Para resfriar 500 g de água de 25,0 °C a 5,0 °C usa-se gelo seco (CO2 sólido) que sublima absorvendo calor…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Para resfriar 500 g de água de 25,0 °C a 5,0 °C usa-se gelo seco (CO2 sólido) que sublima absorvendo calor. Dados: Cp,H2O = 4,18 J·g?¹·K?¹; ?Hsub(CO2)=571 kJ·kg?¹. Calcule a massa de CO2 (g) necessária (assuma que toda a energia vem da sublimação).
- A) 1,00 kg de CO2;
- B) 10 g de CO2;
- C) 500 g de CO2;
- D) ˜73 g de CO2.
- E) 200 g de CO2;
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Calcule a variação de temperatura da água: ΔT = 25,0 °C - 5,0 °C = 20,0 K. Passo 2: Calcule o calor que a água precisa perder: Q = m × Cp × ΔT = 500 g × 4,18 J/(g·K) × 20 K = 41.800 J, ou seja, 41,8 kJ. Passo 3: Converta o calor de sublimação para unidades compatíveis: 571 kJ/kg = 0,571 kJ/g. Passo 4: Calcule a massa de CO2 que absorve 41,8 kJ: m = Q / ΔHsub = 41,8 kJ / 0,571 kJ/g ≈ 73,2 g. Passo 5: Compare com o gabarito oficial. O resultado, aproximadamente 73 g, corresponde à alternativa D, que coincide com o gabarito. Por que as outras estão erradas: A) 1,00 kg é cerca de 14 vezes maior do que o necessário, o que indicaria um erro grosseiro de cálculo ou de unidade. B) 10 g é muito pequeno, pois não absorveria os 41,8 kJ de calor necessários. C) 500 g é a massa de água, não a de gelo seco necessária, e não há relação direta entre as duas massas. E) 200 g absorveria mais calor do que o necessário, cerca de 114 kJ, o que não corresponde ao balanço energético da questão.
💡 Dica: Calcule a energia necessária para resfriar a água e relacione com a energia da sublimação do CO2.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente não converteu corretamente as unidades de kJ/kg para kJ/g e superestimou a massa de CO2 necessária, chegando a um valor na ordem de quilogramas.
O aluno provavelmente errou a conversão de unidades ou a divisão, obtendo uma massa muito pequena de CO2 em relação aos 41,8 kJ de calor a absorver.
O aluno supôs que a massa de gelo seco deve ser igual à massa de água a ser resfriada, sem considerar o calor de sublimação por unidade de massa.
Por que engana: O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária para resfriar a água com a quantidade de calor liberada pela sublimação do CO2, resultando em um cálculo incorreto da massa.
Q água = 500·4,18·(25-5)=41 800 J = 41,8 kJ. mCO2 = 41,8 kJ / 571 kJ·kg?¹ = 0,0732 kg ˜ 73 g.
O aluno provavelmente cometeu um erro no cálculo do calor da água ou na divisão pelo calor de sublimação, obtendo um valor de massa maior que o correto.
Raio-X da questão
calor específico e sublimação
avaliacao
calor específico · sublimação
Revisar os conceitos de calor específico e mudanças de estado físico.
O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária para resfriar a água com a quantidade de calor liberada pela sublimação do CO2, resultando em um cálculo incorreto da massa.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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