Physikalische Chemie 0 Klausur, 22. Oktober 2011

Transkript

1 Physikalische Chemie 0 Klausur, 22. Oktober 2011 Bitte beantworten Sie die Fragen direkt auf dem Blatt. Auf jedem Blatt bitte Name, Matrikelnummer und Platznummer angeben. 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. Nur das kann berücksichtigt werden, was abgegeben wird! Punkte Note Punkte Note Punkte Note ab bis 49 n.b Name: Matrikelnummer: Platznummer: 1

2 Für Notizen, Zwischenrechnungen, etc. 2

3 Name: Matrikelnummer: Platznummer: Frage 1. Ein Körper mit einer Masse von 400 g, einer Molenmasse von 32 g/mol, einer molaren Wärmekapazität von 4 kj/(mol K) und einer Temperatur von 80 C wird in einer Flüssigkeit mit Temperatur 20 C gebracht. Die Flüssigkeit hat eine molare Wärmekapazität von 6 kj/(mol K). Wie viele Mol der Flüssigkeit braucht man, damit die Gleichgewichtstemperatur 35 C wird? Frage 2. Betrachten Sie ein ideales Gas in einem Behälter mit Volumen V 0, Druck P 0 und Temperatur T 0. In einem isochoren Prozess wird der Druck verdoppelt. Anschließend wird das Volumen halbiert in einem isobaren Prozess. Und zuletzt in einem isothermen Prozess wird der Druck halbiert. Welche Werte haben Druck, Volumen und Temperatur (ausgedruckt mit Hilfe von V 0, P 0 und T 0 ) am Ende der drei Prozesse? 3

4 Frage 3. Betrachten Sie die Größe Z = nrt PV dp und dv aus. für ein van der Waals Gas. Drucken Sie dz mit Hilfe von Frage 4. Bestimmen Sie ( ) V P T ( P ) ( T ) T V V P für ein ideales Gas. Frage 5. Betrachten Sie eine Mischung aus drei idealen Gase, A, B und C. Der Partialdruck vom A ist gleich 2 bar, und der vom C ist gleich 0.8 bar. Der Molenbruch von B ist gleich x B = 0.3. Bestimmen Sie den Gesamtdruck sowie die Molenbrüche von A und C. 4

5 Name: Matrikelnummer: Platznummer: Frage 6. Erläutern Sie kurz, wie Gay-Lussac herausfand, dass ( ) U V T = 0 für ein ideales Gas gilt. Frage 7. Betrachten Sie eine flüssige Mischung bestehend aus 200 mol vom Stoff A und 300 mol vom Stoff B. Durch Zugabe von 0.01 mol vom Stoff A ändert sich das Gesamtvolumen um 0.03 l, während die Zugabe von 0.02 mol vom Stoff B zu einer Änderung des Gesamtvolumens um 0.04 l führt. Bestimmen Sie daraus die partiellen molaren Volumina vom Stoff A und Stoff B für die Mischung. 5

6 Frage 8. 4 mol von Stoff A werden mit 2 mol von Stoff B gemischt. Sie reagieren miteinander laut der chemischen Reaktion A + 2 B C. Im Gleichgewicht ist der Molenbruch vom Stoff C gleich 0.2. Bestimmen Sie daraus die Stoffmengen von A, B und C. Frage 9. Für die drei chemischen Reaktionen A + 2 B 2 C, B + D A und B + D C sind die Reaktionsenthalpien gleich 150, 200 und 400 kj/mol. Bestimmen Sie daraus die Reaktionsenthalpie für die Reaktion D B. Frage 10. Die Reaktionsenthalpie für die Reaktion A + 2 B 2 C beträgt bei 25 C 150 kj/mol. Die molaren Wärmekapazitäten der drei Stoffe A, B und C sind gleich 500, 400 und 300 J/(mol K). Bestimmen Sie daraus die Reaktionsenthalpie für die Reaktion 1 2 A + B C bei 50 C. 6

7 Name: Matrikelnummer: Platznummer: Frage 11. Erläutern Sie den Begriff Verbrennungsenthalpie. Frage 12. Was muss für einen beliebigen Kreisprozess gelten, damit sein thermischer Nutzeffekt so groß ist wie der eines Carnot Kreisprozesses? Begründen Sie die Antwort. 7

8 Frage 13. Betrachten Sie ein System bestehend aus zwei nicht-mischbaren Lösungsmitteln. In beiden Phasen läuft die chemische Reaktion A + B 2 C ab. Im Gleichgewicht ist das chemische Potential vom Stoff A in der einen Phase gleich 20 J/mol, während das chemische Potential vom Stoff C in der anderen Phase gleich 40 J/mol ist. Bestimmen Sie daraus das chemische Potential für alle drei Stoffe in den beiden Phasen. Frage 14. Benutzen Sie das Gesetz der Gleichverteilung der Energie, um die molare Wärmekapazitäten von H 2 O und (linearem) CO 2 zu bestimmen. Die Ergebnisse sollen mit Hilfe der Gaskonstante ausgedruckt werden. Frage 15. Betrachten Sie ein Gas aus Teilchen bei einer Temperatur T 0. Die einzelnen Teilchen können die Energie kt 0, 0 und +kt 0 besitzen (k ist die Boltzmann Konstante). Bestimmen Sie daraus die durchschnittliche Energie der Teilchen. 8

9 Name: Matrikelnummer: Platznummer: Frage 16. Vergleichen Sie graphisch das Gesetz von Dulong und Petit mit den Vorhersagen der Modelle von Einstein und Debye und mit experimentellen Befunden. Worum geht es überhaupt? Frage 17. Was beschreibt der Welle-Teilchen Dualismus? 9

10 Frage 18. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Spektren und Quantentheorie. Frage 19. Betrachten Sie ein Teilchen in einem ein-dimensionalen Kasten, 0 x a. Bei welchen x Werten hat das Teilchen die größte Wahrscheinlichkeit, sich aufzuhalten, wenn das Teilchen sich im Grundzustand, n = 1, bzw. im ersten angeregten Zustand, n = 2, befindet? Begründen Sie die Antwort. Frage 20. Für ein Teilchen (Masse gleich kg) in einem ein-dimensionalen Kasten mit Kastenlänge 1 nm ist die Energie für den Übergang n = 2 n = 3 gleich 4 ev. Wie groß ist dann die Energie für den Übergang n = 2 n = 4, wenn sich die Kastenlänge auf 2 nm ändert? 10

11 Name: Matrikelnummer: Platznummer: Frage 21. Erklären Sie den Begriff Nullpunktsenergie. Frage 22. Betrachten Sie die 1s Wellenfunktion des Wasserstoffatoms. Wo hat diese Funktion ihr Maximum, und wo ist die radiale Verteilung dieser Funktion am größten? 11

12 Frage 23. Erläutern Sie kurz Hund s Regeln. Frage 24. Vergleichen Sie bindende und antibindende σ und π Orbitale am Beispiel des N 2 Moleküls. Frage 25. Betrachten Sie zwei Reaktionen A + 2 B 2 C und C + D B, die gleichzeitig ablaufen. Die Geschwindigkeitskonstanten der beiden Reaktionen werden gleich k 1 und k 2 genannt. Stellen Sie Ausdrucke für [X] t auf mit X gleich A, B, C und D. 12