ÜBUNGEN ZUR VORLESUNG Physikalische Chemie I (PC I) (Prof. Meerholz, Hertel, Klemmer) Blatt 14,

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1 ÜBUNGEN ZUR VORLESUNG Physikalische Chemie I (PC I) (Prof. Meerholz, Hertel, Klemmer) Blatt 14, Aufgabe 1 Kreisprozesse Mit einem Mol eines idealen, monoatomaren Gases (cv = 3/2 R) wird, ausgehend von V1 = 24,4 L, T1 = 298 K ein Kreisprozess durchgeführt. a) isochore Erwärmung auf T2 = 2 T1 b) isobare Abkühlung auf T1 c) isotherme, reversible Expansion auf V1 Stellen Sie den Kreisprozess im V,T-, p,t-, und p,v-diagramm dar. Berechnen Sie die jeweils fehlenden Drücke, Volumina und Temperaturen and den Punkten 1, 2 und 3. Berechnen Sie die Wärmemengen, Arbeit, innere Energie und Enthalpie der Einzelschritte, sowie des gesamten Kreisprozesses.

2 Aufgabe 2 Kreisprozesse Betrachten Sie den in Abb. 1 skizzierten Kreisprozess für ein Mol eines idealen, monoatomaren Gases A B C A. Die Koordinaten im p-v-diagramm sind: A = {10 dm 3 ; 2 bar}, B = {1 dm 3 ; 20 bar}, C = {10 dm 3 ; 20 bar}. a) Berechnen Sie die Temperaturen für die drei Koordinaten. b) Welche innere Energie ΔU, Wärmemenge ΔQ und Arbeit ΔW werden bei jedem Schritt zugeführt? c) Wie groß ist jeweils die frei Enthalpie ΔG, wenn die Entropie des Systems in A SA = 600 J K -1 mol -1 beträgt? Abbildung 1

3 Aufgabe 3 Thermochemie Bestimmen Sie die Standard-Bildungsenthalpie ΔBH 0 von As2O3 bei 298 K aus folgenden Angaben: Nr. Reaktion ΔH 0 / kj 1 As2O3 (s) + 3 H2O (l) 2 H3AsO3 (aq) 31,61 kj 2 As (s) + 1,5 Cl2 (g) AsCl3 (l) -298,90 3 AsCl3 (l) + 3 H2O (l) H3AsO3 (aq) + 3 HCl (aq) -73,60 4 0,5 H2 (g) + 0,5 Cl2 (g) HCl (g) -92,37 5 HCl (g) + H2O (l) HCl (aq) + H2O (l) -72,49 6 H2 (g) + 0,5 O2 (g) H2O (l) -285,84

4 Aufgabe 4 Thermochemie Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie Δ R H und die Reaktionsenthalpie Δ R H 400 der Reaktion: C6H6 (g) + 3 H2 (g) C6H12 (g). 0 Die Standardverbrennungsenthalpien Δ C H 298 sind: 0 Verbindung Δ C H 298 / kj mol -1 H2-241,8 C6H6-3171,6 C6H ,1 Im Temperaturbereich 290 K bis 400 K gilt für die Molwärmen bei konstantem Druck: Verbindung (gasförmig) c p / J K -1 mol -1 H2 28,9 C6H6 (11,7 + 0,247 K -1 T) C6H12 (10,9 + 0,402 K -1 T)

5 Aufgabe 5 Phasenübergänge Konstruieren Sie das Phasendiagramm von Benzol im Bereich um seinen Tripelpunkt (p = 36 Torr, T = 5 C) unter Verwendung folgender Daten: SchmH 10,6 kj mol -1 VH 30,8 kj mol -1 Dichte ρ (s) 0,891 g cm -3 Dichte ρ (l) 0,879 g cm -3

6 Aufgabe 6 Phasenübergänge Berechnen Sie die Entropieänderung für 1 Mol Wasser, das bei konstantem Druck von -50 C auf 500 C erhitzt wurde. Schmelzenthalpie (0 C) 6,004 kj mol -1 Verdampfungsenthalpie (100 C) 40,660 kj mol -1 Mittlere Wärmekapazität (s) 35,56 J K -1 mol -1 Mittlere Wärmekapazität (l) 75,34 J K -1 mol -1 Wärmekapazität (g) (30,20 + 0,00992 T) J K -1 mol -1

7 Aufgabe 7 Mischphasen Mischungen von Toluol (1) und Benzol (2) verhalten sich näherungsweise wie eine ideale Mischung. Die Dampfdrücke der reinen Komponenten haben bei einer Temperatur von 300 K die Werte p 1 = 4266 Pa und p 2 = Pa. Berechnen Sie: a) den Dampfdruck bei einer Zusammensetzung x2 = 0,5 b) die Zusammensetzung der Dampfphase für die Zusammensetzung der Mischung in a)

8 Aufgabe 8 Mischphasen Zeichnen Sie Phasendiagramme für folgende Systemtypen: a) eine Komponente im p,t Diagramm b) Zwei Komponenten im T,x Diagramm, fest-flüssig, Verbindung AB, kongruentes Schmelzen, keine Mischbarkeit in der festen Phase c) Zwei Komponenten im T,x Diagramm, fest-flüssig, Verbindung AB2, inkongruentes Schmelzen, keine Mischbarkeit in der festen Phase d) Zwei Komponenten im T,x Diagramm, flüssig-gasförmig, Azeotrop bei x = 0,3, vollständig mischbar Geben Sie charakteristische Punkte an und benennen Sie die Phasen.

9 Aufgabe 9 Mischphasen Die Abbildung zeigt das Phasendiagramm Sn-Bi. a) Benennen Sie charakteristische Punkte und Phasen. b) Zeichen Sie Kühlkurven der Reinstoffe und der Mischungen (mit der Zusammensetzung entsprechende P1-P3). c) Bestimmen Sie die Zusammensetzung der Phasen an den markierten Punkten entlang der Linien P1 bis P3.

10 Aufgabe 10 Chemisches Gleichgewicht Berechnen Sie die Standardbildungsenthalpie und entropie des Komplexes aus Jod und Dinitrobenzol, welcher sich in Benzol bildet. Gegeben ist die Gleichgewichtskonstante K bei verschiedenen Temperaturen (Tabelle). T / C K ( 10 4 )

11 Aufgabe 11 Chemisches Gleichgewicht Die Gleichgewichtskonstanten Kp der Reaktion H2 (g) + 0,5 S2 (g) H2S (g) wurden im Bereich von 900 C bis 1300 C gemessen. (Tabelle). T/ C K p / Pa 0,0888 0,0482 0,0255 0,0138 0,0087 Bestimmen Sie den mittleren Wert von Δ R H 0 in diesem Temperaturbereich.

12 Aufgabe 12 Elektrochemie Für die Gleichgewichtsspannung E der Zelle Pt/H2 (g, p 0 )/HCl (aq, m)/hg2cl2 (s)/hg (l) wurden folgende Werte gemessen m / mmol kg -1 1,6077 3,0769 5,0403 7, ,9474 E / V 0,600 0,568 0,544 0,523 0,505 Bestimmen Sie das Standardpotential E 0 der Zelle und den mittleren Aktivitätskoeffizienten von HCl bei den gegebenen Molalitäten. Das Standardpotential ist grafisch zu ermitteln.