Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Capacidad calorífica y calor específico. Brown 15ed. 5.21

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¿Cuánta energía (calor) se necesita para calentar una cacerola de aluminio (0.20 kg) que contiene 1.0 L de agua desde la temperatura ambiente (20 °C) hasta la ebullición? Supón equilibrio térmico entre el recipiente y el agua en todo momento (el calor específico del Al es 0.90 J/g·K y el del H₂O es 4.18 J/g·K. Supón que la densidad del agua es 1 g/mL)

Etapa analítica

Usaremos el teorema de Calor en función del calor específico. Considerando un material compuesto, en lugar de la forma base del teorema, aplicaremos la ley de conservación de la energía. Esto implica que el calor total es la suma de los calores parciales. Por lo tanto, podemos expresar el teorema modificado como la suma de sus componentes elementales. No obstante, es posible generalizar esta expresión extrayendo la diferencia de temperatura como factor común, de la siguiente manera:

Etapa numérica por teoremas.

Nota de análisis dimensional, recordemos que el agua puede convertirse de plumazo L = kg debido a su densidad normal de 1 kg/L bajo la mayoría de las temperaturas del líquido de referencia.

Etapa numérica por factor de conversión.

Paso 1. Calor absorbido por el aluminio

Paso 2. Calor absorbido por el agua

Paso 3. El calor del sistema es igual a la suma de los calores de los componentes despojados de sus identidades individuales, esta es una interpretación de la ley de la conservación de la masa.

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.