ZADANIA Z PODSTAW CHEMII FIZYCZNEJ (do wykładu prof. dr hab. Sz. Roszaka) LISTA nr 1 (2011/2012 zima) RÓWNANIA STANU GAZÓW. SPOSOBY OBLICZANIA PRACY OBJTOŚCIOWEJ. Zapoznad się z treścią rozdziałów 2.1 i 2.1.1 oraz 3.1 i 3.1.1, a także z rozwiązaniami przykładów 2.2.1-2.2.4 i 3.2.1-3.2.4 z Obliczeo Fizykochemicznych JDP (notacja dotyczy wydania z 1997 roku) 1. W temperaturze 500 oC i pod ciśnieniem 92.1 kPa gęstośd par siarki wynosi 3.71 g"dm-3. Jaki jest wzór cząsteczkowy siarki w tych warunkach? Odp. :NS=8. 2. Gęstośd powietrza w temperaturze 27 oC i pod ciśnieniem 97.1 kPa wynosi 1.146 g"dm-3. Oblicz ułamek molowy i ciśnienie cząstkowe azotu i tlenu zakładając, że powietrze składa się jedynie z tych dwóch gazów. (M(O2)=31,9988 g/mol, M(N2)=28,0136 g/mol) Odp.: x(N2) = 0.6391, p(N2) = 62.1 kPa, , p(O2) = 35.0 kPa. 3. Wiedząc, że gęstośd powietrza w temperaturze -85 oC, 0 oC i 100 oC wynosi odpowiednio 1.877 g"dm-3, 1.294 g"dm-3 i 0.946 g"dm-3 wyznacz temperaturę zera bezwzględnego, zakładając, że spełnione jest prawo Charlesa. Odp.: -272,85 oC. 4. 17 g amoniaku o temperaturze 473 K zajmuje objętośd 0.196 dm3. Obliczyd ciśnienie panujące w układzie traktując amoniak jako: a) gaz doskonały, b) gaz sztywnych kul, c) gaz van der Waalsa (a = 0.422 J"m3"mol-2, b = 51.4"10-6 m3"mol-1). Porównad wyniki. Odp.: a) 20.1 MPa, b) 27.2 MPa, c) 16.2 MPa. 5. Czy próbka ksenonu o masie 131 g, zachowując się jak gaz doskonały, w naczyniu o objętości 1.0 dm3 może wywrzed ciśnienie 20 atm w temp. 25oC?. Jakie ciśnienie będzie ona wywierad zachowując się jak gaz van der Waalsa (a = 0.425 J"m3"mol-2, b = 51.05"10-6 m3"mol-1). Odp.: a) nie, 24.5 atm, b) 21.6 atm. 6. Oblicz ciśnienie jakie wywiera 1.0 mol C2H6, przyjmując, że zachowuje się on jak a) gaz doskonały, b) van der Waalsa w następujących warunkach: 1) 273.15 K i 22.414 dm3, 2) 1000 K i 100 cm3 (a = 0.556 J"m3"mol-2, b = 63.8"10-6 m3"mol-1). Wyraz w procentach odstępstwa od wartości oczekiwanych dla gazu doskonałego w obu przypadkach. Odp.: a) 1.01319"105 Pa i 8.314"107 Pa, b) 1.00502"105 Pa i 1.741"108 Pa 7. Temperatura krytyczna acetonu wynosi 508 K, a ciśnienie krytyczne 4.76 MPa. Oblicz wartości stałych a i b równania van der Waalsa. Odp.: a =1.58 J"m3"mol-2, b = 111.0"10-6 m3"mol-1. 8. Korzystając ze współczynników van der Waalsa dla chloru (a = 0.658 J"m3"mol-2, b = 56.2"10-6 m3"mol-1), oblicz przybliżone wartości temperatury Boyle a i promieo cząsteczki Cl2, zakładając, że ma ona kształt sferyczny. Odp.: TB = 1408.2 K, r = 0.177 nm Strona 1 Paweł Lipkowski, Robert Zaleśny zima 2011/2012 9. Aby określid dokładną wartośd stałej gazowej R, student ogrzał zbiornik o objętości 20.000 dm3 wypełniony 0.25132 g gazowego He do temperatury 500 oC. Zmierzone ciśnienie wynosiło 206.402 cm słupa wody w temp. 25 oC. Oblicz wartośd R na podstawie tych danych. Gęstośd wody w temp. 25 oC wynosi 0.99707 g"cm-3. Odp.: 8.3147 J"K-1"mol-1 10. Do zbiornika z rozcieoczonym kwasem solnym dodano 5 g cynku. Obliczyd pracę wykonaną przez reagujący układ. Założyd, że reakcja zachodzi w warunkach standardowych. Odp.: -189 J. 11. Obliczyd pracę jaką wykonają dwa mole wodoru rozprężając się izotermicznie w temperaturze 305 K od objętości 15 dm3 do objętości 50 dm3 a) przesuwając tłok obciążony stałym ciśnieniem równym 105 Pa, b) w sposób kwazistatyczny (przyjąd, że wodór spełnia równanie gazu doskonałego). Odp.: a) -3500 J, b) -6106 J. 12. 0.8 mola SO2 o temperaturze 300 K zajmuje objętośd 10 dm3. Gaz ten rozpręża się izotermicznie, kwazistatycznie aż do osiągnięcia objętości 20 dm3. Obliczyd pracę, jaką wykonał gaz przyjmując, że a) spełnia równanie van der Waalsa (a = 0.680 J"m3"mol-2, b = 56.4"10-6 m3"mol-1), b) równanie sztywnych kul (b = 56.4"10-6 m3"mol-1), c) równanie gazu doskonałego. Odp.: a) -1365,83 J, b) -1387,59 J, c) -1383.08 J. Strona 2 Paweł Lipkowski, Robert Zaleśny zima 2011/2012