Physikalische Chemie für Bioinformatik. Frühere Klausuraufgaben

Transkript

1 Physikalische Chemie für Bioinformatik. Frühere Klausuraufgaben Bei jeder Klausur gibt es 25 Fragen. Zu jeder der 25 Fragen werden maximal 5 Punkte vergeben. Höchstens 100 Punkte können erreicht werden, und 50 Punkte sind notwendig, um zu bestehen. Zu keiner Frage werden negative Punkte vergeben. Punkte ab bis Note n.b. FRAGEN 1. Laut welchem Gesetz ist die Innere Energie eine Zustandsfunktion? 2. Ist P/V eine Zustandsfunktion? Begründen Sie die Antwort. 3. Erklären Sie die Unterschiede zwischen einem abgeschlossenen, einem geschlossenen und einem offenen System. Geben Sie ein Beispiel für jeden Systemtyp an. 4. Welche physikalischen Effekte werden bei der van-der-waals- Gleichung, aber nicht bei der idealen-gas-gleichung berücksichtigt? 5. Warum gefriert CO 2, wenn es aus einer Gasflasche entnommen wird? 6. Erklären Sie den Unterschied zwischen einem reversiblen und einem irreversiblen Prozess. Geben Sie ein Beispiel für jeden Prozess an. 7. Wie beweist man den ersten Hauptsatz? 8. Was ist die Reaktionslaufzahl? Geben Sie ein Beispiel für die Veränderungen der Stoffmengen als Funktion der Reaktionslaufzahl an. 9. Was sagen erster und zweiter Hauptsatz über die Richtung einer chemischen Reaktion aus?

2 10. Wie lautet die Gleichgewichtsbedingung bei Prozessen, die bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ablaufen? 11. Betrachten Sie eine Mischung aus 1 mol von Stoff A und 1 mol von Stoff B. Die partiellen molaren Volumina der Mischung ist 0.8 l/mol für Stoff A und 1.0 l/mol für Stoff B, während die molaren Volumina der reinen Stoffe 0.81, bzw l/mol betragen. Wie groß ist das Exzessvolumen der Mischung? 12. Was ist das chemische Potential? 13. Betrachten Sie einen Stoff, der sich zwischen zwei Phasen I und II verteilt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist das chemische Potential des Stoffes 0.7 J/mol in Phase I und 0.6 J/mol in Phase II. Wie ändert sich die Verteilung des Stoffes zwischen den beiden Phasen? Begründen Sie die Antwort. 14. Was ist die Aktivität? 15. Was besagt Gibbs Phasenregel? Geben Sie ein Beispiel für die Anwendung dieser Regel. 16. Welchen Einfluss hat ein Katalysator auf das Gleichgewicht einer chemischen Reaktion? 17. Nennen Sie drei Unterschiede zwischen klassischer Physik und Quantentheorie. 18. Wie unterscheiden sich die Energieniveaus eines Teilchens in einem eindimensionalen Kasten und die eines harmonischen Oszillators? 19. Was ist der Tunneleffekt? 20. Erläutern Sie das Aufbauprinzip des Periodensystems. 21. Diskutieren Sie die Unterschiede zwischen Rotations-, Schwingungs- und Elektronenspektroskopie. 22. Erläutern Sie, was bei NMR- und ESR-Spektroskopie gemessen wird. 23. Welche folgender Eigenschaften eines Systems werden durch Zustandsfunktionen beschrieben: Innere Energie, Temperatur, Volumen, Druck, Entropie, Enthalpie, Farbe, Masse, Dichte, partielle molare Volumina? Welche sind intensive Größen?

3 24. Ist Vdp+(nRT/V)dV ein vollständiges Differential für ein ideales Gas? Begründen Sie die Antwort. 25. Wie sehen Isotherme für ein ideales Gas in einem (V,p) und in einem (T,p) Diagramm aus? 26. Was ist der kritische Punkt bei einem van-der-waals Gas? 27. Betrachten Sie ein Gas in einem Zylinder mit einem Stempel. Drinnen herrscht der Druck p. Durch Anlegen eines äußeren Drucks p wird der Gas komprimiert, so dass p größer wird. Was muss für p gelten, damit der Prozess reversibel abläuft? 28. Die Reaktionsenergien der drei Reaktionen 2A A 2, 2B B 2 und A+B AB sind 100 kj/mol, 50 kj/mol und 60 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenergie der Reaktion A 2 +B AB+A? 29. Diskutieren Sie die Unterschiede zwischen partieller molaren freien Energie, partieller molaren freien Enthalpie und chemischem Potential? 30. Wie groß ist die Fugazität eines idealen Gases bei T=273 K, p=0.8 bar? Begründen Sie die Antwort. 31. Betrachten Sie eine binäre Mischung aus A und B. Die Molenzahlen sind n A = 0.6 mol, n B = 0.4 mol, während die partiellen molaren Volumina V A = 0.8 l/mol und V B = 1.2 l/mol betragen. Durch Zugabe einer ganz kleinen Menge von A ändert sich V A zu 0.82 l/mol. Wie groß ist dann V B? 32. Ist die Mischungsentropie für ideale Gase größer oder kleiner als 0? Begründen Sie die Antwort. 33. Betrachten Sie eine flüssige Mischung aus 50% A und 50% B. Die zugehörige Gasphase besteht nur aus A. Im Gleichgewicht ist das chemische Potential für A in der Gasphase 0.5 J/mol. Wie groß ist das chemische Potential für A in der flüssigen Phase? Begründen Sie die Antwort. Was lässt sich zum chemischen Potential für B in der flüssigen Phase sagen? 34. Was ist ein Azeotrop? 35. Was ist eine Mischungslücke? 36. Was ist der Unterschied zwischen exothermen und endothermen chemischen Reaktionen?

4 37. Beschreiben Sie den photoelektrischen Effekt? 38. Warum besitzen Atom- und Molekülspektren Linien? 39. Betrachten Sie die Wellenfunktionen für ein Teilchen in einem Kasten mit 0<x<l. Skizzieren Sie die Funktionen für n=1, n=2 und n= Was sind die Hermiteschen Polynomien? 41. Skizzieren Sie die radiale Abhängigkeit von der 1s, 2s und 3s Wellenfunktionen vom Wasserstoffatom. 42. Skizzieren Sie eine s, eine p z und eine d z2 Funktion. 43. Welche Atomorbitale sind für das Ar Atom (Element Nummer 18) besetzt? 44. Betrachten Sie das H 2 Molekül und die 1s Funktionen der isolierten H Atome. Wie sehen die antibindenden und bindenden Molekülorbitale aus, die aus den 1s Funktionen gebildet werden können? 45. Was wird bei Schwingungsspektroskopieexperimente für das HCl Molekül angeregt? 46. Welche Werte haben die n und l Quantenzahlen für eine 3d und eine 2p Funktion? 47. Warum ist PV 2 eine Zustandsfunktion? 48. Wie sehen Isobare für ein ideales Gas in einem (V,P) und in einem (V,T) Diagramm aus? 49. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen dem kritischen Punkt eines van-der-waal Gases und dem eines idealen Gases. 50. Ist das Auslassen der Luft aus einem Autoreifen ein reversibler Prozeß? Begründen Sie die Antwort. 51. Die Reaktionsenthalpien für die Reaktionen A+B C, A+C D und A+E D sind 40, 50, bzw. 60 kj/mol. Wie groß ist sie für die Reaktion A+B E? 52. Was besagen erste, bzw. zweite Hauptsätze der Physikalischen Chemie zu der Richtung einer chemischen Reaktion?

5 53. Zwei Phasen stehen im Gleichgewicht. Die eine Phase besteht aus den Stoffen A und B, während die andere Phase aus den Stoffen A, B und C besteht. Für die erste Phase gilt µ A = 10 kj/mol und µ B = -10 kj/mol. Was lässt sich für µ A, µ B und µ C in der anderen Phase sagen? mol von Stoff A und 2 mol von Stoff B werden gemischt. Anschließend beträgt das Gesamtvolumen 50 ml. Wie groß ist das Exzeßvolumen? Das partielle molare Volumen des reinen Stoffes A beträgt 15 ml/mol und das von Stoff B 20 ml/mol. 55. Woher kommt das Massenwirkungsgesetz? 56. Bildet der menschliche Körper ein abgeschlossenes, geschlossenes oder offenes System? Begründen Sie die Antwort. 57. Betrachten Sie die Reaktion A+2B C. Am Anfang werden 2 mol A mit 5 mol B gemischt. Im Gleichgewicht gibt es dann 0.5 mol A. Wieviel mol B und C gibt es dann im Gleichgewicht? 58. Betrachten sie H 2 O bei 1 bar. Wie ändert sich der Gefrierpunkt, wenn der Druck erhöht wird? Begründen Sie die Antwort. 59. Erklären Sie den Unterschied zwischen Druck und Fugazität. 60. Wie lauten die Gleichgewichtsbedingungen für Prozesse, die bei a) konstanten (P,T), bzw. b) konstanten (V,T) ablaufen? 61. Was steckt hinter dem Begriff Welle/Teilchen Dualismus? 62. Wie hängt die Energie des quantenmechanischen Grundzustands eines Teilchens in einem ein-dimensionalen Kasten von der Kastenlänge ab? 63. Wie unterscheiden sich die Orbitalenergien eines 2s und eines 2p Elektrons für a) H, b) C und c) Fe? 64. Erklären Sie den Unterschied zwischen bindende und antibindende Orbitale. 65. Was wird bei NMR Spektroskopie gemessen? 66. Was wird bei UV Spektroskopie angeregt? 67. Welche Atomorbitale sind für das Se Atom (Element Nr. 34) besetzt?

6 68. Bei einem isochoren Prozeß wird die Temperatur eines idealen Gases auf die Hälfte reduziert. Der Anfangsdruck beträgt 1 bar. Wie groß ist der Enddruck? 69. Warum ist die Temperatur keine extensive Größe? 70. Warum versagt die ideale-gas-näherung bei hohem Druck und niedriger Temperatur? 71. Die Reaktionsenthalpien für die Reaktionen C+O 2 CO 2, H 2 +½O 2 H 2 O, und C 6 H 6 +7½O 2 6CO 2 +3H 2 O betragen 390 kj/mol, -240 kj/mol, und kj/mol. Wie groß ist sie für die Reaktion 6C+3H 2 C 6 H 6? 72. Die Bildungsenthalpien für NH 3, NO, und H 2 O sind 46 kj/mol, 91 kj/mol, und 242 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenthalpie bei Standardbedingungen für die Reaktion 4NH 3 +5O 2 4NO+6H 2 O? 73. Gibt es Prozesse in einem abgeschlossenen System, für welche die Entropie des Systems abnimmt? Begründen Sie die Antwort. 74. Wie sind die Beziehungen zwischen U, H, F, G, T, S? mol O 2 und 2 mol H 2 werden gemischt, und die Reaktion H 2 +½ O 2 H 2 O läuft ab. Beschreiben Sie mit Hilfe der Reaktionslaufzahl die Änderungen der Zusammensetzung, wenn die Reaktion abläuft. 76. ( G/ P) T =? 77. Betrachten Sie eine Mischung aus 2 mol von Stoff A und 1 mol von Stoff B. Die partiellen molaren Volumina sind V A =0.2 l/mol und V B =0.1 l/mol. Durch Zugabe von 0.1 mol von A ändert sich V A auf l/mol. Wie groß ist dann V B? 78. Wie lautet das Gesetz der Gefrierpunktserniedrigung? Wann ist es gültig? 79. Eine Mischung aus 1 mol von Stoff A und 1 mol von Stoff B bildet 2 Phasen. Die eine Phase hat den Molenbruch x A =0.3, während die andere x A =0.7 hat. Wie ist das Mengenverhältnis der beiden Phasen? Begründen Sie die Antwort. 80. Ein Gas bei T=300K, p=1bar, V=1l hat eine Fugazitätskoeffizient von 0.8. Wie groß ist die Fugazität?

7 81. Betrachten Sie die Reaktion A+B 2C. Die Gleichgewichtskonstante sei K=1. Am Anfang werden 1 mol vom Stoff A und 1 mol vom Stoff B gemischt. Wieviel von Stoff A, B, und C gibt es am Gleichgewicht? 82. Warum kann man nicht durch Destillation Ethanol und Wasser vollständig trennen? 83. Wie ändert sich der Gefrierpunkt von H 2 O, wenn der Druck erhöht wird? Begründen Sie die Antwort. 84. Was ist der Compton-Effekt? 85. Warum lassen sich, trotz der Unschärferelation von Heisenberg, Ort und Geschwindigkeit eines Autos genau feststellen? 86. Die Energie eines Elektrons in einem 1s Orbital von H ist 13.6 ev. Wie groß ist die eines Elektrons in einem 2s, bzw. 2p Orbital von H? 87. Was bedeutet LCAO? 88. Was (und wie) schwingt bei Schwingungsspektroskopie- Experimenten angewandt auf dem H 2 O Molekül? 89. Welche Atomorbitale sind für das Fe Atom (Element Nr. 26) besetzt? 90. Wie ändert sich die Orbitalenergie, wenn die zugehörige Wellenfunktion ihr Vorzeichen ändert, ψ(r) - ψ(r)? 91. Ist (pv)/(nrt 2 ) eine Zustandsfunktion für eines idealen Gas? Begründen Sie die Antwort. 92. Ein Behälter ist durch eine Trennwand in zwei Hälften aufgeteilt. In der einen Hälfte übt 1 mol von einem idealen Gas einen Druck von 1 bar aus, in der anderen üben 2 mol von einem anderen idealen Gas einen Druck von 2 bar aus. Die zwei Gase haben die gleiche Temperatur. Plötzlich wird die Trennwand entfernt. Welcher Druck herrscht dann nach Einstellung des Gleichgewichts? 93. Erklären Sie die zwei Begriffe van der Waals Schleife und kritischer Punkt. 94. Arbeit wird an einer Flüssigkeit geleistet. Dabei ändert sich das Volumen von V 1 zu V 2, während der Druck konstant auf P bleibt. Welche Arbeit wurde geleistet?

8 95. Ein Körper mit Masse 250 g (Molenmasse 40 g/mol; Wärmekapazität C p = 2 kj/(mol K), Temperatur 100 C) wird in ein sehr großes Bad (Wärmekapazität C p = 5 kj/(mol K), Temperatur 20 C) eingetaucht. Wie viel Energie gibt der Körper an das Bad ab? 96. Wie viel Energie wird benötigt, um 2 mol einer Flüssigkeit von einer Temperatur 20 C auf einer Temperatur 180 C aufzuwärmen? Siedetemperatur des Stoffes ist 120 C, Wärmekapazität C p = 4 kj/(mol K) der flüssigen Phase und 2 kj/(mol K) der gasförmigen Phase, Siedeenthalpie ist 50 kj/mol. 97. Die Reaktionsenthalpien der Reaktionen A + 2B 3C, C + B D, 3D E + 2B und A + B F sind 100, 20, -40 und 60 kj/mol. Wie groß ist sie für die Reaktion 2B + F E? 98. Warum gefriert Wasser bei 0 C, wenn der Druck 1 atm ist? 99. Berechnen Sie die Entropieproduktion bei dem Prozess in Aufgabe Was beschreibt die Gleichung von Clausius und Clapeyron? 101. Was ist der Unterschied zwischen kritischem Punkt und Tripelpunkt? 102. Wie lautet die Gleichgewichtsbedingung für chemische Reaktionen, die bei konstantem Druck und Temperatur ablaufen? 103. Was ist Fugazität? Wie ist sie definiert? mol eines Stoffes A (Volumen 20 ml) werden mit 3 mol eines anderen Stoffes B (Volumen 20 ml) gemischt. Nachher sind die partiellen molaren Volumina der beiden Stoffe 10 ml/mol und 8 ml/mol. Wie groß ist das Gesamtvolumen? mol Saccharose und 4 mol Kochsalz werden in 100 l Wasser gelöst. Die kryoskopische und ebullioskopische Konstante von Wasser sind 1,86 und 0,51 K/(mol/kg). Wie groß ist die Gefrierpunktserniedrigung? 106. In einer flüssigen, nicht-idealen Lösung läuft die Reaktion A + B C ab. Was besagt das Massenwirkungsgesetz in diesem Falle? 107. Erläutern Sie das Hebelgesetz für Phasendiagramme.

9 108. Die Reaktion A B ist eine Reaktion erster Ordnung mit der Geschwindigkeitskonstante k = 5 sec -1. Wie lange dauert es, bevor sich die Menge von A halbiert hat? 109. Was ist Aktivierungsenergie? 110. Was ist der photoelektrische Effekt? 111. Warum kann man Spektroskopie benutzen, um Stoffe zu identifizieren? 112. Was ist die quantenmechanische Wellenfunktion? Wie interpretiert man sie? 113. Was besagt die Unschärferelation von Heissenberg? 114. Welche Atomorbitale sind für das Siliziumatom (Element Nummer 14) besetzt? 115. Was ist Planck s Konstante? mol He und 4 mol Ne (beide Stoffe sind ideale Gase) werden in einem Gefäß mit einem Volumen von 100 l gemischt. Anschließend beträgt der Partialdruck von Ne 0,25 bar. Wie groß ist dann der Partialdruck von He? 117. Wieviel % ändert sich die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen eines Gases, wenn die Temperatur 4mal größer wird? Begründen Sie die Antwort Warum sind van der Waals Schleifen physikalisch sinnlos? 119. Bei einem isochoren Prozeß wird einem van der Waals Gas 10 kj/mol Wärme zugeführt Um wie viel ändert sich die innere Energie des Gases? 121. Was passiert mit den Energieniveaus eines Teilchens in einem Kasten, wenn die Kastenlänge halbiert wird? Begründen Sie die Antwort Betrachten Sie die chemischen Reaktionen A + 2B C und C + D 2B + E. Die Reaktionsenthalpien der beiden sind 60 kj/mol und -150 kj/mol. Wie groß ist sie für die Reaktion E A + D?

10 123. Die Bildungsenthalpien der Stoffe A, B, C, D und E sind 40, -20, 10, 30 und 20 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenthalpie für die Reaktion E A + D? 124. In einem Labor auf der Erde wird ein Stoff (keine Mischung) von einem Zustand mit Temperatur, Entropie und innere Energie gleich T 1, S 1 und U 1 zu einem anderen Zustand mit T 2, S 2 und U 2 gebracht (T 2 T 1, S 2 S 1, U 2 U 1,). In einer Rakete wird das System dann zum Zustand mit T 1, S 1 und U 2 gebracht. Wie ist das möglich? 125. Wie lautet die Gleichgewichtsbedingung für Prozesse, die bei konstanter Temperatur und Volumen ablaufen? 126. Für einen Schokoriegel (Gewicht 100 g) ist G=H-TS eine Zustandsfunktion. Was gilt für X=H+TS für dieses System? Begründen Sie die Antwort? 127. Betrachten Sie zwei nicht mischbare Lösungsmittel. Ein Stoff, A, wird dazugegeben und verteilt sich zwischen den beiden Lösungsmittel. Im Gleichgewicht sind die Konzentrationen von A in den beiden Phasen 1 mol/l und 2 mol/l. Das chemische Potential von A in der ersten Phase ist 10 kj/mol. Wie groß ist das chemische Potential von A in der anderen Phase? Begründen Sie die Antwort? 128. Skizzieren Sie ein Phasendiagramm für einen reinen Stoff und markieren Sie den Tripelpunkt und den kritischen Punkt darin. Welches Gesetz beschreibt die Phasengrenzlinien? mol von Stoff A (Volumen 90 l) und 80 mol von Stoff B (Volumen 72 l) werden gemischt. Danach sind die partiellen Volumina von A und B gleich 0.8 und 1.0 l/mol. Anschließend werden 0.01 mol von Stoff A dazugegeben. Um wie viel ändert sich dann das Volumen? 130. Beschreiben Sie den Begriff `ideale Lösung' Beschreiben Sie den Begriff `kolligativer Eigenschaften'. Geben Sie ein Beispiel für eine solche Eigenschaft Erläutern Sie, wie man das Hebelgesetz in Phasendiagramme für binäre Mischungen verwendet.

11 133. Was hat Katalyse mit aktiviertem Komplex zu tun? 134. Betrachten Sie die Reaktion A + B 2C. Die Reaktionskonstante ist K=2. Wie viel C bekommt man, wenn man 2 mol A und 1 mol B mischt? 135. A und B reagieren miteinander in einer Elementarreaktion. Die Reaktion ist 2ter Ordnung bezüglich A und 1ter Ordnung bezüglich B. Wie lautet die Elementarreaktion? 136. Erläutern Sie die Arrhenius Gleichung Erläutern Sie die Wellen/Teilchen Dualismus Erläutern Sie das Pauli Prinzip Welche Atomorbitale sind für Zinn (Element Nummer 50) besetzt Was hat Spin mit dem Stern-Gerlach Versuch zu tun? 141. Erläutern Sie das `Aufbau Prinzip.' 142. Wie ändern sich der Schwingungsfrequenz eines harmonischen Oszillators, wenn die Masse sich verdoppelt? 143. Erläutern Sie die `Ultraviolettkatastrophe.' 144. Was hat der photoelektrische Effekt mit der Austrittsarbeit zu tun? 145. Erläutern Sie Born's Interpretation der quantenmechanischen Wellenfunktion Betrachten Sie ein Teilchen (masse m) in 3 Dimensionen. Die kartesischen Orts- und Impulskoordinaten sind x, y, z, bzw. p x, p y, p z. Was besagt Heissenberg's Unschärferelation zu x p x, y p y, x p y, und y p x? 147. Erläutern Sie die Mechanismen hinter zwei Typen von Explossionen Betrachten Sie eine Reaktion 1ter Ordnung. Die Geschwindigkeitskonstante K ist bei 1000 K gleich 145 l/(mol s)

12 und bei 700 K gleich 0,011 l/(mol s). Die Gaskonstante beträgt R=8,3145 J/(mol K). Wie groß ist die Aktivierungsenergie der Reaktion? mol N 2 O 5 zerfallen laut der Reaktion 1ter Ordnung N 2 O 5 4NO 2 +O 2. Die Geschwindigkeitskonstante bei Raumtemperatur ist k=3, s -1. Wie lange dauert es, bis nur 13,5 mol N 2 O 5 übriggeblieben sind? mol A und 1 mol B werden in einem Gefäß (Volumen 20 l) gemischt. Sie reagieren miteinander laut der Gleichung 2A+B 3C. Im Gleichgewicht hat man 1 mol A. Welchen Wert hat die Gleichgewichtskonstante? 151. Erläutern Sie den Unterschied zwischen `Fugazität' und `Aktivität.' 152. Zeichnen Sie ein Phasendiagramm für ein 2-Komponentensystem mit 2- und 1-Phasengebiete. Markieren Sie darin die obere kritische Mischungstemperatur und eine Konnode Zu 1 kg C 6 H 6 werden 0,01 mol C 6 D 6 gegeben. Die kryoskopische Konstante von C 6 H 6 ist 5,12 K/(kg/mol). Wie groß wird die Gefrierpunktserniedrigung durch die Zugabe C 6 D 6? Begründen Sie die Antwort ,25 mol He und 0,75 mol Ne (die beide als ideale Gase aufgefasst werden können) werden gemischt. Wie groß ist die Mischungsentropie? R=8,3145 J/(mol K) Erläutern Sie den Unterschied zwischen `idealer Lösung' und `ideal verdünnter Lösung.' 156. Bei einem Prozess bei konstanter Temperatur und Druck verteilen sich zwei Stoffe A und B in zwei nicht-mischbaren Lösungsmitteln. Im Gleichgewicht misst man 2 mol A und 2 mol B in der einen Phase, und 1 mol A und 1 mol B in der anderen Phase. Das chemische Potential für Stoff A in der ersten Phase beträgt 2 kj/mol und für Stoff B in der anderen Phase 1 kj/mol. Wie groß ist das chemische Potential für Stoff A in der zweiten Phase, bzw. für Stoff B in der ersten Phase? 157. Erläutern Sie die Gesetze von Clayperon und von Clapeyron und Claussius.

13 158. Die Reaktionsenergien für die Reaktionen A+2B 2C und C+D E+B betragen 100 und -60 kj/mol. Wie groß ist sie für die Reaktion 2E A+2D? 159. Die Bildungsenthalpien für die Stoffe A, B, C, D und E betragen 10, 20, -40, -20 und 15 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenthalpie für die Reaktion 2E A+2D? 160. Betrachten Sie ein System bestehend aus einer luftdichten Plastiktüte mit 10 Äpfeln. In einem der Äpfel gibt es einen Wurm. Ist dieses System offen, geschlossen oder isoliert? Begründen Sie die Antwort Ist C=(PV)/(nRT) eine Zustandsfunktion für ein van der Waals Gas? Begründen Sie die Antwort Welche physikalischen Effekte werden für ein van der Waals Gas durch die zwei Konstanten a und b beschrieben? 163. A und B sind beide ideale Gase. 1 mol A und 2 mol B werden in einem Behälter gemischt. Anschließend beträgt der Partialdruck von A 0,1 bar. Wie groß ist der Partialdruck von B? 164. Die Konstante von Avogradro hat den Wert von N A =6, /mol. Wie viele Atome hat 1 mol 13 C? Begründen Sie die Antwort In einem isobaren Prozess wird ein Festkörper um 0,1 K erwärmt. Dabei ändert sich das Volumen von 1,0000 m 3 auf 1,0001 m 3. Der Energiezufuhr bei dem Prozess beträgt 27 J. Wie groß ist C P für den Körper? 166. Skizzieren Sie Isobare für ein ideales Gas in einem (V,T) und in einem (P,T) Diagramm Ist (PV)/(nRT) eine Zustandsfunktion für flüssiges Eisen? Begründen Sie die Antwort mol von Stoff A wird mit 2 mol von Stoff B und 1 mol von Stoff C gemischt. Anschließend läuft die Reaktion A+B C ab. Im Gleichgewicht findet man 1,2 mol von Stoff C. Wie viel von Stoff A und von Stoff B gibt es dann im Gleichgewicht?

14 169. Die Standardbildungsenthalpien für AB, AB_2, A_2B, A und B betragen 100, -200, 400, 0 und 0 kj/mol. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie für die Reaktion AB_2+A A_2B+B Mit Hilfe von welchen Sätzen wird zweiter Hauptsatz der Thermodynamik bewiesen? Begründen Sie die Antwort Drücken Sie \Delta S für eine Phasenumwandlung mit Hilfe von Phasenumwandlungsenthalpie \Delta H und Phasenumwandlungstemperatur T aus Was gilt für das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeiten bei 323K von H_2O und D_2O? Die Molenmassen von H, D, C und O betragen 1, 2, 12 und 16 amu Betrachten Sie eine Mischung aus drei idealen Gasen. Die Menge von A beträgt 0,1 mol, die von B 0,8 mol, und der Molenbruch von C beträgt 0,1. Das Gesamtdruck ist 2 bar. Wie groß sind die Partialdrücke der drei Gase? 174. Warum sind die van der Waals Schleifen physikalisch unsinnig? 175. Was sind Phasengrenzlinien? Welche Gesetze beschreiben sie? 176. Zeichnen Sie ein Phasendiagramm für einen reinen Stoff. Markieren Sie Tripelpunkt, Normalgefrierpunkt, Normalsiedepunkt, kritischer Punkt Wie lautet die Gleichgewichtsbedingung für Prozesse, die bei konstanter Temperatur und Volumen ablaufen? 178. l mol von Stoff A (Volumen 1 l) wird mit 2 mol von Stoff B (Volumen 1 l) gemischt. Anschließend beträgt das partielle molare Volumen von Stoff A 0,95 l/mol und das von Stoff B 0,55 l/mol. Wie groß ist das Gesamtvolumen dann? 179. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen `chemisches Potential' und `freie Enthalpie.' 180. In einem nicht-flüchtigen, flüssigen Lösungsmittel, C, wird Stoff Q gelöst. Im Gleichgewicht ist das chemische Potential in der flüssigen Phase vom Lösungsmittel C -0,5 kj/mol und vom Stoff Q

15 -0,4 kj/mol. Was gilt dann für das chemische Potential der beiden Stoffe in der Gasphase? Begründen Sie die Antwort Skizzieren Sie den Gesamtdruck und die Partialdrücke einer idealen, binären Lösung und vergleichen Sie mit den Drücken einer nicht-idealen Lösung Erläutern Sie `kolligativer Eigenschaft.' 183. Erläutern Sie das Hebelgesetz für binäre Mischungen Skizzieren Sie ein Phasendiagramm für ein binäres System und markieren Sie darin ein Azeotrop, ein Ein-Phasen Gebiet, und ein Zwei-Phasen Gebiet Beschreiben Sie den Grotthus Mechanismus Erläutern Sie die Zusammenhänge zwischen Arrhenius Gleichung, Aktiviertes Komplex und Katalyse Was hat das Gesetz von Dulong und Petit mit Wärmekapazitäten von Festkörpern bei niedrigen Temperaturen zu tun? 188. Erläutern Sie Born's Interpretation der quantenmechanischen Wellenfunktion Vergleichen Sie die Energieniveaus von einem Teilchen in einem Kasten mit denen von einer harmonischen Oszillator Ist U 2 -H 2 eine Zustandsfunktion für eine Mischung aus Ethanol und Wasser? Begründen Sie die Antwort Skizzieren Sie Isobare für ein ideales Gas in einem (V,T) und in einem (P,T) Diagramm In einem Behälter mit Volumen 1 l befinden sich n Mol eines idealen Gases. In einem anderen Behälter mit Volumen 2 l befinden sich 2n Mol eines anderen idealen Gases. In jedem Behälter herscht ein Druck von 1 bar. In einem isothermen Prozess werden die zwei Gase in einem Behälter von Volumen 2 l gemischt. Welcher Druck herrscht dann?

16 193. Skizzieren und erklären Sie Maxwell's Geschwindigkeitsverteilung Erklären Sie den Begriff `kritischer Punkt'. Wo ist er für einen idealen Gas? 195. Die molare Wärmekapazität bei konstantem Druck beträgt 75 J/(mol K) für H 2 O. Um wieviel erwärmt sich 1 kg H 2 O durch eine Wärmezufuhr von 10 kj? Die Molenmassen von H, D, C und O betragen 1, 2, 12 und 16 amu Betrachten Sie einen Kreisprozess bestehend aus einem Adiabat, einem Isotherm, noch einem Adiabat, und zuletzt noch einem Isotherm. Die geleistete Arbeit beträgt 20, -40 und 60 kj für den ersten, zweiten und vierten Teilprozess, während die zugeführte Wärme 20 und -100 kj für den zweiten und den vierten Teilprozess beträgt. Wie groß sind die geleistete Arbeit und die zugeführte Wärme bei dem dritten Teilprozess? 197. Die Bildungsenthalpien der Stoffe A, B, C und D betragen -50, 80, 120 und 0 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenergie für die Reaktion A+2B C+D? 198. Die Reaktionsenthalpien der Reaktionen R+S 2P, P+R 2Q, S Q beträgen -200, 300 und 550 kj/mol. Wie groß ist die Reaktionsenergie für die Reaktion P+Q 2R? 199. Bei einem Prozess bei T=600 K und P=2,5 bar ändert sich die freie Enthalpie eines Systems um 20 kj? Wie groß ist dann die Änderung der Entropie des Systems? 200. Vergleichen Sie die Phasendiagramme von H 2 O und CO In einem sehr großen Behälter befinden sich 100 mol von Stoff A, 200 mol von Stoff B und 500 mol von Stoff C. In einem Prozess bei konstanter T und P werden 0,02 mol A und anschließend 0,01 mol B dazugegeben. Im ersten Teilprozess muss 1 kj auch zugeführt werden, während im zweiten Teilprozess 1 kj freigegeben werden. Was lässt sich dann über den Werte der chemischen Potentiale der drei Stoffe in dem Behälter sagen? 202. Warum muss man Energie aufbringen, wenn man zwei ideale Gase bei konstanten T und P trennen möchte?

17 203. Betrachten Sie eine ideale Lösung bestehend aus 1 mol vom Stoff A und 2 mol vom Stoff B. Der Dampfdruck der reinen Stoffe beträgt 0,8 bar für Stoff A und 1,2 bar für Stoff B. Wie groß sind die Partialdrücke der Lösung? 204. Was besagen die Gesetze von Raoult und von Henry? 205. Was hat die kryoskopische Konstante mit Reinheit eines organischen Substanzes zu tun? Begründen Sie die Antwort Erläutern Sie `Konnode', `Azeotrop' und `Destillation' Was gilt für die freie Reaktionsenthalpie für Reaktionen, die bei konstantem T und P ablaufen? 208. Betrachten Sie die Reaktion A+B 2C. Es gilt d[a]/dt=-k[a][b]. Was gilt dann für d[b]/dt und d[c]/dt? 209. Was ist `aktiviertes Komplex'? 210. In welcher Weise versagt das Gesetz von Rayleigh und Jeans? 211. Wie lautet die Schrödinger Gleichung für ein Teilchen in einer Dimension? Erläutern Sie kurz alle Größen, die in der Gleichung auftreten Betrachten Sie ein Teilchen in einem ein-dimensionalen Kasten. Wie sehen die energetisch drei niedrigsten Wellenfunktionen aus? Welche Energien haben sie? 213. Wie groß ist der Energieunterschied zwischen einem 2p x und einem 2s Orbital des H Atoms? Begründen Sie die Antwort Welche Orbitale sind für Sn (Element Nummer 50) besetzt?