(FUNCERN/IFRN, Edital 05/2014) Coloca-se 150 ml de água à temperatura ambiente de
em contato com 50 g de gelo (água no estado sólido) à temperatura de
, no interior de um calorímetro. Considere as informações a seguir.
INFORMAÇÕES RELEVANTES
Densidade da água líquida:
Calor latente de fusảo da água:
Calor específico da água líquida:
Pressão ambiente: 1,0 atm
Considerando que durante o processo de trocas de calor entre o gelo e a água não houve perdas energéticas significativas para o ambiente externo e o recipiente, a temperatura de equilíbrio do sistema água + gelo será de:
(a)
.
(b)
.
(c)
.
(d)
.
Calor latente de fusảo da água:
Calor específico da água líquida:
Pressão ambiente: 1,0 atm
(a)
(b)
(c)
(d)
Passo 1
Temos
mL de água líquida a
em contato com
g de gelo a
. Como não há perdas, vale a conservação da energia térmica: o calor cedido pela água ao resfriar-se e/ou solidificar-se deve ser igual ao calor absorvido pelo gelo ao fundir-se e/ou aquecer-se. Aqui só podem ocorrer resfriamento da água até
e fusão parcial do gelo.
Passo 2
Calculemos a massa da água: como a densidade é
g/mL,
Passo 3
O calor cedido pela água ao resfriar de
até
é
Passo 4
O calor necessário para fundir completamente os
g de gelo seria
Como
, não há calor suficiente para fundir todo o gelo. Logo sobra gelo em equilíbrio com água à temperatura de fusão, que é
.
Resposta
A temperatura de equilíbrio é
. Portanto, a alternativa correta é a letra (b).