¿Cuánto calor debe extraerse a 300 g de vapor de agua a 120 °C para convertirlo en hielo a -8 °C? Ce Hielo=2093 J/(K kg); Ce(H2O)=4186 J/(K kg); Ce(Vapor de agua)=2000 J/(K kg); Hf=334 000 J/kg; Hv=2 256 000 J/kg.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
QF= 919603200
Explicación:
Q1: 300(2093)(0-(-8))=5023200
Q2: 300(334000)=100200000
Q3: 300(4186)(100-0)=125580000
Q4: 300(2000)(120-100)=12000000
Q5: 300(2256000)=676800000
QF=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
QF= 919603200
El calor que debe extraerse a 300 g de vapor de agua a 120 °C para convertirlo en hielo a -8 °C es -220.2 kcal.
Ecuaciones a utilizar:
Ecuación de calor sin cambio de estado:
Q = C*m * (Tf-To)
donde Q es el calor joules, m la masa en kilogramos, C el calor específico en cal/(g°C), Tf la temperatura final y To la temperatura inicial en °C.
Ecuación de calor cuando hay cambio de estado a temperatura constante:
Q = L*m
donde Q es el calor calorías, m la masa en gramos y L el calor de fusión en cal/g.
Datos:
Chielo = 2093 J/(K kg) = 0.55 cal/(g°C)
Cagua = 4186 J/(K kg) = 1 cal/(g°C)
Cvap = 2000 J/(K kg) = 0.48 cal/(g°C)
H_fusión = -334 000 J/kg = -80 cal/g
H_vap = -2 256 000 J/kg = -540 cal/g
m = 300 g
Para resolver este problema se deben realizar los siguientes pasos
1) Extraer calor del vapor de agua de 120°C a 100°C
2) Condensar el vapor de agua a 100°C
3) Extraer calor del agua de 100°C a 0°C
4) Congelar el agua a 0°C
5) Extraer calor del hielo de 0°C a -8°C
1) Extraer calor del vapor de agua de To= 120°C a Tf=100°C
Q1 = Cvap *m * (Tf-To)
Q1 = 0.48*300 * (100-120) = -2880 cal
2) Condensar el vapor de agua a 100°C
Q2 = vap*m
Q2=-540*300 = -162000 cal
3) Extraer calor del agua de To=100°C a Tf=0°C
Q3 = C_agua*m * (Tf-To)
Q3 = 1 * 300 * (0-100) = -30000 cal
4) Congelar el agua a 0°C
Q4 = H_fusión*m
Q4 = -80* 300 = -24000 cal
5) Extraer calor del hielo de To=0°C a Tf= -8°C
Q5 = Chielo*m * (Tf-To)
Q5 = 0.55 * 300 * (-8-0) = -1320 cal
Calor total:
Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
Q= -220.2 kcal
Más sobre la función de la calorimetría:
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