Resposta obtida por resolução técnica — sem correção automática
Um bloco de gelo de 2 kg de massa a -20°C é colocado em contato com 100g de água em estado líquido a 60°C. Supondo que o sistema se encontra em equilíbrio térmico após um longo intervalo de tempo e que não haja troca de calor com o ambiente, calcule a temperatura de equilíbrio do sistema e assinale a opção correta.
Dados: Calor específico da água= 1 cal/g°C.
Calor específico do gelo= 0,5 cal/g°C.
Calor latente da água de solidificação= 80 cal/g.
Dados: Calor específico da água= 1 cal/g°C.
Calor específico do gelo= 0,5 cal/g°C.
Calor latente da água de solidificação= 80 cal/g.
Resolução comentada
O gelo não derrete por completo e o equilíbrio fica em cerca de -5,7 °C.
A água a 60 °C, ao esfriar até 0 °C e congelar, libera 100·1·60 + 100·80 = 14000 cal. Aquecer os 2000 g de gelo de -20 °C até 0 °C exigiria 2000·0,5·20 = 20000 cal, mais do que o disponível. Logo tudo é gelo no equilíbrio, com T abaixo de 0 °C. Pelo balanço, 1000(T+20) = 14000 − 50T, o que dá 1050T = −6000 e T ≈ −5,7 °C.
Análise das alternativas
A) -21 °C fica abaixo da temperatura inicial do gelo, o que é impossível. B) e C) resultam de erros no balanço de calor. E) 10 °C exigiria derretimento total do gelo, o que não ocorre.
Referência: Calorimetria – calor sensível e latente.
Resolução comentada do VaiConcursos.