Considere que os sólidos estão fisicamente separados, mas em contato térmico por meio de uma parede condutora

Considere que os sólidos estão fisicamente separados, mas em contato térmico por meio de uma parede condutora

ITA 2023 - QUESTÃO 13

Um determinado sistema consiste em dois sólidos, A e B, cada qual com uma quantidade igual a 1 mol.

Considere que os sólidos estão fisicamente separados, mas em contato térmico por meio de uma parede condutora de calor, a qual garante que estejam em equilíbrio térmico em todos os instantes. A temperatura inicial desse sistema é igual a –10°C.

O sistema é aquecido até atingir a temperatura de 20°C. A temperatura de fusão de A é igual a 0°C e a de B é igual a 10°C. Considere ainda os dados a seguir.

I. Variação de entalpia de fusão, de A, ΔHfusão(A) = 1kJ mol–1, e de B, ΔHfusão(B) = 2 kJ mol–1;

II. Capacidade calorífica molar sob pressão constante, de A sólido, Cp,sólido(A) = 30 J mol–1K–1, e de B sólido, Cp,sólido(B) = 20J mol–1K–1;

III. Capacidade calorífica molar sob pressão constante, de A líquido, Cp,líquido(A) = 50 J mol⁻¹K⁻¹, e de B líquido, Cp,líquido(B) = 100 J mol⁻¹K⁻¹.

Desenhe um gráfico da temperatura do sistema, em °C, em função da quantidade de calor fornecida, em kJ, indicando o fenômeno físico e o valor numérico da quantidade de calor fornecida em cada etapa do processo de aquecimento, até a temperatura final ser atingida. 

QUESTÃO ANTERIOR:

- O ácido fórmico pode ser obtido por meio de uma reação de duas etapas. Na primeira etapa, em temperatura

GABARITO E RESOLUÇÃO:

• Calor fornecido quando o sistema é aquecido de

–10°C para 0°C (Δθ = 10°C, Δθ = 10K)

• Calor fornecido ao sistema: 

300J + 200J = 500J ∴ 0,5kJ

• Calor fornecido para fusão do sólido A:

• Calor fornecido ao sistema:

0,5kJ + 1kJ = 1,5kJ

• Calor fornecido quando o sistema é aquecido de

0°C para 10°C (Δθ = 10°C, Δθ = 10K)

Líquido A:

Sólido B:

• Calor fornecido ao sistema:

1,5kJ + 0,5kJ + 0,2kJ = 2,2kJ

• Calor fornecido para fusão do sólido B:

• Calor fornecido ao sistema:

2,2kJ + 2kJ = 4,2kJ

• Calor fornecido quando o sistema é aquecido de

10°C para 20°C (Δθ = 10°C, Δθ = 10K)

Líquido A:

Líquido B:

• Calor fornecido ao sistema: 

4,2kJ + 0,5kJ + 1kJ = 5,7kJ

Gráfico completo:

Fenômenos físicos:

1) –10°C a 0°C – aquecimento dos sólidos A e B.

2) 0°C: fusão do sólido A.

3) 0°C a 10°C – aquecimento do líquido A e do sólido B.

4) 10°C: fusão do sólido B.

5) 10°C a 20°C: aquecimento dos líquidos A e B.

PRÓXIMA QUESTÃO:

- Duas soluções aquosas, contendo os cátions genéricos, A⁺ e B⁺, são preparadas com as concentrações iniciais descritas a seguir.

QUESTÃO DISPONÍVEL EM:

- Prova ITA 2023 (2ª Fase) com Gabarito