2-(a) Quanto calor é preciso para fazer uma amostra de gelo de massa 720 g a - 10 ^circ C passar para o estado líquido a 15^circ C ? (b) Suponha que apliquemos no bloco de gelo da questão anterior apenas 210 kJ de calor. Qual será, então, o estado final e a temperatura da água?
Dados: Cgelo =2,22 kJ / kg K; Cágua =4,18 kJ / kg K; Lf=333,5 kJ/kg
(a) 301,25 kJ; (b) 0^circ C - fusão.

Passo 1

O enunciado pede:
– (a) Calcular o calor necessário para levar uma amostra de gelo de massa 720,g a -10,^circC até água líquida a 15,^circC.
– (b) Se aplicarmos apenas 210,kJ, determinar o estado final e a temperatura.
Conteúdo: calorimetria com calor sensível ( Q=mcDe<a T) e calor latente de fusão ( Q=mLf).

Passo 2

Calcular o calor para aquecer o gelo de -10,^circC a 0,^circC:
De<a T>=lo = 0 - (-10) = 10,K,
Q1 = m,c>=lo,De<a T>=lo = (0,72,kg),(2,22,kJ/(kg,K)),(10,K) =15,984,kJ

Passo 3

Calcular o calor de fusão completa do gelo a 0,^circC:
Q2 = m,Lf = (0,72,kg),(333,5,kJ/kg) =240,12,kJ

Passo 4

Calcular o calor para aquecer a água de 0,^circC a 15,^circC:
De<a Tágua = 15 - 0 = 15,K, á
Q3 = m,cágua,De<a Tágua = (0,72,kg),(4,18,kJ/(kg,K)),(15,K) =45,144,kJ áá

Passo 5

Somar os três termos para obter o calor total:
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 =15,984 + 240,12 + 45,144 =301,248approx301,25,kJ

Passo 6

Para (b), aplicamos somente Q=210,kJ. Primeiro aquecemos o gelo a 0,^circC, gastando Q1=15,984,kJ.
Restam
Q' = 210 - 15,984 = 194,016,kJ
para fusão.

Passo 7

Como Q' = 194,016,kJ < Q2 = 240,12,kJ, não ocorre fusão completa. Todo o calor extra fica mantendo a fusão parcial à temperatura de mudança de fase.

Passo 8

Logo, com 210,kJ teremos uma mistura de gelo e água à
0,^circC

Resposta

(a) 301,25,kJ
(b) mistura de gelo e água a 0,^circC

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