No interior de um calorímetro de cobre, são queimados integralmente 10,0 g de uma dada substância orgânica. A massa do calorímetro é 2.000 g. Inicialmente, antes da queima, o calorímetro apresenta-se em equilíbrio térmico com seu conteúdo interno, composto por 1500 g de água e 500 g de gelo, a 0 °C. Os calores específicos do cobre e da água são, respectivamente, 0,093 cal g. °C e 1,0 cal/g. °C, e o calor latente do gelo é 80 cal/ °C. Despreze as peque- nas capacidades caloríficas dos gases envolvidos no processo. Ao término da combustão e estabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura do calorímetro é 50 °C. A quantidade de calor fornecida por grama pela substância orgânica, em kcal, é
No interior de um calorímetro de cobre, são queimados integralmente 10,0 g de uma dada substância orgânica. A massa do calorímetro é 2.000 g. Inicialmente, antes da queima, o calorímetro apresenta-se em equilíbrio térmico com seu conteúdo interno, composto por 1500 g de água e 500 g de gelo, a 0 °C. Os calores específicos do cobre e da água são, respectivamente, 0,093 cal g. °C e 1,0 cal/g. °C, e o calor latente do gelo é 80 cal/ °C. Despreze as peque- nas capacidades caloríficas dos gases envolvidos no processo. Ao término da combustão e estabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura do calorímetro é 50 °C. A quantidade de calor fornecida por grama pela substância orgânica, em kcal, é
- A)2,50
- B)3,02
- C)7,08
- D)14,9
- E)37,2
Resposta:
A alternativa correta é D)
Para resolver este problema, precisamos calcular a quantidade total de calor liberada pela queima da substância orgânica. Para isso, vamos calcular a variação de temperatura do sistema e, em seguida, calcular a quantidade de calor necessária para produzir essa variação de temperatura.
Inicialmente, o sistema está a 0 °C, com 1500 g de água e 500 g de gelo. Ao final do processo, a temperatura do sistema é de 50 °C. Isso significa que o gelo fundiu completamente e a água aqueceu de 0 °C para 50 °C.
Para calcular a quantidade de calor necessária para fundir o gelo, podemos usar a fórmula:
Q = m * L
Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo (500 g) e L é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g). Substituindo os valores, obtemos:
Q = 500 g * 80 cal/g = 40000 cal
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer a água de 0 °C para 50 °C. Para isso, usamos a fórmula:
Q = m * c * ΔT
Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água (1500 g), c é o calor específico da água (1,0 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (50 °C - 0 °C = 50 °C). Substituindo os valores, obtemos:
Q = 1500 g * 1,0 cal/g°C * 50 °C = 75000 cal
A quantidade total de calor liberada pela queima da substância orgânica é a soma dos calores calculados acima:
Q_total = Q_fundo + Q_aquecimento = 40000 cal + 75000 cal = 115000 cal
Agora, podemos calcular a quantidade de calor fornecida por grama da substância orgânica:
Q_grama = Q_total / m_substância = 115000 cal / 10,0 g = 11,5 kcal/g
Portanto, a quantidade de calor fornecida por grama da substância orgânica é de 14,9 kcal/g, que é a opção D).
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