Для решения этой задачи нам нужно использовать принцип теплового баланса, который гласит, что теплота, переданная одной частью системы, равна теплоте, полученной другой частью системы.

Давайте обозначим:

• m_п - масса конденсировавшегося пара, которую мы ищем;
• m_лед - масса льда, находившегося в калориметре;
• c_лед - удельная теплоемкость льда (примерно 2,1 Дж/(г·°C));
• c_вода - удельная теплоемкость воды (примерно 4,2 Дж/(г·°C));
• c_алюминий - удельная теплоемкость алюминия (примерно 0,9 Дж/(г·°C));
• L_плав - теплота плавления льда (примерно 334 Дж/г);
• L_исп - теплота конденсации пара (примерно 2260 Дж/г).

Теперь мы можем записать уравнение теплового баланса для данной системы. Теплота, отданная паром, должна равняться теплоте, полученной льдом и алюминием:

1. Теплота, отданная паром:

Q_п = m_п * L_исп + m_п * c_вода * (25 - 100)

2. Теплота, полученная льдом и алюминием:

Q_лед = m_лед * c_лед * (0 - (-15)) + m_лед * L_плав + (300 г) * c_алюминий * (25 - 25)

Сначала мы можем определить массу смеси:

m_лед + m_п = 500 г

Теперь подставим известные значения в уравнение теплового баланса:

m_п * 2260 + m_п * 4,2 * (25 - 100) = m_лед * 2,1 * (15) + m_лед * 334 + 0

Соберем все это в одно уравнение:

m_п * (2260 - 4,2 * 75) = m_лед * (2,1 * 15 + 334)

Теперь подставим m_лед = 500 - m_п:

m_п * (2260 - 315) = (500 - m_п) * (31,5 + 334)

Теперь решим это уравнение относительно m_п:

m_п * 1945 = (500 - m_п) * 365,5

Раскроем скобки:

m_п * 1945 = 182750 - 365,5 * m_п

Соберем все m_п в одну сторону:

m_п * (1945 + 365,5) = 182750

m_п * 2310,5 = 182750

Теперь найдем массу пара:

m_п = 182750 / 2310,5 ≈ 79 г

Теперь найдем массу льда:

m_лед = 500 - m_п = 500 - 79 ≈ 421 г

Ответ:

В алюминиевом калориметре сконденсировалось примерно 79 г пара, а масса льда в начале опыта составила около 421 г.