Klausur zu Grundlagen der Physikalischen Chemie (21371) - Teil 1

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Kilian Bruhn
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1 Klausur zu Grundlagen der Physikalischen Chemie (21371) - Teil 1 Name: Mat.Nr.: Punkte: /50 Zur Bearbeitung der folgenden Aufgaben haben Sie 90 Minuten Zeit. Antworten dürfen in Form von Stichpunkten gegeben werden, Rechenwege müssen nachvollziehbar sein. Jegliche Verwendung programmierbarer Taschenrechner ist nicht gestattet. Es sind keine Mitschriften erlaubt, nur eine A4 Seite mit Notizen. Bitte nur blauen oder schwarzen Stift verwenden, kein Bleistift. I. Ideales Gas [6] In einem geschlossenen Zylinder befinden sich 100g CO 2 -Gas bei einem Druck von 3 Bar und einer Temperatur von 10 C. 1. Berechnen Sie das Volumen des Zylinders (molare Masse von Kohlenstoffatom: 12 g/mol; von Sauerstoffatom: 16 g/mol). [4] 2. Wie groß ist die Temperatur im Inneren des Zylinders, wenn das Volumen des Gases mittels eines Kolbens bei einem Druck von 5 Bar auf 10 l verringert wird? [2] Konstanten: h = 6, Js c = 2, m/s k = 1, J/K λ c = 2, m e = 1, C R = 8, 314 J/K mol ε 0 = 8, As/(Vm) m e = 9, kg a 0 = 0, m m p = 1, kg R H = 2, J B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter 1

2 Wintersemester 2015/2016 Grundlagen der PC II. Volumenarbeit und Enthalpieänderung [9] 1. Berechnen Sie die Arbeit, die 2 mol eines idealen Gases bei einer isothermen Expansion bei 50 o C leistet, wenn es gegen eine Druck von 5 bar von 5l auf 10l expandiert. Leiten Sie dabei die verwendete Formel aus der Definition der Volumenarbeit und dem idealen Gasgesetz her. [5] 2. Geben Sie die Enthalpie an, die frei wird, wenn sich ein Mol Propan von 50 o C auf flüssiges Propan bei -80 o C isobar abkühlt. (Siedepunkt: -42 o C, Verdampfungswärme: 425 kj kg, Wärmekapazität gasförmig: 73,6 J molk, flüssig 107,1 J molk ). [4] 2 B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter

3 III. Verflüssigung von Gasen [5] Zeigen Sie an Hand der Isothermen, dass es für reale Gase nur unterhalb einer kritischen Temperatur zur Verflüssigung des Gases kommen kann. Beschriften Sie das Diagramm und beschreiben Sie den Verflüssigungsvorgang in Stichworten. B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter 3

4 Wintersemester 2015/2016 Grundlagen der PC IV. Freie Reaktionsenthalpien [5] Berechnen Sie die Freie Standardbildungsenthalpie von HI (gasförmig) bei 25 C! Ist HI unter diesen Bedingungen thermodynamisch stabil und läuft die Reaktion spontan ab? Begründen Sie! Hinweise: H 0 mol (HI, g) = 26, 48 kj /mol, H 0 mol (H 2 ) = H0 mol (I 2 ) = 0 bei Standardbedingungen; S 0 mol (HI, g) = 206, 6 J /K mol, S 0 mol (I 2, g) = 116, 1 J /K mol und S 0 mol (H 2, g) = 130, 7 J /K mol. 4 B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter

5 V. Schwarzer Strahler [10] 1. Skizzieren Sie den Versuchsaufsbau zur Messung der Hohlraumstrahlung und bezeichnen Sie die wesentlichen Teile des Versuchsaufbaus. [3] 2. Stellen Sie das Versuchsergebnis der Messung der Hohlraumstrahlung graphisch für drei verschiedene Temperaturen dar. [4] B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter 5

6 Wintersemester 2015/2016 Grundlagen der PC 3. Um welchen Prozentsatz verschiebt sich die Wellenlänge des Energiemaximums der Strahlung einer Glühlampe, wenn sich die Temperatur des Glühfadens von 1000 C auf 2500 C erhöht. (Hinweis, betrachten Sie den Glühfaden als schwarzen Strahler) [3] 6 B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter

7 VI. Mehrelektronenatome [4] 1. Geben Sie die Elektronenkonfiguration eines Nickelatoms an (Z = 28) und erklären Sie ihr Ergebnis. [2] 2. Welchen Spinzustand erwarten sie für den Grundzustand eines Nickelatoms? Begründen Sie ihr Ergebnis. [2] B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter 7

8 Wintersemester 2015/2016 Grundlagen der PC VII. Quantenmechanische Beschreibung des Wasserstoff-Atoms [5] 1. Geben Sie die Quantenzahlen eines 5 f -Wasserstoff-Orbitals an und bestimmen Sie, wie sich die Knoten auf den Radial- und den Winkelanteil der Wellenfunktion verteilen. [2] 2. Berechnen Sie die Wellenlänge des Lichtes, das ein Wasserstoffatom vom Grundzustand in den dritten elektronischen Zustand anregen kann. [3] 8 B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter

9 VIII. Teilchen im Kasten [6] 1. Betrachten sie ein quantenmechanisches Teilchen der Masse m in einem zweidimensionalen quadratischen Kasten mit der Kantenlänge L. Geben Sie die Energieeigenwerte und den Definitionsbereich der Quantenzahlen an. [2] 2. Betrachten sie ein quantenmechanisches Teilchen der Masse m in einem eindimensionalen Kasten der Länge L. Diskutieren Sie, wie sich die Übergangsenergie vom Grundzustand in den ersten angeregten Zustand ändert, wenn sich die Länge des Kastens verdreifacht. [4] B. Paulus, L. Marsoner, T. Tichter 9

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