Exame Nacional Física e Química A 2026 · 1.ª fase

1. No podcast de Carlos Fiolhais e David Marçal, Mais lento do que a luz, publicado em 11 de maio de 2023, a astrobióloga Zita Martins refere que um dos requisitos para a procura de vida fora da Terra é a presença dos elementos químicos essenciais para a existência de vida: carbono, hidrogénio e oxigénio, entre outros.

1.1.

O átomo de carbono pode ser identificado, em amostras gasosas, por espectroscopia.

Considere o espectro atómico do carbono, na região do visível, apresentado na Figura 1.

O espectro apresentado na Figura 1 é de

()

1.4.

Na natureza, existem três isótopos do oxigénio, que podem ser representados simbolicamente por $^{16}\text{O}$, $^{17}\text{O}$ e $^{18}\text{O}$.

Associe cada isótopo apresentado na Coluna I a uma das suas características, apresentada na Coluna II.

Assinale, para cada letra da Coluna I, o número da opção selecionada da Coluna II.

A cada letra corresponde apenas um número.

COLUNA I

COLUNA II

() $$:

()

1. No podcast de Carlos Fiolhais e David Marçal, Mais lento do que a luz, publicado em 11 de maio de 2023, a astrobióloga Zita Martins refere que um dos requisitos para a procura de vida fora da Terra é a presença dos elementos químicos essenciais para a existência de vida: carbono, hidrogénio e oxigénio, entre outros.

1.2.

A Figura 2 apresenta valores típicos das percentagens em massa dos elementos químicos mais abundantes no corpo humano.

A razão entre o número de átomos de hidrogénio e o número de átomos de oxigénio, $\frac{N_\text{H}}{N_\text{O}}$, no corpo humano, é

()

1.3.

O nosso organismo contém outros elementos químicos que estão presentes em quantidades muito reduzidas, habitualmente expressas em partes por milhão em massa, ppm.

O iodo, componente essencial das hormonas da tiroide, existe no corpo humano em, aproximadamente, $0{,}25\text{ ppm}$.

A percentagem, em massa, correspondente a $0{,}25\text{ ppm}$ é

()

A síntese do amoníaco pode ser chamada aos mais diversos propósitos: até hoje, o processo de Haber-Bosch garante a alimentação de uma população mundial em crescimento. É assim que quase metade do nitrogénio hoje existente no organismo de qualquer pessoa, inclusive o leitor, passou antes pelo processo de Haber-Bosch.

Nuno Maulide, Como se Transforma Ar em Pão, 1.ª edição, Lisboa, Planeta, 2021, p. 118.

No processo de Haber-Bosch, o gás amoníaco, $\text{NH}_3$, largamente usado na indústria de fertilizantes, é produzido, sob determinadas condições de pressão e de temperatura, a partir de di-hidrogénio e de dinitrogénio, numa reação reversível que pode ser traduzida por

$$\text{N}_2(\text{g}) + 3\,\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(\text{g}) \qquad \Delta H = -92{,}2\text{ kJ}$$

2.1.

A variação do número de oxidação do nitrogénio na reação direta é

()

A síntese do amoníaco pode ser chamada aos mais diversos propósitos: até hoje, o processo de Haber-Bosch garante a alimentação de uma população mundial em crescimento. É assim que quase metade do nitrogénio hoje existente no organismo de qualquer pessoa, inclusive o leitor, passou antes pelo processo de Haber-Bosch.

Nuno Maulide, Como se Transforma Ar em Pão, 1.ª edição, Lisboa, Planeta, 2021, p. 118.

No processo de Haber-Bosch, o gás amoníaco, $\text{NH}_3$, largamente usado na indústria de fertilizantes, é produzido, sob determinadas condições de pressão e de temperatura, a partir de di-hidrogénio e de dinitrogénio, numa reação reversível que pode ser traduzida por

$$\text{N}_2(\text{g}) + 3\,\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(\text{g}) \qquad \Delta H = -92{,}2\text{ kJ}$$

2.2.

No sistema reacional em equilíbrio, a quantidade de $\text{NH}_3\,(\text{g})$ aumentará se

()

2.3.

Num recipiente fechado indeformável, à temperatura $T$, encontram-se em equilíbrio químico $\text{N}_2\,(\text{g})$, $\text{H}_2\,(\text{g})$ e $\text{NH}_3\,(\text{g})$, sendo a concentração de $\text{NH}_3\,(\text{g})$ $1,6\text{ mol dm}^{-3}$ e as concentrações de $\text{N}_2\,(\text{g})$ e de $\text{H}_2\,(\text{g})$ desconhecidas.

Num determinado instante, o sistema sofreu uma perturbação por alteração das quantidades das substâncias. Mantendo-se a temperatura $T$, o sistema atingiu um novo estado de equilíbrio, no qual as concentrações de $\text{N}_2\,(\text{g})$ e de $\text{H}_2\,(\text{g})$ são metade das concentrações respetivas no equilíbrio inicial.

Determine a concentração de $\text{NH}_3\,(\text{g})$ no novo estado de equilíbrio químico.

Apresente todos os cálculos efetuados.

A síntese do amoníaco pode ser chamada aos mais diversos propósitos: até hoje, o processo de Haber-Bosch garante a alimentação de uma população mundial em crescimento. É assim que quase metade do nitrogénio hoje existente no organismo de qualquer pessoa, inclusive o leitor, passou antes pelo processo de Haber-Bosch.

Nuno Maulide, Como se Transforma Ar em Pão, 1.ª edição, Lisboa, Planeta, 2021, p. 118.

No processo de Haber-Bosch, o gás amoníaco, $\text{NH}_3$, largamente usado na indústria de fertilizantes, é produzido, sob determinadas condições de pressão e de temperatura, a partir de di-hidrogénio e de dinitrogénio, numa reação reversível que pode ser traduzida por

$$\text{N}_2(\text{g}) + 3\,\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(\text{g}) \qquad \Delta H = -92{,}2\text{ kJ}$$

2.4.

Em dois recipientes de volume variável, foram introduzidas massas iguais de $\text{N}_2\,(\text{g})$ e de $\text{H}_2\,(\text{g})$.

Conclua qual dos gases ocupa maior volume, nas mesmas condições de pressão e de temperatura.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

Uma solução aquosa de $\text{NH}_3$ ($M = 17,04\text{ g mol}^{-1}$), com concentração de $14,8\text{ mol dm}^{-3}$, tem massa volúmica de $0,8980\text{ g cm}^{-3}$.

Determine a fração molar do $\text{NH}_3$ nesta solução.

Apresente todos os cálculos efetuados.

4. O geólogo Galopim de Carvalho, no ciclo de conversas Vamos falar de Geologia, organizado pelo Museu Nacional de História Natural e da Ciência da Universidade de Lisboa, explica porque é que a baía de São Martinho do Porto tem uma forma semicircular: «a razão de ser desta forma muito bonita tem a ver com a abertura estreita, onde a ondulação entra.»

A Figura 3, que não está à escala, esquematiza o fenómeno ondulatório referido. As linhas, sobre a água, correspondem a cristas de onda, estando representada apenas uma pequena parte do total de cristas.

4.1.

Qual é o fenómeno ondulatório que ocorre na passagem das ondas pela abertura estreita?

4.2.

Considere que as ondas se propagam com velocidade de módulo constante, com um período de $6{,}0\text{ s}$ e com comprimento de onda $9{,}0\text{ m}$.

Determine o intervalo de tempo que uma frente de onda demora a percorrer os $800\text{ m}$ desde a abertura estreita até à praia.

5. Carlos Corrêa, professor e divulgador de ciência, num dos seus exercícios, demonstrou a impossibilidade de neutralizar a acidez do estômago pela ingestão de uma água alcalina.

5.1.

Determine o volume de uma água alcalina, de pH 9,50, necessário para neutralizar $3{,}0\text{ dm}^3$ de suco gástrico de pH 2,00, a $25\text{ }^\circ\text{C}$.

Apresente todos os cálculos efetuados.

5.2.

O pH de uma solução aquosa foi medido com um aparelho cujo visor se apresenta na Figura 4.

O carácter químico da solução é

6. Sabemos que, ao deixar uma chávena de chá quente e um copo com gelo em cima da mesa, ao fim de algum tempo, o chá irá arrefecer e o gelo irá derreter. Embora estes acontecimentos pareçam o oposto um do outro, na sua base, o que está a acontecer é bastante idêntico.

Adriano Cerqueira, Eureka – As Descobertas que Mudaram a Ciência, 1.ª edição, Porto Salvo, Saída de Emergência, 2023, p. 207. (Texto adaptado)

6.1.

A transferência de energia através das paredes da chávena ocorre por e, nesse processo, o chá.

6.2.

A capacidade térmica mássica do gelo é inferior à capacidade térmica mássica da água líquida.

Qual das opções seguintes apresenta o esboço do gráfico da temperatura, $\theta$, da água, inicialmente na forma de gelo, em função do tempo, $t$, até atingir a temperatura ambiente?

7. Embora tanto as pilhas como os acumuladores 1 forneçam corrente elétrica, são coisas muito diferentes, e dentro das respetivas caixas não têm os mesmos produtos. Os acumuladores têm lá dentro muitas placas de chumbo, e é isso que os torna tão pesados. E também um líquido, por exemplo ácido sulfúrico (que queima a pele e o pano e a madeira) e água. As pilhas, não.

Rómulo de Carvalho, A Física no Dia a Dia, 2.ª edição, Lisboa, Relógio D'Água, 2007, p. 99.

Nota:

1 Acumulador – bateria.

A Figura 5 esquematiza, de forma simplificada, um acumulador, estando representadas apenas duas placas, uma de dióxido de chumbo, $\text{PbO}_2\,(\text{s})$, e outra de chumbo, $\text{Pb}\,(\text{s})$, mergulhadas numa solução aquosa de ácido sulfúrico, $\text{H}_2\text{SO}_4\,(\text{aq})$.

No destaque lateral, estão esquematizados os reagentes e os produtos da reação que ocorre na placa de chumbo e que pode ser traduzida por

$$\text{Pb}\,(\text{s}) + \text{H}_2\text{SO}_4\,(\text{aq}) \rightarrow \text{PbSO}_4\,(\text{s}) + 2\,\text{e}^- + 2\,\text{H}^+\,(\text{aq})$$

7.1.

Quando o acumulador se encontra ligado a um circuito elétrico fechado, os portadores de corrente elétrica, nas placas de chumbo, são      e, na solução de ácido sulfúrico, são     .

7.2.

A reação química que ocorre na placa de chumbo permite que, por cada mole de $\text{Pb}\,(\text{s})$ que se oxida, sejam libertadas $2{,}0\text{ mol}$ de eletrões para o circuito elétrico exterior, como se esquematiza na Figura 5.

Quando a bateria está a fornecer energia a um circuito elétrico, de resistência elétrica $800\ \Omega$, a diferença de potencial elétrico aos seus terminais é $12\text{ V}$.

O módulo da carga do eletrão é $1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}$.

Determine a massa de $\text{Pb}\,(\text{s})$ que reage durante $30\text{ minutos}$ de funcionamento da bateria.

7.3.

Os iões $\text{H}^+$ e $\text{SO}_4^{2-}$ criam campos elétricos no espaço à sua volta.

Considerando estes iões pontuais e isolados, qual dos esquemas seguintes pode representar as respetivas linhas de campo elétrico?

8. Jorge Dias de Deus, no livro Galileu e a Parábola, explicou que Galileu não teria conseguido atingir o rigor obtido nas suas medições largando bolas metálicas do cimo da torre de Pisa e que «na prática, ele estudou a descida de esferas [...] numa tábua inclinada em certo ângulo com o chão».

Considere que as esferas em análise podem ser representadas pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

8.1.

Numa das experiências, Galileu largou uma esfera metálica de uma altura, $h$, e mediu a distância percorrida sobre uma tábua de $1{,}50\text{ m}$ de comprimento durante $1{,}0\text{ s}$, $d_{\Delta t = 1{,}0\text{ s}}$, tal como se esquematiza na Figura 6, que não está à escala.

Galileu repetiu este procedimento para alturas diferentes.

A tabela seguinte, adaptada do livro referido, apresenta os registos experimentais obtidos. A razão $\frac{h}{1{,}50}$ exprime a inclinação da tábua em cada ensaio.

$\frac{h}{1{,}50}$

$d_{\Delta t = 1{,}0\text{ s}} / \text{m}$

0,10 · 0,47

0,13 · 0,59

0,18 · 0,77

0,25 · 1,16

0,31 · 1,40

Determine o módulo da aceleração gravítica nas condições em que Galileu realizou a experiência.

No tratamento de dados, tal como Galileu, não considere o contributo da força de atrito.

Na sua resposta:

deduza uma expressão matemática que relacione $d_{\Delta t = 1{,}0\text{ s}}$ com $\frac{h}{1{,}50}$;

apresente a equação da reta de ajuste ao gráfico de $d_{\Delta t = 1{,}0\text{ s}}$ em função de $\frac{h}{1{,}50}$;

calcule, a partir da equação da reta de ajuste, o valor solicitado, com dois algarismos significativos.

Apresente todos os cálculos efetuados.

8.2.

Qual dos diagramas seguintes pode representar, na mesma escala, as forças que efetivamente atuam numa das esferas, com movimento uniformemente acelerado, durante a descida no plano inclinado?

A

B

C

D

8.5.

Numa outra experiência, Galileu imaginou uma situação hipotética em que uma esfera era lançada num plano horizontal ideal, sem qualquer atrito.

A esfera teria um movimento retilíneo     , pois a resultante das forças que atuariam na esfera seria     .

8. Jorge Dias de Deus, no livro Galileu e a Parábola, explicou que Galileu não teria conseguido atingir o rigor obtido nas suas medições largando bolas metálicas do cimo da torre de Pisa e que «na prática, ele estudou a descida de esferas [...] numa tábua inclinada em certo ângulo com o chão».

Considere que as esferas em análise podem ser representadas pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

8.3.

Um professor desafiou os alunos a planearem uma experiência, para verificarem se há conservação da energia mecânica do sistema esfera + Terra quando a esfera desce num plano inclinado e é tratada como uma partícula material.

Para tal, disponibilizou uma rampa de inclinação fixa, uma esfera, uma régua, uma balança e um sensor que mede diretamente a velocidade num ponto.

Descreva um procedimento experimental, incluindo o tratamento de dados correspondente, que permita aos alunos verificarem se a energia mecânica do sistema esfera + Terra se conserva, utilizando todos os materiais indicados.

Considere apenas um ensaio.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

8.4.

Uma esfera X, de massa $m$, foi largada num plano inclinado, e uma esfera Y, de massa $2m$, foi largada num outro plano inclinado, tal como se esquematiza na Figura 7.

Considere o solo como nível de referência da energia potencial gravítica.

Admita que as forças de atrito e de resistência do ar são desprezáveis.

Complete o texto seguinte, selecionando a opção correta para cada espaço.

A energia potencial gravítica inicial do sistema esfera X + Terra é

energia potencial gravítica inicial do sistema esfera Y + Terra.

A esfera X atinge a base do plano com módulo da velocidade

módulo da velocidade da esfera Y no final do plano.

Nestes percursos, o módulo da aceleração da esfera X é

ao módulo da aceleração da esfera Y.

A esfera X, por comparação com a esfera Y, demora

tempo a chegar ao final do plano.