Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III)

Transkript

1 Uhr Uhr Moritz / Pauer Klausur Physikalische Chemie für TUHH (Chemie III) Die folgende Tabelle dient Korrekturzwecken und darf vom Studenten nicht ausgefüllt werden Summe!!!Liebe Studenten und Studentinnen, bitte HIER die von Ihnen bearbeiteten Aufgaben ankreuzen!!! Damit ist sichergestellt, dass wir die Aufgaben auch finden und bewerten !!!Wichtig!!! Es werden nur Antwortzettel mit Namen und Matrikelnummer gewertet! Ergebnisse bei Rechenaufgaben bitte doppelt unterstreichen! Nummer und Aufgabe vor die Antworten schreiben! Vorder- und Rückseite dürfen beschrieben werden!

2 Aufgabe 1 a) Was besagt der Satz von Hess? (0.5 P) b) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie für die Bildung von Calciumcarbonat aus den Elementen (1.0 P) Hilfe: 1) C (f) + O2 (g) CO 2(g) H = - 393,71 kj/mol 2) Ca (f) + 0,5 O 2(g) CaO (f) H = - 635,55 kj/mol 3) CaCO 3 CaO (f) + CO 2(g) H = 117,82 kj/mol c) Was ist die exakte Bezeichnung der berechneten Reaktionsenthalpie? Diese Bezeichnung gilt auch für die Reaktionsenthalpien von 1) und 2) (0.5 P) Aufgabe 2 a). Wofür wird die Apparatur von Beckmann verwendet? Skizzieren und erläutern Sie den Aufbau. (1.0 P) b). Es wurden 5 g einer organischen Substanz in 50 ml deionisiertem Wasser gelöst. Berechnen Sie mithilfe des aufgeführten Graphen die molare Masse des gelösten Stoffes, wenn der Gefrierpunkt des Wassers K, die spezifische Schmelzenthalpie 334 J g -1 und die allgemeine Gaskonstante J/ (mol K) betragen. Um welche organische Verbindung handelt es sich? (1.5 P) Aufgabe 3 a) Wie ist die Oberflächenspannung definiert? (0.5 P) b) Erklären Sie, wie sich die Oberflächenspannung in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration verändert. Skizzieren Sie den Verlauf der Oberflächenspannung und beschreiben Sie die jeweilige die Anordnung der Tenside. (1.0 P) c) Erklären Sie die TRAUBESCHE Regel. (0.5 P). d) Erklären Sie warum eine 5%ige 1-Propanol Lösung eine andere Oberflächenspannung hat als eine 5%ige 2-Propanol Lösung. Welche hat die niedrigere Oberflächenspannung? (0.5 P).

3 Aufgabe 4 a) Bestimmen Sie die drei kritischen Größen eines Gases mit den Van-der-Waals- Koeffizienten a = L 2 bar mol -1 und b = L mol -1, R = L bar K - 1 mol -1. (1.0 P) b) Zeichnen Sie in ein p,v-diagramm die Isothermen für T > T krit, T = T krit und T < T krit. (0.5 P) c) Welche Isotherme kommt der eines idealen Gases am nächsten? (0.5 P) Aufgabe 5 a) Es soll die dynamische Viskosität einer Polymerlösung mit der Dichte ρ=1.2 g/ml über das Gesetz von HAGEN-POISEUILLE berechnet werden. Die Durchlaufzeit, in der die Polymerlösung in einem Ubbelohde-Kapillarviskosimeter durch die Kapillare der Länge 400 mm und dem Radius 2.2 mm fließt, liegt bei 150 sek. Das Messvolumen ist gleich 5 ml.(1.0 P) b) Von welchen physikalischen Größen hängt die dynamische Viskosität η ab und wie ist der genaue Zusammenhang. (0.5 P) c) Was ist der Polydispersitätsindex? Wie ist er definiert? Geben Sie die Formel an und erklären Sie in wenigen Worten, was er aussagt. (0.5 P) d) Bei der synthetischen Darstellung eines Polymers wurde folgende Molmassenverteilung erhalten (siehe Abbildung). Zeichnen Sie ein, wo sich das Zahlen- sowie das Gewichtsmittel befinden. (0.5 P) Aufgabe 6 Was versteht man unter Aktivierungsenergie? Skizzieren Sie den Verlauf der Energie einer Reaktion über dem Reaktionsweg und zeichnen Sie die Aktivierungsenergie ein. Berechnen Sie für eine Reaktion die Aktivierungsenergie, wenn die Geschwindigkeitskonstante bei 20 C k 1 =10.2 s -1 und bei 40 C k 2 =27.4 s -1 beträgt.

4 Aufgabe 7 (1.0 Punkt) Ein Glaskolben mit einem Volumen von 1.0 dm 3 enthält 1.0x10 23 Wasserstoffmoleküle. Der Druck des Gases in dem Glaskolben beträgt 100 kpa. a) Welche Temperatur hat das Gas und wie hoch ist die quadratisch gemittelte Geschwindigkeit der Moleküle? (0.5 P) b) Findet man eine andere Temperatur bzw. eine andere quadratisch gemittelte Geschwindigkeit, wenn unter sonst gleichen Bedingungen die Wasserstoffmoleküle durch Sauerstoffmoleküle ersetzt werden? (kurze Begründung!) (0.5 P) Aufgabe 8 Was sagt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik über die Entropie aus? (0.5 P) a) Für folgende Reaktion 2 Ag 2 O (s) 4 Ag (s) + O 2 (g) ist ΔH 0 = kj/mol und ΔS 0 = J/(mol K); bei 25 C. b1) Wie groß ist ΔG 0 bei 25 C? Läuft die Reaktion spontan ab? b2) Wie groß ist ΔG 0 bei 350 C (unter der Annahme, dass ΔH 0 und ΔS 0 temperaturunabhängig sind)? Läuft die Reaktion spontan ab? (1.5 P) Aufgabe 9 In einem Bombenkalorimeter wurde bei konstantem Volumen und 35 C die Verbrennungswärme von CH 4 (g) zu U = kj/mol bestimmt. a) Was sagt der 1. Hauptsatz der Thermodynamik aus? (1.0 P) b) Wie groß ist die Enthalpieänderung? [Hinweis: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l); Anzahl gasförmige Reaktanden 3 mol; Anzahl gasförmiger Produkte 1 mol] (1.0 P) Aufgabe 10 a) Stellen Sie den Zusammenhang zwischen dem molaren Anteil x A eines Stoffes A (Gas oder Flüssigkeit) in einer Flüssigphase (Abszisse) und dem Gleichgewichtspartial-druck p A des Stoffes A in der angrenzenden Gasphase (Ordinate) graphisch dar. Wie lautet das Gesetz (Name, Gleichung), das für kleine x A den Zusammenhang zwischen x A und p A beschreibt (z.b. für die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten)? Wie lautet das Gesetz (Name, Gleichung), das für große x A den Zusammenhang zwischen x A und p A beschreibt (z.b. für die Partialdrücke über einem Flüssigkeitsgemisch)? (1.0 P) b) Eine Flüssigkeitsmischung aus Hexan C 6 H 14 und Heptan C 7 H 16 verhält sich wie ein ideales Gemisch. Eine solche Mischung besteht aus 2mol Hexan und 3mol Heptan. Berechnen Sie die Zusammensetzung des Dampfes über der Mischung (molares Verhältnis Hexan : Heptan) bei 20 C und 100kPa und vergleichen Sie diese mit der Zusammensetzung der Flüssigphase! Dampfdruck der reinen Komponenten bei 20 C: (p Hexan ) 0 = 16,0kPa (p Heptan ) 0 = 4,7kPa (1.0 P)

5 Aufgabe 11 Für die Gleichgewichtsreaktion NiO (s) + CO (g) Ni (s) + CO 2 (g) beträgt die Gleichgewichtskonstante K = bei 300 C. a) In einem Reaktionsgefäß von einem Liter werden CO (g) und ein Überschuss an NiO bei 300 C gehalten. Die Konzentration an gebildetem CO 2 im Gleichgewicht beträgt mol/l. Stellen Sie das Massenwirkungsgesetz auf. Berechnen Sie die Konzentration von CO (g) im Gleichgewicht sowie die eingesetzte Stoffmenge an CO (g). (1.0 P) b) Welche Masse an Nickeloxid (M = g/mol) ist im Gleichgewicht vorhanden? (0.5 P) c) Wie würde das Gleichgewicht auf eine Druckerhöhung reagieren? (0.5 P) Aufgabe 12 (1.5 Punkte) a.) Geben Sie die Arrhenius-Gleichung an und benennen sie alle Koeffizienten. Geben Sie deren Einheiten für eine Reaktion formal 4. Ordnung an. (1.0 P) b.) Zeigen Sie grafisch und erklären Sie mit Worten, wie Sie die Aktivierungsenergie grafisch bestimmen würden. (0.5 P) Aufgabe 13 a) 255 mg Neon haben bei 122 K ein Volumen von 3.00 L. Berechnen Sie den Druck des Gases unter Verwendung der Zustandsgleichung des idealen Gases. Ergebnis in SI-Einheiten! (1.0 P) b) Ein Gefäß des Volumens 2.0 L kann maximal einen Druck von 40 atm aushalten. Darf man es für die Aufbewahrung von 98g gasförmigen Stickstoffs bei 23ºC benutzen, wenn man ideales Verhalten annimmt? Wie hoch ist der Druck des Stickstoffs? Ergebnis in SI- Einheiten! (1.0 P) Aufgabe 14 a) Bei 25 C beträgt die Beweglichkeit u eines Rb + -Ions in wässriger Lösung u 7, m s V Welche Driftgeschwindigkeit erreichen die Ionen, wenn an zwei 8 mm voneinander entfernt liegenden Elektroden eine Potentialdifferenz von 35 V angelegt wird? (1.0 P) b) Ionen werden in elektrischen Feldern beschleunigt. In Lösungen stellen sich jedoch konstante Wanderungsgeschwindigkeiten ein. Warum? Geben Sie in ihrer Antwort den entscheidenden Zusammenhang an und leiten Sie den Ausdruck für die Geschwindigkeit her. Erläutern sie ihre Antwort kurz. (1.5 P) Aufgabe 15 Was ist ein ideales Gas? Was kennzeichnet dieses? (1.0 P) (1.0 Punkte)