Calorimetria Página 1 de 12
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- Natan Silva Nobre
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1 Calorimtria (Urj 2013) Uma pssoa, com tmpratura corporal igual a 36,7 C, bb 1 litro d água a 2 15 C. Admitindo qu a tmpratura do corpo não s altr até qu o sistma atinja o quilíbrio térmico, dtrmin a quantidad d calor, m calorias, qu a água ingrida absorv do corpo dssa pssoa. Utiliz: Calor spcífico da água = 1,0 cal g C; Massa spcífica da água = 1 g/cm (Ufpr 2013) O gráfico abaixo, obtido xprimntalmnt, mostra a curva d aqucimnto qu rlaciona a tmpratura d uma crta massa d um líquido m função da quantidad d calor a l forncido. Sabmos qu, por mio d gráficos dss tipo, é possívl obtr os valors do calor spcífico do calor latnt das substâncias studadas. Assinal a altrnativa qu fornc corrtamnt o intrvalo m qu s pod obtr o valor do calor latnt d vaporização dss líquido. a) AB. b) BD. c) DE. d) CD. ) EF. Página 1 d 12
2 3. (Fuvst 2013) Em um rcipint trmicamnt isolado mantido a prssão constant, são colocados 138 g d tanol líquido. A sguir, o tanol é aqucido sua tmpratura T é mdida como função da quantidad d calor Q a l transfrida. A partir do gráfico d TxQ, aprsntado na figura abaixo, pod-s dtrminar o calor spcífico molar para o stado líquido o calor latnt molar d vaporização do tanol como sndo, rspctivamnt, próximos d Dados: Fórmula do tanol = C 2 H 5 OH; Massas molars = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol). a) 0,12 kj/(mol C) 36 kj/mol. b) 0,12 kj/(mol C) 48 kj/mol. c) 0,21 kj/(mol C) 36 kj/mol. d) 0,21 kj/(mol C) 48 kj/mol. ) 0,35 kj/(mol C) 110 kj/mol. 4. (Unifsp 2013) O gráfico rprsnta o procsso d aqucimnto mudança d fas d um corpo inicialmnt na fas sólida, d massa igual a 100g. Sndo Q a quantidad d calor absorvida plo corpo, m calorias, T a tmpratura do corpo, m graus Clsius, dtrmin: a) o calor spcífico do corpo, m cal/(g C), na fas sólida na fas líquida. b) a tmpratura d fusão, m C, o calor latnt d fusão, m calorias, do corpo. 5. (Pucrj 2013) Três cubos d glo d 10,0 g, todos ls a 0,0 C, são colocados dntro d um copo vazio xpostos ao sol até drrtrm compltamnt, ainda a 0,0 C. Calcul a quantidad total d calor rqurida para isto ocorrr, m calorias. Considr o calor latnt d fusão do glo L F = 80 cal/g a) 3, b) 2, c) 1, d) 8, ) 2, Página 2 d 12
3 6. (Unifsp 2012) Um calorímtro d capacidad térmica 10 cal/ºc, contndo 500 g d água a 20 ºC, é utilizado para dtrminação do calor spcífico d uma barra d liga mtálica d 200 g, a sr utilizada como fundo d panlas para cozimnto. A barra é inicialmnt aqucida a 80 ºC imdiatamnt colocada dntro do calorímtro, isolado trmicamnt. Considrando o calor spcífico da água 1,0 cal/(g ºC) qu a tmpratura d quilíbrio térmico atingida no calorímtro foi 30 ºC, dtrmin: a) a quantidad d calor absorvido plo calorímtro a quantidad d calor absorvido pla água. b) a tmpratura final o calor spcífico da barra. 7. (Urj 2012) Considr X Y dois corpos homogênos, constituídos por substâncias distintas, cujas massas corrspondm, rspctivamnt, a 20 g 10 g. O gráfico abaixo mostra as variaçõs da tmpratura dsss corpos m função do calor absorvido por ls durant um procsso d aqucimnto. Dtrmin as capacidads térmicas d X Y, também, os calors spcíficos das substâncias qu os constitum. 8. (Urj 2012) Um copo contndo 200 g d água é colocado no intrior d um forno d microondas. Quando o aparlho é ligado, a nrgia é absorvida pla água a uma taxa d 120 cal/s. Sabndo qu o calor spcífico da água é igual a 1 cal. g -1. C -1, calcul a variação d tmpratura da água após 1 minuto d funcionamnto do forno. 9. (Ufpa 2012) Um homm gasta 10 minutos para tomar su banho, utilizando-s d um chuviro létrico qu fornc uma vazão constant d 10 litros por minuto. Sabndo-s qu a água tm uma tmpratura d 20 C ao chgar no chuviro qu alcança 40 C ao sair do chuviro, admitindo-s qu toda a nrgia létrica dissipada plo rsistor do chuviro sja transfrida para a água nss intrvalo d tmpo, é corrto concluir-s qu a potência létrica dss chuviro é Obs.: Considr qu a dnsidad da água é 1 kg/litro, qu o calor spcífico da água é 1 cal/g ºC qu 1 cal = 4,2 J. a) 10 KW b) 12 KW c) 14 KW d) 16 KW ) 18 KW Página 3 d 12
4 10. (Ul 2012) O homm utiliza o fogo para moldar os mais divrsos utnsílios. Por xmplo, um forno é ssncial para o trabalho do frriro na confcção d frraduras. Para isso, o frro é aqucido até qu s torn moldávl. Considrando qu a massa d frro mprgada na confcção d uma frradura é d 0,5 kg, qu a tmpratura m qu o frro s torna moldávl é d 520 ºC qu o calor spcífico do frro val 0,1 cal/gºc, assinal a altrnativa qu fornc a quantidad d calor, m calorias, a sr cdida a ssa massa d frro para qu possa sr trabalhada plo frriro. Dado: tmpratura inicial da frradura: 20 ºC. a) 25 b) 250 c) 2500 d) ) (Upf 2012) Dois blocos mtálicos A B, ambos d matriais difrnts, são colocados m contato no intrior d um calorímtro idal, d modo a isolá-los d influências xtrnas. Considrando qu a massa do bloco A (m A ) é igual ao dobro da massa do bloco B (m B ), o calor spcífico do bloco A (c A ) é igual à mtad do calor spcífico do bloco B (c B ) a tmpratura inicial do bloco A (T A ) é igual ao triplo da tmpratura inicial do bloco B (T B ), pod-s afirmar qu, quando alcançado o quilíbrio térmico do sistma, a tmpratura d quilíbrio (T q ) srá igual a: a) T B b) 2 T B c) 3 T B d) 4 T B ) 5 T B 12. (Unsp 2012) Claric colocou m uma xícara 50 ml d café a 80 C, 100 ml d lit a 50 C, para cuidar d sua forma física, adoçou com 2 ml d adoçant líquido a 20 C. Sab-s qu o calor spcífico do café val 1 cal/(g. C), do lit val 0,9 cal/(g. C), do adoçant val 2 cal/(g. C) qu a capacidad térmica da xícara é dsprzívl. Considrando qu as dnsidads do lit, do café do adoçant sjam iguais qu a prda d calor para a atmosfra é dsprzívl, dpois d atingido o quilíbrio térmico, a tmpratura final da bbida d Claric, m C, stava ntr a) 75,0 85,0. b) 65,0 74,9. c) 55,0 64,9. d) 45,0 54,9. ) 35,0 44,9. Página 4 d 12
5 13. (Ufmg 2012) Um copo com 200 g d água stá inicialmnt a 25 ºC. Carolina coloca 50 g d glo, a 0 ºC, nss copo. Após algum tmpo, todo o glo drrt toda água no copo stá à msma tmpratura. a) Considrando o sistma água glo isolado, calcul a tmpratura no instant m qu ss sistma chga ao quilíbrio térmico. b) Considrando-s, agora, o sistma isolado como água, glo copo, o valor obtido para a tmpratura do sistma srá mnor, igual ou maior ao valor obtido no itm antrior? Justifiqu sua rsposta. 14. (G1 - ifp 2012) Uma amostra d dtrminada substância com massa 30 g ncontra-s inicialmnt no stado liquido, a 60 C. Está rprsntada plo gráfico abaixo a tmpratura dssa substância m função da quantidad d calor por la cdida. Analisando ss gráfico, é corrto afirmar qu a) a tmpratura d solidificação da substância é 10 C. b) o calor spcífico latnt d solidificação é 1,0 cal/g. c) o calor spcífico snsívl no stado líquido é 1/3 cal/g C. d) o calor spcífico snsívl no stado sólido é 1/45 cal/g C. ) ao passar do stado líquido a 60 C para o sólido a 10 C a substância prdu 180 cal. 15. (Uftm 2012) Em uma chopria, o chop é srvido à razão d 1 litro por minuto. Em um dia, cuja tmpratura é d 24,5 C, a bbida é introduzida na srpntina da chopira à tmpratura ambint, dla, sai a 4 C. A capacidad da chopira é d 20 kg d glo, colocado sobr a srpntina a 4 C cchop 1,0 cal g C. Lf ( cglo 0,5 cal g C 80 cal g ). Considr dchop 3 1,0 g cm Considrando qu não há qualqur tipo d prda d nrgia térmica ntr o mio ambint a chopira, dtrmin: a) a massa d glo qu s convrt m água, para cada litro d chop rtirado. b) o intrvalo d tmpo ncssário para qu s rponha o glo, d modo a mantr smpr a msma tmpratura final do chop. Página 5 d 12
6 16. (Ufp 2012) O gálio (Ga) é um mtal cuja tmpratura d fusão, à prssão atmosférica, é aproximadamnt igual a 30 ºC. O calor spcífico médio do Ga na fas sólida é m torno d 0,4 kj/(kg.ºc) o calor latnt d fusão é 80 kj/kg. Utilizando uma font térmica d 100 W, um studant dtrmina a nrgia ncssária para fundir compltamnt 100 g d Ga, a partir d 0ºC. O gráfico mostra a variação da tmpratura m função do tmpo das mdiçõs ralizadas plo studant. Dtrmin o tmpo total t T qu o studant lvou para ralizar o xprimnto. Suponha qu todo o calor forncido pla font é absorvido pla amostra d Ga. Dê a sua rsposta m sgundos. 17. (Espcx (Aman) 2011) A utilização do trmômtro, para a avaliação da tmpratura d um dtrminado corpo, é possívl porqu, após algum tmpo d contato ntr ls, ambos adquirm a msma tmpratura. Nst caso, é válido dizr qu ls atingm a (o) a) quilíbrio térmico. b) ponto d condnsação. c) coficint d dilatação máximo. d) msma capacidad térmica. ) msmo calor spcífico. 18. (Ufp 2011) Um studant prcisa d três litros d água a tmpratura d 37 ºC. El já dispõ d dois litros d água a 17 ºC. A qu tmpratura, m ºC, l dv aqucr o litro d água a sr misturado com o volum já disponívl? Considr a xistência d trocas térmicas apnas ntr os volums d água na mistura. 19. (Ufu 2011) Para tntar dscobrir com qual matrial sólido stava lidando, um cintista ralizou a sguint xpriência: m um calorímtro d madira d 5 kg com pards adiabáticas foram colocados 3 kg d água. Após crto tmpo, a tmpratura mdida foi d 10 C, a qual s mantv stabilizada. Então, o cintista rtirou d um forno a 540 C uma amostra dsconhcida d 1,25 kg a colocou dntro do calorímtro. Após um tmpo suficintmnt longo, o cintista prcbu qu a tmpratura do calorímtro marcava 30 C não s altrava (vr figura abaixo). Matrial Calor spcífico (cal/g.ºc) Água 1,00 Alumínio 0,22 Chumbo 0,12 Frro 0,11 Madira 0,42 Vidro 0,16 Página 6 d 12
7 Sm considrar as imprfiçõs dos aparatos xprimntais do procdimnto utilizado plo cintista, assinal a altrnativa qu indica qual lmnto da tabla acima o cintista introduziu no calorímtro. a) Chumbo b) Alumínio c) Frro d) Vidro 20. (G1 - cftmg 2011) Ao s colocar glo m um copo com água, vrifica-s qu a água rsfria. Ess fnômno é xplicado plo fato do(a) a) glo librar calor para água. b) glo cdr nrgia para água. c) água cdr calor para o glo. d) água absorvr nrgia do glo. Gabarito: Rsposta da qustão 1: A partir dos dados aprsntados no nunciado, tmos: g g 1000 g d ml l cm Assim sndo, concluímos qu mio litro d água corrspondrá a 500 gramas. Calculmos agora a variação da tmpratura sofrida pla água ingrida: Δθ 36, ,7 Utilizando a quação fundamntal da calorimtria: Q m c Δθ Substituindo plos valors ncontrados, tmos: Q ,7 Q cal Rsposta da qustão 2: [C] Comntário: o nunciado aprsnta uma imprcisão, pois afirma qu s trata d um líquido. A não idntificada substância aprsnta-s totalmnt na fas líquida apnas no intrvalo d C a D. O intrvalo DE aprsnta a vaporização do líquido, ond é possívl dtrminar o calor latnt d vaporização. Rsposta da qustão 3: [A] Dados: Fórmula do tanol = C 2 H 5 OH; Massas molars = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol); m = 138 g Calculando a massa molar do tanol: Página 7 d 12
8 V M = 2(12) + 5(1) = 46 g. O númro d mols contido nssa amostra é: m 148 n n 3. M 36 Analisando o gráfico, notamos qu durant o aqucimnto a nrgia absorvida na forma d calor snsívl (Q S ) a corrspondnt variação d tmpratura () são, rspctivamnt: QS 35 kcal; 78 ( 18) 96 C. Aplicando a quação do calor snsívl na forma molar: Q 35 Q S n c L c L c L 0,12 kj / mol C. n 3 96 Ainda do gráfico, a quantidad d calor absorvida durant a vaporização (Q V ) é: Q kj. Aplicando a quação do calor latnt, também na forma molar: Qv 110 QV n L V L V LV 36,7 kj / mol. n 3 Rsposta da qustão 4: a) Dado: m = 100 g. Do gráfico: Q sól = (400 0) = 400 cal; Q líq = ( ) = 400 cal. 400 c sól csól 0,1 cal /gc. Q Q m c Δθ c m Δθ 400 c líq clíq 0,2 cal /gc b) Do gráfico, a tmpratura d fusão é 40 C. OBS.: a qustão pd o calor latnt d fusão, qu é: Q fusão = ( ) = 400 cal. Mas vamos ntndr calor latnt d fusão como calor spcífico latnt d fusão (L fusão ). Assim: Q fusão 400 Qfusão m L fusão L fusão m 100 L 4 cal/g C. fusão Rsposta da qustão 5: [E] O calor m qustão é latnt. 2 Q ml 10x80 800cal 8,0x!0 cal Rsposta da qustão 6: Dados: C C = 10 cal/c ; m A = 500 g; m B = 200 g; T 0C = T 0A = 20 C; T 0B = 80 C; T q = 30 C. a) Quantidad d calor (Q C ) absorvido plo calorímtro: QC CCT C QC 100 cal. Quantidad d calor (Q A ) absorvido pla água: QA mcata QC cal. b) A tmpratura final da barra é igual à tmpratura d quilíbrio térmico do sistma. final TB 30 C. O sistma é trmicamnt isolado. Então: Página 8 d 12
9 Q Q Q m c T c C A B B B B B c B cb 0,51 cal / g C Rsposta da qustão 7: CAPACIDADES TÉRMICAS: C C C C x y x x Qx 80cal 80cal Δθ ( )K 8K x 10cal / K Qy 40cal 40cal Δθ ( )K 10K y 4cal / K CALORES ESPECÌFICOS SENSÌVEIS: C m.c c c x x x x x y y y y y 0,5cal / gk C m.c 4 10.c c 0,4cal / gk Rsposta da qustão 8: Q P P. Δt m.c. Δθ Δt P. Δt Δθ m.c Δθ 36C Rsposta da qustão 9: [C] Dados: θ 0 = 20 C; θ = 40 C; Z = 10 L/min; ρ = 1 kg/l; 1 cal = 4,2 J; c = 1 cal/g C c = 4,2 J/g C. A massa d água qu passa plo chuviro a cada minuto é: m ρ m ρ V 110 m 10 kg g. V A quantidad d calor absorvida por ssa massa d água é: Q m c , J. 0 Como ssa quantidad d calor é trocada a cada minuto (60 s), vm: Q P P W P 14 kw. t 60 Página 9 d 12
10 Rsposta da qustão 10: [D] Da quação fundamntal da calorimtria: Q mc Q 500 0, cal. Rsposta da qustão 11: [B] Dados: m A = 2 m B ; c A = c B /2; T A = 3 T B. Como o sistma é trmicamnt isolado, o somatório dos calors trocados ntr os dois corpos é nulo. Q Q 0 m c ΔT m c ΔT 0 A B A A A B B B cb 2mB T 3TB mb cb T T B T 3TB T TB 0 2 2T 4T T 2T. B Rsposta da qustão 12: [C] B V Café = 50 ml; V Lita = 100 ml; V Adoçant = 2 ml; c Café = 1 cal/gºc; c Lita = 0,9 cal/gºc; c Adoçant = 2 cal/gºc. Considrando o sistma trmicamnt isolado, vm: Q Q Q 0 mc mc mc 0 Café Lit Adoçant Café Lit Adoçant Como as dnsidads ( ) dos três líquidos são iguais, a massa é o produto da dnsidad plo volum (m = V), tmos: Vc Vc Vc 0 Café Lit Adoçant , ,6 C. Portanto, a tmpratura d quilíbrio stá smpr 55 C 64,9 C. Rsposta da qustão 13: a) Dados: m água = 200 g; m glo = 50 g; m água/glo L glo = 80 cal/g; c água = 1 cal/g C; q 0glo = 0 C q 0água = 25 C. Considrando o sistma trmicamnt isolado, no instant m qu é atingido o quilíbrio térmico a tmpratura é q : Q Q Q 0 glo água/glo água m L m c Δθ m c Δθ 0 glo glo água/glo água água/glo água água água θ θ θ 200 θ θ θ 250 θ 4 ºC. Página 10 d 12
11 b) Considrando o copo, a tmpratura d quilíbrio é maior do qu o valor obtido no itm antrior, pois o copo também forncrá calor para a fusão do glo para o aqucimnto da massa d água rsultant do glo fundido. Vamos ao quacionamnto, considrando C copo a capacidad térmica do copo sua tmpratura inicial igual à da água qu l contém (25 C). Q Q Q Q 0 glo água/glo água copo m L m c Δθ m c Δθ C Δθ 0 glo glo água/glo água água/glo água água água copo copo ' ' ' θ θ copo θ C 25 0 copo ' ' ' copo copo θ 200 θ C θ C C θ ' 4 ºC. θ ' ' Ccopo θ 250 C copo Rsposta da qustão 14: [B] D fato: L calor/massa 30/30 1cal/g Rsposta da qustão 15: Dados: m glo = 20 kg; d chop = 1 g/cm 3 ; V chop = 1 L = cm 3 ; c glo = 0,5 cal/g C; T amb = 24,5 C; T glo = 4 C; t 1 min. a) Assumindo, como sugr o nunciado, qu cada litro d chop lv à fusão complta uma massa m d glo, aplicando a quação do sistma trmicamnt isolado, tmos: Q Q Q 0 glo fusão chop m cgloδtglo m Lfusão 0 dchopvchopcchopδtchop 0 m 0,5 0 4 m , m m 250 g. b) Ainda considrando a hipóts do itm antrior: 0,25 kg 1 min 20 Δt 20 kg Δt 0,25 Δt 80 min. Rsposta da qustão 16: Enrgia ncssária para aqucr fundir 0,1kg (100g) d gálio: Q Qsnsívl Qlatnt Q m.c. T m.l Substituindo os valors: Q m.c. T m.l Q 0,1.0,4.30 0,1.80 Q 9,2kJ Q 9200J Da dfinição d potência tmos: Q Q P t t P Página 11 d 12
12 Substituindo os valors: Q 9200 t t P 100 t 92s. Rsposta da qustão 17: [A] Quando dois corpos ntram m contato há um fluxo d calor do mais qunt para o mais frio até qu as tmpraturas s igualm atingindo o quilíbrio térmico. Rsposta da qustão 18: Dados: C 1= 2C; C 2 = C; T 1 = 17 ºC; T = 37 ºC. Como o sistma é trmicamnt isolado: Q1 Q2 0 C1 T T1 C2 T T2 0 2C C 37 T T T 77 ºC. Rsposta da qustão 19: [D] Q 0 mc Δθ madira água (mc Δθ ) mc Δθ matrial (30 10) 5.0, 42(30 10) 1,25c(30 540) ,5 c 102 c 0,16 cal / g C Rsposta da qustão 20: [C] Pla difrnça d tmpraturas, ocorr um fluxo d calor da água para o glo. Página 12 d 12
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