Übung zur Vorlesung PC I Chemische Thermodynamik B.Sc. Blatt 10

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1 Übung zur Vorlesung PC I Chemische Thermodynamik B.Sc. Blatt Berechnen Sie die Viskosität von Benzoldampf bei 0 C, 0 C und 900 C, verwenden sie dabei einen mittleren Stoßquerschnitt von σ 0,88 nm. Die Viskosität ist wie Diffusion und Wärmeleitfähigkeit eine Transporteigenschaft. Die ihr zugeordnete Größe ist der Impuls einer Substanz. Mit Hilfe der kinetischen Gastheorie ergibt sie sich aus folgender Gleichung: 1 η= λ vm (1.1) 3 Dabei ist λ die mittlere freie Weglänge definiert durch: kt λ = (1.) ο p <v> ist die mittlere Geschwindigkeit nach der kinetischen Gastheorie geben durch: v 8T = (1.3) πm Und die Teilchendichte welche sich wie folgt ergibt: nn p V T kt A pn = = a = (1.4) Das Lesen dieses Lösungsblatts ersetzt nicht den regelmäßigen Besuch der Übungsgruppen! Seite 1 von 5

2 Durch einsetzen von (1.), (1.3) und (1.4) in (1.1) ergibt. 1 kt 8T p m 4T η = m = 3 ο p πm kt 3ο πm η = 4 0,078 1, , kg mol mol kg m s K mol K 8 30,8810 m π 0,078kg mol kg m η = = ms 6 9, ,86 µpa (1.5). Eine stöchiometrische Mischung von Zink und Schwefel reagiert nach der Zündung unter großer Hitzeentwicklung zu Zinksulfid. Zn(s) + S(s) ZnS(s) H Ѳ B /kj mol ,7 S Ѳ /J mol 1 K 1 41,6 31,9 57,7 a) Wie groß ist die Freie Standardreaktionsenthalpie? Zunächst muss die molare Standardreaktionenthalpie berechnet werden. Mit Hilfe des Satzes von Heß ergibt sie sich wie folgt: ( (Pr )) ( ( )) H = v H odukte v H Edukte B B H = H ( ZnS) H ( Zn) H ( S) B B B H = 0,7kJ mol Danach müssen wir die molare Standardreaktionsentropie berechnen: ( (Pr )) ( ( )) S = v S odukte v S Edukte S = S ( ZnS) S ( Zn) S ( S) S =5,8J mol K Aus den Ergebnissen berechnet sich die freie Standardreaktionenthalphie G = H T S B 0,7 (98 ( 15, )) G = kj mol K J mol K G =98,0kJ mol Das Lesen dieses Lösungsblatts ersetzt nicht den regelmäßigen Besuch der Übungsgruppen! Seite von 5

3 b) Wie groß ist die Freie Standardbildungsenthalpie von ZnS? Die Freie Standardbildungsenthalpie von Zinksulfid B G entspricht der Freie Standradreaktionsenthalpie G, da es sich hier gerade um die Bildungsreaktion von Zinksulfid aus den Elementen handelt. c) Um welchen Betrag ändert sich die Entropie (i) des eaktionssystems? Die Entropieänderung des eaktionssystem haben wir bereits in Teil a) ausgerechnet. Sie beträgt G System = 5, 8 J mol K (ii) der Umgebung? Die Entropieänderung der Umgebung ist: H 0,7kJ mol SUmgebung = = = 680,J K mol T 98K c) Wie groß ist die Gesamtentropieänderung? Die Gesamtentropieänderung der eaktion setzt sich aus den beiden Teilbeträgen zusammen und ist daher: Sgesamt = SSystem +SUmgebung S =5,8J mol K + 680,J mol K = 664,4J mol K gesamt Das selbe Ergebnis erhalten Sie, wenn Sie die Freie eaktionsentalpie zur Berechnung verwenden: G 98,0kJ mol Sgesamt = = = 664,4J K mol T 98K 3. Das Keton Carvon ist in Pfefferminzöl enthalten. Sein Dampfdruck wurde bei verschiedenen Temperaturen gemessen: Ѳ / C 57,4 100,4 133,0 157,3 03,5 7,5 p / Torr Berechnen sie daraus den Standardsiedepunkt und die Verdampfunsgsenthalpie der Substanz. Das Lesen dieses Lösungsblatts ersetzt nicht den regelmäßigen Besuch der Übungsgruppen! Seite 3 von 5

4 Durch unbestimmte Integration der Clausius Claperyron schen Gleichung erhält man folgenden linearen Zusammenhang: dlnp VH = dt T VH dlnp= dt T VH lnp = T Durch Auftragung von ln(p) gegen 1/T ergibt sich aus der Steigung der Ausgleichsgeraden V H wie folgt: 8 6 Gleichung y = a + b*x Kor. -Quadrat 0,99977 ln(p) Schnittpunkt m it der Y-Achse Wert Standardfehler 19, ,10648 ln(p) Steigung -6446, , ln(p) 0 0,000 0,005 0,0030 1/T / 1/K VH = 6446,649K H= 6446,649K 8,31447J K mol V H= 53,6kJ mol V Das Lesen dieses Lösungsblatts ersetzt nicht den regelmäßigen Besuch der Übungsgruppen! Seite 4 von 5

5 Nun lässt sich die Standardsiedetempartur bei 760 torr mit Hilfe eines Wertepaares wie folgt berechnen: p H 1 1 ln = V p1 T1 T 760torr 56,6kJ mol 1 1 ln = 1torr 330,55K TS 1 760torr 1 = ln TS 1torr 53,6kJ mol 330,55K 1 1 = TS 500,93 T = 7,78 C s Literaturwert: 7 C 30 C Man kann auch mit Hilfe von nur zwei Wertepaaren die Verdampfungsenthalpie berechnen jedoch führt dies zu einem gewissen Fehler. p H 1 1 ln = V p1 T1 T Mit Hilfe von zwei Wertepaaren ergibt V H zu: 10torr VH 1 1 ln = 1 torr 330,55 K 373,55 K 10torr 1 1 VH= ln 1 torr 330,55 K 373,55 K VH= 54,975kJ mol T = 1,4 C S Das Lesen dieses Lösungsblatts ersetzt nicht den regelmäßigen Besuch der Übungsgruppen! Seite 5 von 5