Institut für Physikalische Chemie Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Transkript

1 Institut für hysikalische Chemie Albert-Ludwigs-Universität Freiburg hysikalische Chemie für Studierende der ikrosystemtechnik Lösungen zum 7. Übungsblatt im WS 200/ rof. Dr. Gräber 7. (2 unkte) Zwischen 240 K und 0 K ist die molare Wärmekapazität von CHCl (l) konstant und ist gegeben durch C m 947 J K -. Wir erwärmen mol CHCl von 275 K auf 00 K indem wir es mit einem sehr großen von 00 K in thermischen Kontakt bringen. Wir setzen dabei voraus dass Flüssigkeit und von der Umgebung isoliert sind und dass die Wärmekapazität des s so groß ist dass bei der Wärmeübertragung auf CHCl seine emperatur praktisch konstant bleibt. a) Wie ändert sich die Entropie des CHCl? (5 unkte) b) Wie ändert sich die Entropie des s? (6 unkte) c) rüfen Sie an diesem rozess nach ob S ges > 0 gilt. ( unkt) a) Es ist d 0 woraus folgt: dh q d 0 Außerdem gilt: H C dq dq dh C d ncmd Integration: n C SE E m d SA A E S n C d n C ln CHCl m m A E A 00K SCHCl mol 9 47JK mol ln 796JK 275K b) Entropieänderung des s: q S om CHCl aufgenommene Wärmemenge: 00K 00K qchcl n C md n Cm d mol 9 47JK mol 00K 275K 2287J 275K 275K Diese Wärmemenge muss vom abgegeben worden sein: q q 2287J CHCl

2 q 2287J S 7 62JK 00K c) Gesamtentropieänderung: ges CHCl S S + S 796JK JK 04JK Die Entropieänderung ist größer als Null wie vom 2. Hauptsatz beschrieben. 7.2 L (8 unkte) Wie ändert sich die Entropie wenn 50 g Kupfer von 00 C zu 00 g Wasser von 0 C in einem isolierten Gefäß gegossen werden? Es gilt: C m (H 2 Ol) 755 J K - mol - C m (Kupfers) 244 J K - mol -. Hinweis: Berechnen Sie zunächst die emperatur die sich nach dem ischprozess einstellt. Es ist d 0 woraus folgt: dh q d 0 Wärmemengen: Wasser: qh O n H OCmH O ( H O ) Es gilt: q H2O Kupfer: q n C ( ) q m n C + n C ischungstemperatur: n C + n C H O mh O H O m H2O mh2o m mh2o 00g Stoffmengen: n H2O 555mol 802gmol m 50g n 0 79mol 655gmol H2O 555mol 755JK mol 285K + 079mol 24 4JK mol 75K 555mol 755JK mol mol 24 4JK mol K Entropieänderung: E S ncm ln A S n C ln + n C ln H2O mh2o m H 2O K K S 555mol 755JK mol ln mol 24 4JK mol ln 285K 75K S 076JK 7. L (7 unkte) Berechnen Sie die molare Wärmekapazität C m für Neon (einatomiges ideales Gas). Berechnen Sie aus der molaren Standardentropie des Neons bei 298 K die molare Entropie des Neons bei 500 K. Das olumen sowie C m werden als konstant vorausgesetzt ( S (Neon) 46JK mol ). 298m 2

3 Für ein ideales einatomiges Gas gilt: Cm R 8 4JK mol 2 47JK mol 2 2 Es gilt: du dq + dw dq d Bei konstantem olumen ist d 0 es folgt: dq du Außerdem gilt: U C dq dq du C d ncmd m Cmd Integration: S500m 500K d m Cm 500m 298m m S 298K 298m 500K S S C ln 298K 500K S S + C ln 298K 500m 298m m 500K S 46 JK mol JK mol ln 52 78JK mol 298K 500m 7.4 L (7 unkte) ragen Sie die molare Entropie gegen die emperatur von 0 bis 500 K für H 2 O auf. Zeichnen Sie die Bereiche der festen flüssigen und gasförmigen hase sowie den Schmelzpunkt und den Siedepunkt ein. olare Entropie gegen emperatur für H 2 O: gasförmig S Sdm S m flüssig fest S Smm [K] Sm Sd

4 7.5 L (0 unkte) a) (C 6 H 6 ) und oluol (C 7 H 8 ) werden bei 298 K miteinander gemischt und bilden eine ideale ischung. Skizzieren Sie in einem Diagramm die Abhängigkeit der molaren ischungsentropie vom olenbruch des s. Stellen Sie dazu eine Wertetabelle im Bereich von 0 bis auf in 0 Schritten auf. (6 unkte) b) Wie groß ist die ischungsentropie wenn 50 mol mit 250 mol oluol gemischt werden? (4 unkte) a) olenbrüche: x n + n n x x oluol oluol oluol + noluol ischungsentropie: Sixm R ( x ln x + xoluol ln xoluol ) S R x ln x + ( x ) ln ( x ) Wertetabelle: ixm x S ixm / J K - mol Auftragung S ixm gegen x : 6 5 S ix S ixm / J K - mol x 4

5 50mol b) olenbrüche: x 075 n + n 50mol mol oluol x x oluol ischungsentropie: Six R ( ln x + noluol ln xoluol ) S 84JK mol ( 50mol ln mol ln 0 625) ix S 220JK ix 7.6 L (6 unkte) Berechnen Sie die Standardreaktionsentropie für die folgenden Reaktionen bei 2985 K: a) 2 CH CHO(g) + O 2 (g) 2 CH COOH(l) ( unkte) b) 2 AgCl(s) + Br 2 (l) 2 AgBr(s) + Cl 2 (g) ( unkte) Hinweis: Schlagen Sie die Standardentropien der jeweiligen Substanzen in geeigneten abellenwerken nach. Achten Sie auf den Aggregatzustand der Substanzen. a) Reaktionsentropie: S ν S ( i) b) Reaktionsentropie: R m i m i S 2 S 2 S S R m mchcooh mchcho mo2 RSm JK mol 864JK mol S 2 S + S 2 S S R m magbr mcl2 magcl mbr2 RSm JK mol + S 92 64JK mol R m 5