Puccamp) Um calorímetro de capacidade térmica 50 cal/°C contém 520 g de gelo a 0 °C. Injeta-se no calorímetro vapor de água a 120 °C, na quantidade necessária e suficiente para fundir totalmente o gelo. A massa de água, em gramas, que se forma no interior do calorímetro vale.
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g°C calor específico do vapor = 0,50 cal/g°C calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g calor latente de vaporização da água = 540 cal/g
a) 520g b) 584g c) 589g d) 620g e) 700g
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g°C calor específico do vapor = 0,50 cal/g°C calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g calor latente de vaporização da água = 540 cal/g
a) 520g b) 584g c) 589g d) 620g e) 700g
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um problema de termodinâmica envolvendo um calorímetro com capacidade térmica de 50 cal/°C que contém 520 g de gelo a 0 °C. O objetivo é descobrir a massa de água formada quando injetamos vapor de água a 120 °C suficiente para derreter todo o gelo. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de calor específico e calor latente, que nos ajudam a calcular a quantidade de calor envolvida nas mudanças de fase e na variação de temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que acontece quando o vapor de água entra em contato com o gelo no calorímetro. O vapor vai passar por alguns processos:
- Resfriamento do vapor de 120 °C até 100 °C: O vapor perde calor ao baixar sua temperatura.
- Condensação do vapor a 100 °C: O vapor se transforma em água líquida liberando calor.
- Resfriamento da água condensada de 100 °C até 0 °C: A água líquida perde mais calor chegando a 0 °C.
- Fusão do gelo a 0 °C: O gelo absorve calor para se transformar em água.
Passo 3
Vamos calcular a quantidade de calor envolvida em cada etapa:
-
Resfriamento do vapor de 120 °C até 100 °C:
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Condensação do vapor a 100 °C:
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Resfriamento da água condensada de 100 °C até 0 °C:
-
Fusão do gelo a 0 °C:
Passo 4
Agora, vamos somar os calores que o vapor perde e igualar ao calor que o gelo e o calorímetro absorvem:
Como o calorímetro está inicialmente a 0 °C e queremos que a temperatura final também seja 0 °C (para que todo o gelo derreta sem aquecer a água), o calor absorvido pelo calorímetro devido à variação de temperatura é zero. Portanto:
Passo 5
A massa de água formada é a soma da água proveniente da condensação do vapor e da água resultante do gelo derretido:
Resposta
A massa de água formada no interior do calorímetro é 584 g.