3582327470

PODSTAWY CHEMII FIZYCZNEJ (zadania do wykładu prof. T. Lutego)

LISTA nr 1

Zapoznać się z treścią rozdziałów 2.1 i 2.1.1 oraz 3.1 i 3.1.1 - 3.1.2, a także z rozwiązaniami przykładów 3.2.1 - 3.2.4 i 3.3.1 - 3.3.2 z „Obliczeń fizykochemicznych” JDP 2003. (1.2.1—1.2.5 z JDP 2010)

1.    Mol jednoatomowego gazu doskonałego znajdujący się w temperaturze 298 K i pod ciśnieniem 5 atm rozpręża się do ciśnienia końcowego 1 atm

a)    izotermicznie i odwracalnie,

b)    izotermicznie przeciw stałemu ciśnieniu 1 atm,

c)    adiabatycznie i odwracalnie,

d)    adiabatycznie przeciw stałemu ciśnieniu 1 atm.

Obliczyć dla każdego z tych procesów końcową temperaturę gazu, ciepło Q pochłonięte przez gaz, pracę wykonaną przez gaz oraz przyrosty energii wewnętrznej i entalpii gazu.

Odp.: a) 298 K, 3987,5 J, -3987,5 J, 0, 0 b) 298 K, 1982,9 J, -1982,9 J, 0, 0, c) 156,6 K, 0, -1763,8 J, -1763,8 J, -2939,6 J, d) 202,6 K, 0, -1189,3 J, -1189,3 J, -1982,9 J

2.    Mol jednoatomowego gazu doskonałego znajdujący się pod ciśnieniem 10^e Pa i o objętości 2 dm³ rozpręża się izotermicznie w sposób odwracalny do ciśnienia 5-10⁵ Pa (przemiana A) oraz rozpręża się adiabatycznie odwracalnie do ciśnienia 5-10⁵ Pa (przemiana B). Dla obu przemian obliczyć wartości Q, W, AU i AH.

Odp.: (A) 1386,3 J, -1386,3 J, 0,0, (B) 0, -727,6 J, -727,6 J, -1212,6 J

3.    Obliczyć końcową temperaturę 10 moli CO2 zajmujących pierwotnie, w 300 K, objętość 10~² m³ po adiabatycznej ekspansji do zbiornika, z którego uprzednio wypompowano gaz do ciśnienia p- 0. Końcowa objętość gazu wynosiła 0,1 m. Przyjąć, że CO2 spełnia równanie van der Waalsa i założyć, że jego pojemność cieplna C_v jest stała i wynosi 28,8 J/mol-K.

Odp.: 288,6 K

4.    Mol tlenu o temperaturze początkowej 300 K i objętości 5 dm³ rozprężano adiabatycznie, aż ciśnienie jego spadło do 10⁵ Pa, przy czym gaz przesuwał tłok obciążony ciśnieniem 0,7-10⁵ Pa. Obliczyć pracę oraz zmianę energii wewnętrznej i entalpii przyjmując, że tlen zachowuje się jak gaz doskonały i że jego molową pojemność cieplną można przedstawić wyrażeniem C_p = 30,0 + 4,1-10'³T J/mol-K

Odp.: -1112,28 J, -1112,28 J, -1517,59 J

5.    Jeden mol jednoatomowego gazu doskonałego, początkowo znajdujący się w warunkach normalnych, został sprężony odwracalnie do ciśnienia równego 2 atm w przemianie, w której iloczyn pT = const. Obliczyć temperaturę i objętość końcową gazu, oraz Q, W, AU i AH tej przemiany.

Odp.: 136,5 K; 5,6 dm³; -3971 J; 2269 J; -1702 J; -2837 J

6.    Do zbiornika z rozcieńczonym kwasem solnym dodano 5 g cynku. Obliczyć pracę wykonaną przez ten reagujący układ. Założyć, że reakcja zachodzi w warunkach standardowych.

Odp.:-189 J

7.    De ciepła potrzeba do ogrzania powietrza w zamkniętym pokoju o powierzchni 10,7 m² i wysokości 2,5 m od 293 K do 298K? Obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania tej ilości powietrza w tym samym zakresie temperatur pod stałym ciśnieniem. Przyjąć, że powietrze składa się z 78% (n/n) N2,21 % (n/n) O2 i 1% (n/n) Ar i założyć doskonałość gazu.

Odp.: 115,1 kJ; 161,4 kJ