Quanta energia em Joules é necessária para mudar um cubo degelo de 40,0 g de gelo a -5,0^circ C para vapor a 110^circ C ? dados:
Calores especificos
Calor Especifico c
Substância lcc & mu lcccc Substância & c Ponto de fusio $( ^circ C)$
Gelo c Calor latente de fusào $(J / kg)$ 2090 0,50
Água c Ponto de ebulicào ( $ ^circ C)$ 4186 1,00
Vapor c Calor latente de vaporizacao $(J / kg)$ 2010 0,48
Calores latentes de fusão e vaporizaçăo
Substância
Ponto de fusio
3,33 times 10^5
Calor latente de
fusào 2,26 times 10^6
Ponto de ebulicào
(
Calor latente de
vaporizacao
Água 0,00 100,00
121.686 J
123.360 J
120.882 J
121.268 J
120.464 J

Passo 1

Beleza, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um cubo de gelo com massa de 40,0 g a -5,0°C e queremos transformá-lo em vapor a 110°C. Para resolver isso, vamos precisar calcular a quantidade de energia em Joules necessária para:
  1. Aquecer o gelo de -5°C até 0°C.
  2. Derreter o gelo em água a 0°C.
  3. Aquecer a água de 0°C até 100°C.
  4. Vaporizar a água em vapor a 100°C.
  5. Aquecer o vapor de 100°C até 110°C.
Vamos usar os calores específicos e os calores latentes que foram fornecidos no enunciado.

Passo 2

Primeiro, vamos aquecer o gelo de -5°C até 0°C. Para isso, usamos a fórmula:
Q1 = m cdot c>=lo cdot De
Onde:
  • m = 40,0 , g = 0,040 , kg
  • Q1 = 0,040 , kg times 2090 , J/kg°C times 5°C = 418 , J
Antes de calcular, vamos converter a massa para kg:
Agora, calculando :

Passo 3

Segundo, vamos derreter o gelo em água a 0°C. Usamos o calor latente de fusão:
Q2 = m cdot Lfusão ã
Onde:
  • Q2 = 0,040 , kg times 3,33 times 10^5 , J/kg = 13.320 , J ã
Calculando :

Passo 4

Terceiro, vamos aquecer a água de 0°C até 100°C. Usamos a fórmula do calor:
Q3 = m cdot cágua cdot Deá
Onde:
  • Q3 = 0,040 , kg times 4186 , J/kg°C times 100°C = 16.744 , J á
Calculando :

Passo 5

Quarto, vamos vaporizar a água a 100°C. Usamos o calor latente de vaporização:
Q4 = m cdot Lvaporização çã
Onde:
  • Q4 = 0,040 , kg times 2,26 times 10^6 , J/kg = 90.400 , J çã
Calculando :

Passo 6

Por último, vamos aquecer o vapor de 100°C até 110°C. Usamos a fórmula do calor:
Q5 = m cdot cvapor cdot De
Onde:
  • Q5 = 0,040 , kg times 2010 , J/kg°C times 10°C = 804 , J
Calculando :

Resposta

Somando todas as energias calculadas:
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 418 , J + 13.320 , J + 16.744 , J + 90.400 , J + 804 , J = 121.686 , J
Portanto, a energia necessária é 121.686 J.

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