Calcule la energía requerida para convertir el hielo en vapor

Este problema de ejemplo trabajado demuestra cómo calcular la energía requerida para elevar la temperatura de una muestra que incluye cambios en la fase. Este problema encuentra la energía necesaria para convertir el hielo frío en vapor caliente..

Problema de energía de hielo a vapor

¿Cuál es el calor en julios requerido para convertir 25 gramos de hielo a -10 ° C en vapor a 150 ° C??
Información útil:
calor de fusión del agua = 334 J / g
calor de vaporización de agua = 2257 J / g
calor específico de hielo = 2.09 J / g · ° C
calor específico del agua = 4.18 J / g · ° C
calor específico de vapor = 2.09 J / g · ° C
Solución:
La energía total requerida es la suma de la energía para calentar el hielo de -10 ° C a hielo de 0 ° C, derritiendo el hielo de 0 ° C en agua de 0 ° C, calentando el agua a 100 ° C, convirtiendo el agua de 100 ° C a 100 ° C de vapor y calentar el vapor a 150 ° C. Para obtener el valor final, primero calcule los valores de energía individuales y luego sume.
Paso 1: Calor requerido para elevar la temperatura del hielo de -10 ° C a 0 ° C Use la fórmula
q = mcΔT
dónde
q = energía calorífica
m = masa
c = calor específico
ΔT = cambio de temperatura
q = (25 g) x (2.09 J / g · ° C) [(0 ° C - -10 ° C)]
q = (25 g) x (2.09 J / g · ° C) x (10 ° C)
q = 522.5 J
Calor requerido para elevar la temperatura del hielo de -10 ° C a 0 ° C = 522.5 J
Paso 2: Se requiere calor para convertir hielo a 0 ° C en agua a 0 ° C
Usa la fórmula para el calor:
q = m · ΔH_F
dónde
q = energía calorífica
m = masa
ΔH_F = calor de fusión
q = (25 g) x (334 J / g)
q = 8350 J
Calor requerido para convertir 0 ° C de hielo a 0 ° C de agua = 8350 J
Paso 3: Calor requerido para elevar la temperatura del agua de 0 ° C a agua de 100 ° C
q = mcΔT
q = (25 g) x (4.18 J / g · ° C) [(100 ° C - 0 ° C)]
q = (25 g) x (4.18 J / g · ° C) x (100 ° C)
q = 10450 J
Calor requerido para elevar la temperatura del agua de 0 ° C a 100 ° C de agua = 10450 J
Etapa 4: Se requiere calor para convertir agua a 100 ° C en vapor a 100 ° C
q = m · ΔH_v
dónde
q = energía calorífica
m = masa
ΔH_v = calor de vaporización
q = (25 g) x (2257 J / g)
q = 56425 J
Calor requerido para convertir 100 ° C de agua a 100 ° C de vapor = 56425
Paso 5: Se requiere calor para convertir vapor a 100 ° C en vapor a 150 ° C
q = mcΔT
q = (25 g) x (2.09 J / g · ° C) [(150 ° C - 100 ° C)]
q = (25 g) x (2.09 J / g · ° C) x (50 ° C)
q = 2612.5 J
Calor requerido para convertir vapor de 100 ° C a vapor de 150 ° C = 2612.5
Paso 6: Encuentra la energía calorífica total
Calor_Total = Calor_{Paso 1} + Calor_{Paso 2} + Calor_{Paso 3} + Calor_{Etapa 4} + Calor_{Paso 5}
Calor_Total = 522.5 J + 8350 J + 10450 J + 56425 J + 2612.5 J
Calor_Total = 78360 J
Responder:
El calor requerido para convertir 25 gramos de hielo a -10 ° C en vapor a 150 ° C es 78360 J o 78.36 kJ.