CAMBIO DE FASE EJERCICIOS RESUELTOS PDF FUSIÓN – VAPORIZACIÓN – CONDENSACIÓN – SOLIDIFICACIÓN
EJERCICIO 1
¿Cuánta cantidad de calor (en cal) se requiere para vaporizar 6g de agua que se encuentra a 100°C?
A) 4080
B) 5050
C) 3500
D) 3240
E) 2580
EJERCICIO 2
¿Cuánto calor (en kcal) debe recibir 100g de H2O sólido que se encuentra a 0°C, para que se fusione totalmente?
A) 12
B) 8
C) 6
D) 5
E) 7
EJERCICIO 3
Determine la cantidad de calor (en kcal) para fundir por completo 30g de hielo que se encontraba a 0°C.
A) 2,5
B) 2,4
C) 2,3
D) 2,8
E) 2,2
EJERCICIO 4
¿Cuánto calor (en kcal) se debe entregar a 25g de hielo, que se encuentra a 0°C, para que se fusione totalmente?
A) 2
B) 3
C) 4
D) 5
E) 6
EJERCICIO 5
Determine la cantidad de calor (en kcal) necesario para fusionar 25g de hielo (H2O) que está a 0°C.
A) 20
B) 10
C) 12
D) 4
E) 2
PROBLEMA 1
En un recipiente aislado, se agregan 250 g de hielo (0,5 cal/g °C) a 0 °C y 600 g de agua (1,0 cal/g °C) a 18 °C. La temperatura final de la mezcla, es:
A) –3 °C
B) –2 °C
C) 7 °C
D) 5 °C
E) 0 °C
Resolución
Rpta. : "E"
EJERCICIO 6
Determine cuántos gramos de hielo que están a 0°C, se funden, si estos absorben 1600 calorías.
A) 20
B) 40
C) 25
D) 15
E) 30
EJERCICIO 7
Si se desea convertir en líquido 20g de vapor de H2O que está a 100°C, ¿se le debe suministrar o sustraer energía calorífica y en qué cantidad?
A) 12600
B) 14000
C) 10800
D) 18000
E) 12000
EJERCICIO 8
Si se desea convertir en sólido 40g de H2O que está a 0°C, ¿se le debe suministrar o sustraer energía calorífica y en qué cantidad (en cal)?
A) 3200
B) 5000
C) 3500
D) 4500
E) 2500
EJERCICIO 9
Determine la cantidad de calor (en cal) que se requiere entregarle a 2g de hielo (H2O) a 0°C para que quede líquido a 5°C.
A) 120
B) 150
C) 180
D) 170
E) 160
EJERCICIO 10
Se tiene 50g de hielo de H2O a – 40°C. Determine la cantidad de calor necesario para fundirlo (en kcal). (Cehielo = 0,5 cal/g°C)
A) 4
B) 5
C) 6
D) 7
E) 8
EJERCICIO 11
¿Qué cantidad de calor (en cal) es necesario cederle a 11g de agua a 100°C para vaporizarlo completamente?
A) 6087
B) 4460
C) 5940
D) 5010
E) 6050
EJERCICIO 12
Se tiene 20g de hielo a 0°C. Determine la cantidad de calor necesario para fundirlo (en kcal).
A) 3,5
B) 1,4
C) 1,3
D) 1,6
E) 2,4
EJERCICIO 13
Se tiene 200g de hielo a –10°C al cual se le agrega 20 kcal. Determine la temperatura final del sistema.
A) 15°C
B) 10°C
C) 12°C
D) 20°C
E) 25°C
EJERCICIO 14
¿Cuántas calorías (en kcal) necesitan 200g de hielo (H2O) a 0°C para convertirse en líquido a 30°C?
A) 18
B) 22
C) 24
D) 36
E) 18
EJERCICIO 15
Se tiene 100g de hielo a – 20°C al cual se le agrega 10 kcal. Determine la temperatura final del sistema.
A) 10°C
B) 15°C
C) 12°C
D) 20°C
E) 18°C
EJERCICIO 16
Si colocamos 250g de agua a 0°C en un refrigerador, ¿cuánto calor (en kcal) como mínimo debe perder para obtener sólo hielo?
A) 10
B) 20
C) 25
D) 15
E) 30
EJERCICIO 17
Se tiene 20g de vapor a 110°C. Determine la cantidad de calor (en kcal) que hay que quitarle para condensarla completamente. (Cevapor= 0,5 cal/g · ºC)
A) 12,8
B) 11,5
C) 14,3
D) 10,9
E) 11,2
EJERCICIO 18
Determinar la cantidad de energía (en cal) que se requiere para transformar en agua líquida a 10g de hielo a – 5°C.
A) 825
B) 1250
C) 1800
D) 745
E) 625
EJERCICIO 19
Determine cuántos gramos de vapor de agua a 100ºC deben liberar 16,2 kcal para condensarse exactamente.
A) 10
B) 20
C) 25
D) 15
E) 30
EJERCICIO 20
¿Cuánto calor (en kcal) es necesario extraer a 150g de agua que se encuentra a 16°C para solidificarlo totalmente?
A) 13,8
B) 12,5
C) 14,4
D) 15,5
E) 18,2
EJERCICIO 21
Una sustancia tiene como calor latente de fusión 150 cal/g, temperatura de fusión 70°C y calor específico 2 cal/g°C. Si tenemos 400g de esta sustancia a 10°C en fase sólida, ¿cuántas calorías se necesitará para fusionarla totalmente (en kcal)?
A) 120 000
B) 102 000
C) 105 000
D) 140 000
E) 108 000
EJERCICIO 22
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se echan simultáneamente 50g de hielo a 0°C con 200g de agua a 80°C. Determine la temperatura final del sistema.
A) 48°C
B) 36°C
C) 50°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 23
Se tiene 20g de hielo a 0°C en un recipiente de capacidad calorífica despreciable, si se suministra 1,2 kcal en forma de calor. Determine la composición final en el recipiente (agua y hielo) respectivamente.
A) 12 y 8
B) 16 y 5
C) 10 y 5
D) 15 y 5
E) 15 y 8
EJERCICIO 24
Relacione correctamente cada pareja de conceptos
a) cambio de fase
b) líquido a sólido
c) L = 540 cal/g
I) solidificación
II) calor latente
III) fenómeno físico
A) aIII, bI, cII
B) aI, bII, cIII
C) aI, bIII, cII
D) aII, bIII, cI
E) aIII, bII, cI
EJERCICIO 25
El punto de fusión de un metal es 1200°C y su calor latente de fusión es 180 cal/g. Si se calienta 150g de dicho metal, en fase sólida, hasta que llegue totalmente a los 1200°C, ¿qué cantidad de calor adicional se necesita para fundirlo completamente (en kcal)?
A) 18
B) 27
C) 12
D) 36
E) 15
EJERCICIO 26
Indique verdadero (V) o falso (F) respecto al cambio de fase:
I) Para que ocurra un cambio de fase debe alcanzarse la temperatura de cambio de fase.
II) Cuando ocurre un cambio de fase la temperatura se mantiene constante.
III) La temperatura del cuerpo aumenta durante un cambio de fase.
A) VFF
B) FFV
C) VVF
D) FVF
E) VVV
EJERCICIO 27
Un trozo de plomo de 100g calentado hasta 200°C se deposita en una cavidad de un gran bloque de hielo a 0°C. ¿Qué cantidad de hielo se fundirá (en g)? (Cepo= 0,032 cal/g·ºC)
A) 8
B) 7
C) 6
D) 5
E) 4
EJERCICIO 28
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tiene 400g de agua a 30°C. Si se entrega 82 kcal y se desprecia las pérdidas de energía, determine la masa (en g) de agua que queda al final.
A) 120
B) 100
C) 80
D) 144
E) 90
EJERCICIO 29
Se tienen 20g de aluminio a 20ºC. Determine la cantidad de calor (en kcal) que se necesita para fundirlo completamente. Considere para el aluminio (Ce = 900 J/kg°C; LF = 9×104 J/kg; Tfusión = 660°C)
A) 10,44
B) 11,20
C) 12,75
D) 13,32
E) 18,18
EJERCICIO 30
Se tienen M gramos de hielo – 10°C. Si al transferir 1,3 kcal se funde el 75% de la masa de hielo, determine M.
A) 10
B) 11
C) 15
D) 20
E) 30
EJERCICIO 31
En muchas ocasiones es agradable tomar agua fría para calmar la sed. Un recipiente contiene 0,9 litros de agua a 60°C y se requiere enfriarlo a 10°C; con este objetivo se vierte cubos de hielo a 0°C. Determine la masa (en g) de hielo que se requiere para tal fin. Se desprecia el calor perdido en el recipiente y el medio ambiente.
A) 860
B) 240
C) 720
D) 500
E) 360
EJERCICIO 32
Un calorímetro de capacidad calorífica despreciable contiene 600g de agua a 100°C. Luego de suministrarle calor (Q), se tiene en el calorímetro 550g de agua a 100°C. Determine Q (en kcal).
A) 27
B) 31
C) 43
D) 49
E) 17
EJERCICIO 33
La masa de cierta porción de hielo es de 200g y se encuentra en un recipiente a una temperatura de 0°C. Si la temperatura del medio ambiente es de 20°C, determine la cantidad de calor (en kcal) que absorbe el hielo hasta alcanzar el equilibrio térmico con el medio ambiente.
A) 20
B) 10
C) 15
D) 80
E) 25
EJERCICIO 34
Determine el calor (en kcal) que debemos suministrar a 600g de hielo a – 10°C para transformarlo en agua líquida a 0°C.
A) 32
B) 31
C) 42
D) 51
E) 42
EJERCICIO 35
¿Cuántos gramos de hielo a –20°C deben combinarse con 500g de agua a 90°C para que la temperatura de equilibrio sea 30°C?
A) 150
B) 250
C) 145
D) 125
E) 160
EJERCICIO 36
En días muy calurosos, beber una limonada helada es agradable con el fin de bajar la temperatura del cuerpo en esos días. Se tiene un recipiente con 0,88 litros de agua a la temperatura de 18°C. Con el fin de enfriarla hasta 8°C se vierte cierta cantidad de cubitos de hielo a 0°C cada uno de 20g de masa. (Suponer que el intercambio de calor es solamente entre el hielo y el agua). ¿aproximadamente cuántos cubitos es necesario?
A) 30
B) 10
C) 15
D) 6
E) 5
EJERCICIO 37
Un bloque de hielo de M gramos a 0°C se mezcla con 900g de agua a 30°C en un recipiente de capacidad calorífica despreciable. Si la temperatura de equilibrio es 10°C, calcule M.
A) 220
B) 250
C) 280
D) 200
E) 260
EJERCICIO 38
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se mezclan una masa M de agua a 73 °C y 50 g de vapor a 100°C. Si el equilibrio térmico se da a 100°C, y en el sistema solo se tiene agua líquida, calcule M.
A) 1kg
B) 2kg
C) 4kg
D) 8kg
E) 3kg
EJERCICIO 39
Se vierten 7kg de un metal fundido a su temperatura de fusión de 1000°C, en 20kg de agua a 20°C. Si se observa que el el equilibrio térmico se da a 100°C de modo que el agua hierve y se vaporizan 10kg, determine el calor latente de fusión del metal en cal/g, si se sabe además que el calor especifico del metal es de 0,8 cal/g°C
A) 80
B) 40
C) 280
D) 300
E) 360
EJERCICIO 40
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tiene inicialmente 100g de hielo a – 5°C. Si le suministramos 1050 cal, determine la composición final del sistema.
A) 20g de agua y 80g de hielo
B) 10g de agua y 90g de hielo
C) 50g de agua y 50g de hielo
D) 100g de agua
E) 100g de hielo
EJERCICIO 41
Hallar la temperatura de la mezcla de 1 kg de hielo a 0°C con 9kg de agua a 50°C.
A) 30°C
B) 37°C
C) 23°C
D) 49°C
E) 43°C
EJERCICIO 42
¿Qué masa (en g) de hielo a 0°C y qué masa de vapor de agua (en g) a 100°C se deben juntar en un recipiente de capacidad calorífica despreciable para que al final se obtenga 180g de agua a 0°C?
A) 120 y 20
B) 160 y 40
C) 100 y 20
D) 150 y 40
E) 160 y 20
EJERCICIO 43
Una bola de 50g y rapidez 200m/s impacta en un bloque de hielo que se encuentra en reposo a 0 °C. Considerando que toda la energía cinética de la bola se convierte en calor, determine la masa de hielo que se derrite. Considere 1J=0,24 cal.
A) 3g
B) 5g
C) 1g
D) 4g
E) 2g
EJERCICIO 44
En una taza hay 250g de café a 100°C, de calor específico igual al agua. Si le añadimos 50g de hielo a 0°C, ¿cuál será su temperatura final? (Lhielo=80 cal/g).
A) 80°C
B) 75°C
C) 80°C
D) 70°C
E) 90°C
APRENDIZAJES ESPERADOS
☛ Comprender las condiciones para que ocurra un cambio de fase.
☛ Conocer los diferentes cambios de fase.
☛ Aplicar las leyes del cambio de fase
CAMBIO DE ESTADO DE UNA SUSTANCIA
Si a un cuerpo que está a una determinada temperatura en estado sólido se le calienta progresivamente, se puede observar que, al llegar a una presión y temperatura determinada, se convierte gradualmente en un líquido.
Si se continúa calentando ese líquido, llega un momento en que se convierte gradualmente en vapor.
Se llama cambio de estado, al fenómeno que consiste en el paso de un estado cualquiera a otro, por adición o sustracción de calor.
Todo cambio de estado se realiza a una temperatura y presión constante y depende de cada sustancia.
Así tenemos que el hielo se convierte en líquido a 0 °C y 1 atmósfera de presión, y el agua se convierte en vapor a 100°C y 1 atmósfera de presión. Para otro cuerpo estos valores son diferentes.
Cuando un cuerpo cambia de estado, adquiere otras propiedades que le son inherentes a su nuevo estado. En el aspecto macroscópico podemos distinguir tres estados de la materia: El sólido, el líquido y el gaseoso.
CAMBIO DE FASE
El paso de una fase a otra se denomina cambio de fase y consiste en un reordenamiento molecular que se efectúa bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, así como la necesaria transferencia de calor.
Por ejemplo supongamos que tenemos cierta cantidad de hielo a –20°C en un recipiente, el cual es puesto al fuego, se observará que su temperatura se eleva hasta que alcanza el valor de 0°C, luego a esa temperatura constante comienza el cambio de fase de sólido a líquido, una vez culminado el cambio de fase obtenemos líquido a 0°C, al seguir calentando el líquido, alcanzaremos la temperatura de 100°C, en donde a esa temperatura constante ocurrirá el cambio de fase de líquido a gas, una vez culminado el cambio de fase obtendremos vapor de agua a 100°C; si seguimos calentando el gas obtendremos vapor sobrecalentado y si alcanzamos elevadísimas temperaturas obtendremos el plasma.
En la naturaleza, las sustancias presentan los siguientes cambios de fase y estas se pueden dar en forma espontánea, como la evaporación o en procesos controlados como los que se dan en las fundiciones para obtener aleaciones.
A) FUSIÓN: Cambio de sólido a líquido.
B) SOLIDIFICACIÓN: Cambio de líquido a sólido, suele llamarse también ‘‘cristalización’’.
C) VAPORIZACIÓN: Cambio de líquido a gas.
D) CONDENSACIÓN: Cambio de gas a líquido, se llama también ‘‘licuefacción’’.
E) SUBLIMACIÓN:
Cambio directo de sólido a gas sin pasar por el estado líquido.
Recientemente se estudió un cuarto estado denominado “Plasma”.
El plasma es un gas cuyos constituyentes están cargados eléctricamente o ionizados.
Su comportamiento depende mucho de la presencia de fuerzas eléctricas y magnéticas.
Como la mayor parte de la materia del Universo existe en forma de plasma, varios investigadores en el campo de la Física Moderna se han dedicado a su estudio.
CARACTERÍSTICAS DEL CAMBIO DE FASE
1) A una determinada presión, una sustancia pura cambiará de fase a una temperatura definida, conocida como temperatura de cambio de fase.
2) Mientras ocurre el cambio de fase, la temperatura se mantiene constante.
3) La energía calorífica que se transfiere durante el cambio de fase sólo se invierte en el reordenamiento molecular.
4) A mayor presión ejercida sobre una sustancia, mayor será su temperatura de cambio de fase. Esto es con excepción del agua.
5) La temperatura de cambio de fase no cambia cualquiera que sea el sentido del cambio de fase.
CALOR TRANSFERIDO DURANTE UN CAMBIO DE FASE (CALOR LATENTE)
Se denomina también calor de transformación y es la cantidad de calor que debe ganar o perder una unidad de masa para cambiar de fase sin alterar su temperatura.
Su valor depende del tipo de proceso, del tipo de sustancia y de la masa transformada.
Q = Calor absorbido o perdido
m = masa de la sustancia
L = Calor latente de la sustancia
I) CALOR LATENTE DE FUSIÓN
Es la cantidad de calor que se le debe suministrar o quitar a la unidad de masa de una sustancia, que está en condiciones de cambiar de estado, para que pase del estado sólido al líquido o viceversa.
Así, el plomo se funde a 327 °C y a la presión de 1 atm, y el hielo que está a 0 °C y a 1 atm se necesita adicionarle 80 calorías, para derretir un gramo.
II) CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN
Es la cantidad de calor que se le debe adicionar o quitar a la unidad de masa de una sustancia, que está en condiciones de cambiar de estado, para que pase del estado líquido al estado gaseoso o viceversa.
Así tenemos que si el agua está a 100 °C y 1 atmósfera de presión, entonces para que pase a vapor de agua un gramo de este líquido se necesita adicionarle una cantidad de 540 calorías.
