuito, U = f (I).

Selecione a alternativa que corresponde aos valores da força eletromotriz, da resistência interna e da corrente elétrica do gerador, respetivamente.

(A) 20 V, 2 e 5 A (B) 10 V, 2 e 2,5 A (C) 20 V, 0 e 10 A (D) 10 V, 0 e 5 A

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Figura 4

Figura 5

Figura 6

2. Numa experiência, para verificar a lei de Joule, um estudante fez passar corrente elétrica por uma resistência elétrica de imersão colocada num calorímetro contendo uma determinada quantidade de água. A variação de

temperatura, , de uma série de valores diferentes de corrente elétrica, I, que atravessaram a resistência elétrica

durante 3,0 minutos de aquecimento foram registados no gráfico da Figura 4.

2.1 Explique de que forma o gráfico apresentado verifica a Lei de Ohm.

2.2 Considere que a massa de água no interior do

calorímetro é 90,0 g em cada caso e assuma que toda a energia elétrica é convertida em energia térmica. Através do gráfico, determine o valor da resistência elétrica mergulhada na água. Considere que a capacidade térmica mássica da água é 4200 J kg − 1 K − 1.

3. No circuito elétrico representado na Figura 5, está presente um gerador de

corrente contínua, com um rendimento de 90%, ligado a um conjunto de resistências, R1, R2 e R3. A resistência R1 tem um valor de 50 e a

potência nela dissipada é de 18 W. Considere que a diferença de potencial

elétrico nos terminais da resistência R3, que se encontra montada em série

com o gerador, é de 42 V.

3.1 A força eletromotriz do gerador é

(A) 72 V (B) 46 V (C) 65 V (D) 80 V

3.2 Caso as três resistências, R1, R2 e R3, fossem idênticas e apresentassem a mesma oposição à corrente

elétrica, a potência dissipada seria maior

(A) na resistência R1.

(B) na resistência R2.

(C) na resistência R3.

(D) na associação de resistências R1 e R2 do que na resistência R3.

GRUPO IV

Na Figura 6 está representado um ciclista + bicicleta que se move ao longo de uma estrada retilínea e inclinada, coincidente com o eixo Ox de um referencial unidimensional. Considere que o conjunto, de massa 80,0 kg, pode ser representado pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Considere que, no instante t = 0 s, o conjunto passa na origem do referencial e admita que, a partir desse instante

e durante um determinado intervalo de tempo, as componentes escalares, segundo o eixo Ox, das posições do ciclista + bicicleta variam com o tempo, t, de acordo com as equações:

xOA = 3,0 t + 0,02 t2 (SI)

xAB = 50 + 7,0 t (SI)

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Figura 7

1. Em qual dos esquemas seguintes se encontram corretamente representadas, para o troço OA, a velocidade, ,

e a aceleração, , do conjunto ciclista + bicicleta?

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

2. A soma dos trabalhos realizados pelas forças que atuam no conjunto ciclista + bicicleta, no percurso AB, é

(A) nula, uma vez que atuam no conjunto forças não conservativas.

(B) negativa, uma vez que a energia cinética do conjunto diminui.

(C) nula, uma vez que a energia cinética do conjunto se mantém constante.

(D) negativa, uma vez que atuam no conjunto forças não conservativas.

3. Determine a variação da energia mecânica do conjunto ciclista + bicicleta quando no percurso AB se eleva

verticalmente 6,0 m. Apresente todas as etapas de resolução.

4. A figura representa a roda traseira e as engrenagens de uma bicicleta na qual X, Y e Z são pontos cujos raios são, respetivamente, iguais a 12 cm, 4 cm e 60 cm. Quando a bicicleta está em movimento,

(A) a velocidade linear do ponto Z é igual à do ponto Y.

(B) o período do ponto X é igual ao período do ponto Y.

(C) a frequência do ponto Y é 15 vezes superior à do ponto Z.

(D) a velocidade angular do ponto Y é igual à do ponto Z.

5. Considere o movimento circular de uma das rodas da bicicleta. Qual é o esboço do gráfico que pode representar o módulo da velocidade da roda, , em função da sua velocidade angular, ?

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

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GRUPO V

1. Na reação de neutralização de ácido nítrico, HNO3, com hidróxido de sódio, NaOH, ocorre a libertação de energia. Esta reação pode ser traduzida pela seguinte equação química:

HNO3 (aq) + NaOH (aq) NaNO3 (aq) + H2O (l) 21,42 kJ mol − 1

Considere que se fez reagir 400 mL de solução de ácido nítrico de concentração 0,200 mol dm − 3, com um

volume de 500 mL de solução de hidróxido de sódio, NaOH, de concentração 0,150 mol dm − 3.

1.1 Determine a energia libertada pela reação. Apresente todas as etapas de resolução.

1.2 Determine o pH da solução resultante. Apresente todas as etapas de resolução.

2. Além do ácido nítrico, também o ácido sulfúrico é um dos ácidos mais produzidos a nível mundial. O ácido sulfúrico, H2SO4 (aq), é um ácido diprótico que está sujeito a duas etapas de ionização. A primeira

ionização é completa e o ácido é o H2SO4 (aq) e a segunda ionização é parcial e o ácido é o hidrogenosulfato,

(aq). As ionizações dão-se de acordo com as equações:

H2SO4 (aq) + H2O (l) (aq) +

(aq)

(aq) + H2O (l) (aq) +

(aq)

Uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,0100 mol dm- 3 tem um pH de 1,84, a 25 oC.

2.1 Considere que a concentração hidrogeniónica total resulta da contribuição das duas etapas de ionização, sendo a primeira completa. Determine a percentagem de hidrogenosulfato,

(aq), ionizado na

solução. Apresente todas as etapas de resolução.

2.2 Seja x a variação da concentração hidrogeniónica resultante da segunda ionização do ácido sulfúrico. Qual das expressões seguintes pode traduzir a constante de acidez, Ka, relativamente à segunda protólise do

ácido?

(A) Ka

(B) Ka

(C) Ka

(D) Ka

3. A 100 , a água pura tem um pH de 6, enquanto a 25 oC tem um pH de 7. Isto ocorre porque

(A) a autoionização da água é endotérmica, pelo que a concentração de iões hidrónio é menor a 100 oC do que a 25 oC.

(B) a autoionização da água é exotérmica, pelo que a concentração de iões hidrónio é menor a 100 oC do que

a 25 oC.

(C) a autoionização da água é endotérmica, pelo que a concentração de iões hidrónio é maior a 100 oC do que a 25 oC.

(D) a 100 oC, a água tem uma concentração de iões hidrónio superior à concentração de iões hidróxido.

FIM

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SOLUÇÕES

Grupo I

1.1 Forças de Van der Waals. 1.2 C 1.3 A 1.4 A

2.1 Sim. Para que se formem ligações de hidrogénio é necessário que um átomo de hidrogénio estabeleça uma ligação covalente com um átomo de flúor, oxigénio ou nitrogénio de uma molécula e o átomo de hidrogénio desta molécula exerça uma atração sobre um par eletrónico não ligante de um átomo de flúor, oxigénio ou nitrogénio de uma outra molécula. 2.2 D

Grupo II

1. A determinação do módulo da velocidade de lançamento requer a relação entre as expressões:

O módulo da velocidade de lançamento, , é 14,1 m s − 1. O tempo de voo pode ser determinado por:

s

2. O módulo da velocidade com que atinge o solo pode ser determinado por m s − 1 O módulo da velocidade com que atinge o solo é 28,3 m s − 1.

3. B

4. C

Grupo III

1. A 2.1 Existe proporcionalidade direta entre e I2, consequentemente verifica-se proporcionalidade direta entre P e I2. Pela expressão P = R I2 é possível verificar que a resistência elétrica é constante, comprovando a Lei de Ohm. 2.2 A expressão que relaciona a energia elétrica e a energia térmica é: R I2 t = m c O declive do gráfico que permite obter a razão dos valores experimentais /I2 tem de valor 3,8 °C A− 2. Assim, substituindo na expressão:

3.1 D 3.2 C

Grupo IV

1. D 2. C 3. No percurso AB, o ciclista desloca-se com módulo de velocidade constante, pelo que a variação da energia cinética, EC , é

nula. A variação da mecânica do conjunto ciclista + bicicleta quando no percurso AB: Em Ec Ep 0 m g (hfinal hinicial) 103 J 4. D 5. D

Grupo V

1.1 A quantidade de ácido nítrico, HNO3, presente em solução é: n = c V = 0,200 0,400 = 0,0800 mol A quantidade de hidróxido de sódio, NaOH, presente em solução é: n = c V = 0,150 0,500 = 0,0750 mol Para determinar a quantidade de hidróxido de sódio que reage é necessário determinar inicialmente o reagente limitante:

1 mol HNO3 ----------------1 mol NaOH 0,0750 mol HNO3 ---------------- 0,0750 mol NaOH

A quantidade de HNO3 é superior à quantidade necessária para fazer reagir completamente 0,0750 mol NaOH, pelo que o HNO3 é o

reagente em excesso. Assim, o NaOH é o reagente limitante. A quantidade de energia libertada pela reação é:

1 mol NaOH ----------------- = 21,42 kJ 0,0750 mol NaOH ----------------- = 1,61 kJ A energia libertada pela reação é 1,61 kJ.

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1.2 A quantidade de ácido nítrico, HNO3, presente em solução é: n = c V = 0,200 0,400 = 0,0800 mol A quantidade de hidróxido de sódio, NaOH, presente em solução é dada por: n = c V = 0,150 0,500 = 0,0750 mol Para determinar a quantidade de hidróxido de sódio que reage é necessário determinar inicialmente o reagente limitante:

1 mol HNO3 ----------------- 1 mol NaOH 0,0750 mol HNO3 ----------------- 0,0750 mol NaOH

A quantidade de HNO3 é superior à quantidade necessária para fazer reagir completamente 0,0750 mol NaOH, pelo que o HNO3 é o

reagente em excesso. Assim, o NaOH é o reagente limitante. A quantidade de HNO3 em excesso é dada por: nexcesso = ntotal nreage 0,0800 0,0750 = 5,00 10 – 3 mol

A concentração de ácido nítrico em excesso é: 3 excesso =

– mol dm – 3

O ácido nítrico sofre uma ionização completa, pelo que: [HNO3] = [H3 +] mol dm – 3

O pH da solução resultante é dado por: pH = log 3 +] log – 2.1 Se o pH da solução resultante, resultante das duas ionizações do ácido sulfúrico, é 0,0100 mol dm – 3:

[H3O+] = = = 0,0144 mol dm – 3

Na primeira ionização do ácido sulfúrico: [H2SO4] = [ ]inicial = [H3O+] = 0,0100 mol dm

– 3

A concentração hidrogeniónica, [H3O+], proveniente da segunda ionização do ácido sulfúrico é:

[H3O+]2.ª ionização = [H3O+]total [H3O+]1.ª ionização = 0,0144 0,0100 = 4,40 10 – 3 mol dm – 3

A concentração de H3O+ obtido na 2.ª ionização é igual à concentração de ionizado:

[H3O+]2.ª ionização = [ ]ionizado = 4,40 10 – 3 mol dm – 3

A percentagem de hidrogenossulfato ionizado na solução é: %

ionizado =

2.2 A

3. C