Un sistema está constituido por la mezcla de 500 g de agua y 100 g de hielo a la temperatura de
equilibrio de 0 °C. si se introduce en un sistema 200 g de vapor de agua a 100 °C. Hallar la
temperatura final y la composición de la mezcla.
Respuestas a la pregunta
La temperatura final del sistema y la composición de la mezcla son : 20.86 ºC y 40 g de hielo y 290 g de agua.
La temperatura final del sistema y la composición de la mezcla se calculan mediante la aplicación de calor de fusión y vaporización , así como el equilibrio químico, primero se calcula rl calor necesario para fundir el hielo por completo a 0ºC:
200 g * 1cal /gºC* ( T- 0C) + 80 cal/g*20g + 20g * 1 cal/gºC*(T-0ºC) -10g *540cal/g+10g*1 cal/gºC*(T-100C)
200T +1600 +20T-5400 +10T-1000 =0
230T = 4800
T = 4800/ 230 = 20.86 ºC.
Q1 = m* Lf = 120 g hielo * 80 cal/g = 9600 cal.
Luego, el calor máximo que desprende el vapor es:
Q2 = m*Lv + m* Ce* (Tf-To)
Q2 = 10 g * 540 cal/g + 10 g * 1 cal/gºC * ( 100ºC - 0ºC)
Q2= 6400 cal.
Puesto que se necesitan 9600 cal para fundir todo el hielo y sólo 6400 cal pueden ser proporcionados por el vapor, mezcla final debe consistir en hielo y agua a 0ºC .
Para determinar la composición final de la mezcla, se observa que serían necesarias 3200 cal adicionales para fundir el hielo restante, por consiguiente :
m* Lf = 3200 cal
m = 3200 cal /80 cal /g = 40 g
Por lo tanto, debe haber 40 g de hielo en la mezcla, la cantidad de agua restante es:
Agua restante = agua inicial + hielo fundido + vapor condensado
= 200 g + 80 g+ 10 g = 290 g
La composición final consiste en una mezcla de 40 g de hielo y 290 g de agua a 0ºC .