Klausur zur Vorlesung Physikalische Chemie I - Sommersemester Juli 2002, Uhr

Transkript

1 Klusur zur orlesung hysiklishe Cheie I - Soerseester 9. Juli, 5-7 Uhr ufge Die ergärung von Gluose zu thnol, z.b. durh Hefe, erfolgt nh der Gleihung C 6 H O 6 CH 3 CH OH CO. ) Berehnen Sie die Bildungsenthlie von Gluose ei 5 C. ( unkte) ) Berehnen Sie die ektionsenthlie der ergärung von Gluose zu thnol ei 5 C. ( unkte) ) Berehnen Sie die errennungsenthlie von gsförige thnol ei 5 C zu gsförige CO und gsförige Wsser. (9 unkte) errennungsenthlien von Gluose (s) und thnol (l) zu CO (g) und H O (l) ei 5 C H (Gluose (s)) -8 kj/ol H (thnol (l)) -367 kj/ol Bildungsenthlien ei 5 C H B (CO (g)) -393 kj/ol H B (H O (l)) -86 kj/ol erdfungsenthlien (teerturunhängig) H verd (thnol (l)) 3 kj/ol H verd (H O (l)) kj/ol Wärekzitäten (teerturunhängig) C (thnol (g)) 65 J/ol K C (H O (g)) 3 J/ol K C (CO (g)) 37 J/ol K C (O (g)) 9 J/ol K ufge in Mol eines idelen, onotoren Gses durhläuft zei vershiedene, reversile rozesse (i) und (ii), die vo selen nfngszustnd zu selen ndzustnd führen (i) Isothere xnsion von uf. (ii) Zunähst ditishe xnsion von uf, oei die eertur uf fällt, dnh isohore rärung uf. ) Skizzieren Sie die eiden rozesse (i) und (ii) in eine geeinsen,-digr. ( unkte) ) Berehnen Sie für jeden inzelshritt die Änderung der inneren nergie U, der oluenreit und der Wäre. ( unkte) ) Berehnen Sie die ntroieänderung S des Gses. (3 unkte)

2 ufge 3 Die Änderung der eertur eines Gses it de Druk ei der gedrosselten ntsnnung ird von de Joule-hoson-Koeffizienten µ J eshrieen. Benutzen Sie die Beziehung ) ) ( ) µ J u die Joule-hoson-Koeffizienten µ J für folgende vereinfhte n-der-wls-gse zu erehnen (itte gekürzt und vereinfht!) it Molvoluen /n (7 unkte) ( unkte) ) Ws esgen die orzeihen der errehneten Joule-hoson-Koeffizienten µ J (Gs )) und µ J (Gs ))? ( unkte) Hilfe für eil ) - Nur eine Lösung der -Forel ist hysiklish sinnvoll. - ereinfhen Sie (niht zu früh!) it Hilfe folgender shätzung us >> / folgt egen uh >>. ufge Zei Metllürfel gleihen Mterils und gleiher Msse untersheiden sih lediglih in ihren eerturen, d.h.. Nun erden in eine therish isolierten Behälter diese Würfel in Kontkt gerht, so dss sie eine geeinse ndteertur nnehen. Zeigen Sie, dss für die ntroiezunhe des Gestsystes, estehend us eiden Würfeln, gilt ( ) ln S C ges ( unkte) C sei die teerturunhängige Wärekzität des Metlls, es herrshe konstnter Druk. ufge 5 Zei identishe undkolen von je,8 Liter oluen erden it jeeils Mol rgon ei 5 C gefüllt und it eine kurzen, dünnen Shluh von vernhlässigre Innenvoluen iteinnder verunden. Nun ird einer der Kolen uf C erhitzt, ährend der ndere Kolen uf C gekühlt ird.

3 ) Welhe Stoffengen efinden sih jetzt in den eiden Kolen? (6 unkte) ) Welher nddruk herrsht dei in de Syste? ( unkte) ) uf elhe eertur uss der heiße Kolen kühlen, dit sih ieder der ursrünglihe Druk einstellt (der ndere Kolen verleit ei C)? ( unkte) n. rgon verhlte sih idel ufge 6 ine idele Mishung us und Wsser siedet unter eine Druk von 5 ei 35 K. ) In elhe olren erhältnis liegt dieses Geish vor? (5 unkte) ) Wieviel ol-% ird n i Destillt errten? (5 unkte) ) Skizzieren Sie ds hsendigr ( üer x ) und trgen Sie shetish die in ) und ) zu errehnenden Werte ein. (3 unkte) d) Die Zusensetzung einer geishten Flüssigkeit ist i llgeeinen eine ndere ls die Zusensetzung ihres Dfes. Begründen Sie diesen Shverhlt unter erendung des Begriffs des heishen otentils. ( unkte) Bei 35 K etrge der Dfdruk reinen Wssers 6, und der reinen s, 5 ufge 7 in etllisher Cdiust tuht in eine nikel- und diuhltige lektrolytlösung, die von eine etllishen Nikeleher gehlten ird. Die Konzentrtion der Nikel- und Cdiu-Ionen sei zunähst gleih groß. Beurteilen Sie ufgrund der Stndrdotentile der eiden Metlle, o sih Cdiu oder Nikel us dieser Lösung sheidet (kurze Begründung!). (6 unkte) Die Stndrdotentile der eiden Hlzellen etrgen Cd(II) -, Ni(II) -,3

4 Lösung zur Klusur zur orlesung hysiklishe Cheie I SS ( H, Book, Seifert ) 9. 7., 5-7 Uhr ufge ) Bildungsenthlie von Gluose us errennungsenthlien 6 C 6 H 3 O 6 CO 6 H O C 6 H O 6 Heß sher Stz H B (Gluose) {6 H B (CO ) 6 H B (H O)} { H (Gluose)} 6 (-393 kj/ol) 6 (-86 kj/ol) (-367 kj/ol) -7 kj/ol ) ergärung von Gluose C 6 H O 6 6 CO 6 H O CH 3 CH OH CO ektionsenthlie H { H (Gluose)} { H (thnol)} -8 kj/ol - (-367 kj/ol) -66 kj/ol ) errennungsenthlie von gsförige thnol zu gsförige Wsser und CO CH 3 CH OH (g) 3 O CH 3 CH OH (l) 3 O CO 3 H O (l) CO 3 H O (g) H (thnol (g), 5 C) {- H verd (thnol)} { H (thnol (l), 5 C)} {3 H verd (H O)} {- H verd (thnol)} { H (thnol (l), 5 C) } {3 H verd (H O)} {-3 kj/ol} {-367 kj/ol 5 K ( ) J/ol K} {3 kj/ol} 8 kj/ol ufge ) Druk (ii) (i) dite Isothere ; Isohore oluen

5 d U isother ln() ( ) ( ) d U d du d uf rärung dnh isohore d U ngegeen d du ditish zunähst 3,555,555 { } d S isohor ln(),69 ln ( ) ; ) ( ); ( ) ) für Bedeutung he hysiklis ohne idelesgs für J J << ± ± µ µ ) (i) (ii) ) ntroie ist Zustndsgröße > S (ii) S (i) / ln() / ln(). ( oder ets uständliher üer Weg (ii) ditish > S ; ufge 3

6 in ositiver Joule-hoson-Koeffizient esgt nh der Definitionsgleihung, dss sih die eertur eines Gses erhöht, enn der Druk isenthlish erhöht ird. Drus folgt ugekehrt für die ntsnnung, dss sih Gs ) erärt (negtives orzeihen) und Gs ) kühlt. ufge S ges S ln S d d ln ln Berehnung von Kein Wärefluss in die Ugeung, dher für die Wäre us den Metllürfeln - > ( ) ( ) > / ( ) > S ges ln ( ) ed. ufge 5 ) n/ ol 8,3 J/K ol 98K /,8 d 3, r > n / n / > n n it n n ol! n ol - n n ol / ( ) ol 73 / (37373),85 ol n n,55 ol ) ) ( ) n /,85 ol 8,3 J/K ol 373 K /,8 d 3,56 r n / <> n /, r,8 d 3 / 8,3 J/K ol 73 K,93 ol n n,97 ol > / n (, r,8 d 3 ) / (,97 ol 8,3 J/K ol) 39 K 56 C

7 ufge 6 ) x * x Wsser * Wsser und x x Wsser. > x ( * Wsser ) / (* * Wsser ) ( 5-6, ) / (, 5 6, ),5 > x x Wsser. ) x ( g),5,,5, 5 5,5 6, Wsser,7 > x x * * x Wsser 7% ; 3% Wsser * Wsser ) * () Flüssigkeit * (Wsser) Df d) Bei konstnte Druk und konstnter eertur gilt llgeein dg µ dn µ B dn B. D ein Gleihgeiht zishen den eiden hsen herrsht, uss dg gelten und dit µ dn µ B dn B µ C dn C µ D dn D. D i llgeeinen lle µ i untershiedlih sind, üssen uh die dn i vershieden sein. ufge 7,5,7 x () ufgrund des kleineren Stndrdotentils des unedleren Cdius ird der Cdiust ngelöst, ährend sih ds edlere Nikel sheidet Cd Cd e - Ni e - Ni > Cd Ni Cd Ni