Questão 17 de Calorimetria e mudança de fase estilo FUVEST resolvida

Enunciado

Em um recipiente termicamente isolado, são colocados 20 g de gelo a 0 °C e 100 g de água a 40 °C. Após algum tempo, o sistema atinge o equilíbrio térmico. O estado final do sistema é Note e adote: calor específico da água $=1{,}0\ \text{cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$; calor latente de fusão do gelo $=80\ \text{cal/g}$; despreze a capacidade térmica do recipiente.

• A: 120 g de água a 20 °C.
• B: 120 g de água a 33 °C.
• C: 100 g de água e 20 g de gelo, ambos a 0 °C.
• D: 110 g de água e 10 g de gelo, ambos a 0 °C.
• E: 120 g de água a 24 °C.

Resolução comentada

Resposta: A

Resfriando-se até 0 °C, a água poderia ceder $100\cdot1\cdot40=4000$ cal. Fundir todo o gelo exige $20\cdot80=1600$ cal. Portanto, o gelo derrete completamente, e o equilíbrio ocorre acima de 0 °C. Pelo balanço de calor, $ 100(40-T)=20\cdot80+20T. $ Assim, $4000-100T=1600+20T$, fornecendo $T=20$ °C. Há 120 g de água líquida. Uma média ponderada que trate o gelo como água líquida desde o início desconsidera a energia consumida na fusão.