Em uma atividade de laboratório, uma amostra de água é aquecida em um recipiente aberto, sob pressão de 1 atm…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma atividade de laboratório, uma amostra de água é aquecida em um recipiente aberto, sob pressão de 1 atm. O aquecimento ocorre desde 20,0 °C até que toda a amostra se transforme em vapor a 100,0 °C. Para a água, nessa faixa de temperatura, considere o calor específico igual a 4,18 J·g?¹·°C?¹ e a entalpia de vaporização igual a 2256 J·g?¹. A amostra utilizada tem massa de 50,0 g. Com base nos dados do experimento, calcule a energia total necessária para aquecer a água até 100,0 °C e vaporizá-la completamente.
- A) 1,30 × 10⁵ J (q₁ = 1,67 × 10⁴ J; q₂ = 1,128 × 10⁵ J; qtotal = 1,295 × 10⁵ J).
- B) 1,67 × 10⁴ J (q₁ = 1,672 × 10⁴ J; q₂ = 0 J; qtotal = 1,672 × 10⁴ J).
- C) 1,13 × 10⁵ J (q₁ = 0 J; q₂ = 1,128 × 10⁵ J; qtotal = 1,128 × 10⁵ J).
- D) 1,34 × 10⁵ J (q₁ = 2,090 × 10⁴ J; q₂ = 1,128 × 10⁵ J; qtotal = 1,337 × 10⁵ J).
- E) 6,48 × 10⁴ J (q₁ = 1,672 × 10⁴ J; q₂ = 4,512 × 10⁴ J; qtotal = 6,184 × 10⁴ J).
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique as duas etapas do processo. Primeiro a água é aquecida de 20,0 °C até 100,0 °C (sem mudar de estado); depois, a 100,0 °C, ela é vaporizada totalmente. A energia total é a soma q1 + q2.
- Calcule o aquecimento: q1 = m × c × ΔT = 50,0 × 4,18 × (100,0 − 20,0) = 50,0 × 4,18 × 80,0 = 16 720 J, ou seja, 1,672 × 10^4 J.
- Calcule a vaporização: q2 = m × Hvap = 50,0 × 2256 = 112 800 J, ou seja, 1,128 × 10^5 J.
- Some as duas parcelas: qtotal = 16 720 + 112 800 = 129 520 J, que arredondado com três algarismos significativos fica 1,30 × 10^5 J.
- Conclusão: a alternativa correta é a A, que coincide com o gabarito oficial. A alternativa B considera apenas o aquecimento, a C considera apenas a vaporização, a D usa ΔT = 100 no aquecimento (erro de cálculo) e a E multiplica o calor de vaporização por 20 em vez de usar a massa de 50,0 g.
💡 Dica: Calcule a energia em duas etapas: aquecimento e vaporização.
Alternativa por alternativa
O processo ocorre em duas etapas. Primeiro, calcula-se a energia para elevar a temperatura da água: q₁ = m·c·ΔT = 50,0·4,18·(100,0 − 20,0) = 1,672 × 10⁴ J. Depois, calcula-se a energia para vaporizá-la a 100,0 °C: q₂ = m·ΔHvap = 50,0·2256 = 1,128 × 10⁵ J. Assim, qtotal = q₁ + q₂ = 1,2952 × 10⁵ J, que, com três algarismos significativos, corresponde a 1,30 × 10⁵ J.
O aluno calculou apenas a parcela de aquecimento da água (q1) e esqueceu que a amostra ainda precisa ser vaporizada totalmente a 100 °C.
O aluno considerou apenas a mudança de estado (q2) e ignorou o aquecimento de 20,0 °C até 100,0 °C, como se a água já estivesse na temperatura de ebulição.
O aluno usou a temperatura final de 100 °C como variação de temperatura no aquecimento (ΔT = 100 em vez de 80), esquecendo de subtrair a temperatura inicial de 20 °C.
O aluno substituiu a massa de 50,0 g pelo valor 20 (temperatura inicial) no cálculo de q2, obtendo 2256 × 20 = 4,512 × 10^4 J, o que mostra confusão entre as variáveis da fórmula.
Raio-X da questão
calor específico e vaporização
avaliacao
calor específico · vaporização
Revisar os conceitos de calor específico e mudanças de estado físico.
O aluno pode confundir as fórmulas e calcular incorretamente a energia total, não somando corretamente as energias de aquecimento e vaporização.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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