Um béquer químico contém 200 mL de água a 20 ºC. Determine a quantidade de energia que deve ser removida da água contida no béquer a fim de produzir gelo a temperatura de −10ºC. A fim de simplificar os cálculos, para o calor específico da água, o calor específico do gelo e o calor latente de solidificação da água, adote, respectivamente, os seguintes valores aproximados: 4000 J/Kg.K, 2000 J/Kg.K e 3,00 x 10^5 J/Kg.

Resposta: B) 80000 J

Para determinar a quantidade de energia que deve ser removida da água contida no béquer para produzir gelo a uma temperatura de -10°C, precisamos considerar as seguintes etapas:

• Primeiramente, é necessário resfriar a água de 20°C para 0°C, o que requer a remoção de energia. A quantidade de energia necessária para isso pode ser calculada utilizando a fórmula Q = mcΔT, onde m é a massa da água (2 litros = 2 kg, pois a densidade da água é de 1 kg/L), c é o calor específico da água (4000 J/kg.K) e ΔT é a variação de temperatura (20°C - 0°C = 20 K). Substituindo os valores, obtemos Q = 2 kg x 4000 J/kg.K x 20 K = 160000 J.
• Em seguida, é necessário solidificar a água a 0°C, o que requer a remoção do calor latente de solidificação. A quantidade de energia necessária para isso pode ser calculada utilizando a fórmula Q = mL, onde m é a massa da água (2 kg) e L é o calor latente de solidificação da água (3,00 x 10^5 J/kg). Substituindo os valores, obtemos Q = 2 kg x 3,00 x 10^5 J/kg = 600000 J.
• Por fim, é necessário resfriar o gelo de 0°C para -10°C, o que requer a remoção de energia. A quantidade de energia necessária para isso pode ser calculada utilizando a fórmula Q = mcΔT, onde m é a massa do gelo (2 kg), c é o calor específico do gelo (2000 J/kg.K) e ΔT é a variação de temperatura (0°C - (-10°C) = 10 K). Substituindo os valores, obtemos Q = 2 kg x 2000 J/kg.K x 10 K = 40000 J.

A soma das energias necessárias para essas três etapas é Q_total = 160000 J + 600000 J + 40000 J = 800000 J. Portanto, a alternativa correta é B) 80000 J.

É importante notar que os valores dados para os calores específicos e o calor latente de solidificação são aproximados, mas são suficientes para obter uma resposta precisa.