Übungsaufgaben Physikalische Chemie

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1 Übungsaufgaben Physikalische Chemie A1. Welchen Druck übt gasförmiger Stickstoff mit einer Masse von 2,045 g bei 21 C in einem Gefäß mit einem Volumen von 2,00 l aus? A2. In Haushaltgeräten zur Erzeugung von Sprudelwasser werden Stahlzylinder eingesetzt, die mit Kohlendioxid gefüllt sind. Diese Zylinder haben ein Volumen von 250 ml und, wenn sie leer sind, eine Masse von 0,74 kg. Wie groß ist der Druck des Kohlendioxidgases bei 20 C in einem vollen Zylinder mit einer Masse von 1,04 kg? A3. Behälter, die Gase unter Druck enthalten, sind gewöhnlich mit einem Warnhinweis ausgestattet, da sie unbedingt vor hohen Temperaturen geschützt werden müssen. Eine Sprühdose, deren Treibgas bei 18 C einen Druck von 125 kpa ausübt, wird in ein Feuer geworfen. Wie groß ist der Druck des Gases, wenn die Temperatur der Dose auf 700 C angestiegen ist? A4. Der Auftrieb eines Heißluftballons beruht darauf, dass sich die Luft in der Ballonhülle beim Erwärmen ausdehnt und dadurch ihre Dichte abnimmt. Auf welche Temperatur, ausgehend von 340 K, muss eine gegebene Luftmenge aufgeheizt werden, damit das Volumen um 14 % zunimmt? A5. Ein Wetterballon hat bei 20 C auf Höhe des Meeresspiegels einen Radius von 1,0 m. Nach Erreichen der maximalen Höhe dehnt sich der Ballon auf einen Radius von 3,0 m aus. Welcher Druck herrscht innerhalb des Ballons, wenn die Temperatur 20 C beträgt? A6. Um die Molmasse eines Gases bestimmen zu können, wird eine bestimmte Menge davon in einen evakuierten Glaskoben mit einem Volumen von 250 cm 3 eingeleitet. Die anschließende Messung von Druck, Temperatur und Masse des Gases liefert Werte von 152 Torr, 298 K und 33,5 mg. Wie groß ist Molmasse des Gases? A7. Ein Behälter mit einem Volumen von 22,4 l enthält 2,0 mol H 2 und 1,0 mol N 2 bei 273,15 K. Berechnen Sie (a) die Partialdrücke und (b) den Gesamtdruck der Gasmischung. B1. Um Wasser zu erhitzen, wird ein Tauchsieder an eine Spannungsquelle mit einer Spannung von 110 V angeschlossen. Wie groß ist die abgegebene Wärmemenge, wenn 5,0 min lang ein Strom der Stromstärke 1,34 A durch den Tauchsieder fließt? B2. Wie groß ist die Wärmekapazität einer Flüssigkeit, wenn eine zugeführte Wärmemenge von 124 J einen Temperaturanstieg um 5,23 C verursacht?

2 C1. Standardbildungsenthalpien sind weitgehend zugänglich, jedoch brauchen wir gelegentlich auch Standardverbrennungsenthalpien. Die Standardbildungsenthalpie von Ethylbenzol beträgt 12,5 kj mol -1. Berechnen Sie die Standardverbrennungsenthalpie dieser Verbindung! C2. Verbrennungsreaktionen können relativ leicht durchgeführt und untersucht werden. Die gemessenen Daten können anschließend miteinander kombiniert werden, um die Enthalpien anderer Arten von Reaktionen zu erhalten. Berechnen Sie die Standardenthalpie der Hydrierung von Cyclohexen zu Cyclohexan. Die Standardverbrennungsenthalpien von Cyclohexen und Cyclohexan betragen 3752 kj mol -1 bzw kj mol -1. C3. Die Standardverbrennungsenthalpie von Naphthalin beträgt 5157 kj mol -1. Berechnen Sie die Standardbildungsenthalpie dieser Verbindung. D1. Der Dampfdruck von Quecksilber bei 20 C beträgt 160 mpa. Wie groß ist der Dampfdruck bei 50 C, wenn die Verdampfungsenthalpie 59,30 kj mol -1 beträgt? D2. Pyridin besitzt bei 365,7 K einen Dampfdruck von 50,0 kpa. Der Normalsiedepunkt dieser Substanz beträgt 388,4 K. Wie groß ist die Verdampfungsenthalpie von Pyridin? D3. Der Dampfdruck von Benzol beträgt 20 kpa bei 35 C und 50,0 kpa bei 58,8 C. Schätzen Sie die Siedetemperatur von Benzol ab. E1. Welche Masse an Glucose wird benötigt, um 250,0 ml einer 0,112 M C 6 H 12 O 6 (aq)- Lösung herzustellen? E2. Welche Masse an Saccharose (C 12 H 22 O 11 ) muss in 100,0 g Wasser aufgelöst werden, um eine Lösung mit einem Stoffmengenanteil an Saccharose von 0,124 zu erhalten? E3. Eine Mischung enthält 50,0 g 1-Propanol und 50,0 g 2-Propanol. Wie groß sind die Stoffmengenanteile der beiden Alkohole? E4. Eine Mischung besteht aus 40,0 g 1-Propanol und 60,0 g 1-Butanol. Berechnen Sie die Stoffmengenanteile der beiden Komponenten. E5. Bei 90 C beträgt der Dampfdruck von Toluol (Methylbenzol) 400 Torr und der von o- Xylol (1,2- Dimethylbenzol) 150 Torr. Welche Zusammensetzung hat eine flüssige Mischung, die bei einem äußeren Druck von 0,50 atm bei 90 C siedet? Welche Zusammensetzung hat der Dampf? E6. Reines Benzol hat bei 60,6 C einen Dampfdruck von 400 Torr. In einer Lösung, die 0,125 g einer organischen Substanz in 5,00 g Benzol gelöst enthält, sinkt der Dampfdruck des Benzols auf 386 Torr. Berechnen Sie die Molmasse der Verbindung.

3 Gase Lösungen A1.: 89,3 kpa A2.: Dampfdruck! 6,64 MPa A3.: 417,8 kpa A4.: 387,6 K A5.: 3,24 kpa A6.: 16,38 g/mol A7.: a. H 2 : 2 atm / N 2: 1 atm b. Gesamt: 3 atm Energie B1.: 44,2 kj B2.: 23,7 J/K

4 Reaktionsenthalpien C1.: kj/mol C2.: - 84,8 kj/mol C3.: + 78,8 kj/mol Dampfdruck D1.: 1530 mpa D2.: 36,74 kj/mol D3.: ca 358 K

5 Mischungen E1.: 5,04 g E2.: 269 g E3.: je50 % E4.: Propanol: 45 % / Butanol : 55 % E5.: Flüssigphase: Toluol 92% / Xylol 8 % Gasphase: Toluol 96,85 % / Xylol 3,15 % E6.: 53,8 g/mol

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