Podstawy Chemii fizycznej

(ćwiczenia do wykładu prof. W. Bartkowiaka)

Lista nr 2 (2011/2012)

Zapoznać się z treścią rozdziału 3.1.3 a także z rozwiązaniami przykładów 3.4.2-3.2.5 i

3.4.9- 3.4.11 z „Obliczeń fizykochemicznych” JDP

1. Obliczyć ciepło reakcji syntezy kwasu akrylowego: (CH)

2

+CO+H

2

O

( c)

= CH

2

CHCOOH

(c )

pod ciśnieniem 1,013

⋅

10

5

Pa i w temperaturze 298 K na podstawie ciepeł tworzenia oraz na

podstawie ciepeł spalania:

∆

H

tw

o

ciepła tworzenia [kJ/mol]

∆

H

sp

o

ciepła spalania [kJ/mol]

(CH)

2

226,90 - 1300,60

CO -110,60 - 283,17
H

2

O

( c)

- 286,04 0,0

CH

2

CHCOOH

( c)

- 382,66 - 1371,20

Obliczyć również

∆

U

r

O

reakcji syntezy w 298 K.Odp.:

−

213,05 kJ/mol,

−

212,6 kJ/mol

2. Standardowa entalpia tworzenia ciekłego metanolu wynosi

−

238,7 kJ/mol w temperaturze

298K. Znając standardowe entalpie tworzenia CO

2

(

−

373,77kJ/mol) i H

2

O

(c)

(

−

285,77 kJ/mol)

obliczyć standardową entalpię spalania tego związku. Odp.:

−

726,61 kJ/mol

3. Ciepła spalania 1,1-dichloroetanu (CHCl

2

−

CH

3

) węgla i wodoru w warunkach

standardowych wynoszą odpowiednio:

−

1206,78 kJ/mol,

−

373,77kJ/mol i

−

285,77

kJ/mol, a ciepło tworzenia

1,2-dichloroetanu (CH

2

Cl

−

CH

2

Cl) wynosi

−

165,7 kJ/mol.

Obliczyć ciepło reakcji izomeryzacji 2 moli 1,1-dichloroetanu do 1,2-
dichloroetanu.Odp.:

−

26,8 kJ/mol

4. Wyznaczyć efekt cieplny reakcji CO

(g)

+1/2O

2(g)

→

CO

2(g)

w temperaturze T = 500

K i pod ciśnieniem p

o

= 1,013

⋅

10

5

Pa.

o

g

CO

tw

H

)

(

2

,

∆

(298K)= −393,77kJ·mol

−1

,

o

g

CO

tw

H

)

(

,

∆

(298K)= −110.60kJ·mol

−1

,

o

g

CO

p

C

)

(

2

,

= 37,1 J·K

−1

·mol

−1

,

o

g

CO

p

C

)

(

,

= 29,2 J ·

K

−1

· mol

−1

.

o

g

O

p

C

)

(

2

,

= 29,4·K

−1

·mol

−1

.Odp.:

−

284,47 kJ/mol

5. Do termicznie izolowanego naczynia zawierającego 6 kg wody o temperaturze 303 K

wprowadzono 1 kg śniegu o temperaturze 263 K. Obliczyć temperaturę, jaka się ustali w
naczyniu, jeżeli ciepło topnienia śniegu wynosi 333,5 J

⋅

g

-1

, ciepło właściwe śniegu jest

równe 2,017 J

⋅

g

-1

K

-1

a wody 4,184 J

⋅

g

-1

K

-1

. Odp.:T=286,6 K

6.Standardowa entalpia tworzenia ciekłej wody w temperaturze 298 K jest równa –285,9kJ

⋅

mol

–

1

, standardowa entalpia parowania w temperaturze wrzenia (373 K) 40,66 kJ

⋅

mol

–1

, molowe

pojemności cieplne wody ciekłej i pary wodnej można przedstawić wyrażeniami:

2 (c)

2 (g)

1

1

3

1

1

, H O

, H O

75,15 J K

mol ,

30,13 11,30 10

J K

mol

o

o

p

p

C

C

T



























Obliczyć standardową entalpię tworzenia pary wodnej w temperaturze 298 K (wielkość
rachunkową, często stosowaną w obliczeniach fizykochemicznych).Odp.: 242,15 kJ/mol

7. Przeciętny człowiek w ciągu doby w wyniku przemian metabolicznych wytwarza około
10MJ ciepła. Zakładając, że ciało ludzkie o masie 65 kg jest układem izolowanym i ma

pojemność cieplną wody (1 cal/g

⋅

K), oszacuj, o ile wzrosłaby jego temperatura. Ciało

ludzkie jest w rzeczywistości układem otwartym, a strata ciepła odbywa się głównie przez
odparowanie wody. Jaka masa wody musi ulec odparowaniu każdej doby, aby utrzymać stałą
temperaturę ciała?

∆

H

o

par

(H

2

O)=2427 kJ/kg. Odp.:

∆

T = 36,8 K, m = 4,12 kg

8. Obliczyć ciepło, pracę,

∆

U i

∆

H w procesie ogrzania 2 moli CS

2

od 0 do 100

o

C pod stałym

ciśnieniem równym p

o

, zakładając niezależność objętości fazy ciekłej od temperatury i

traktując fazę gazową jako gaz doskonały. CS

2

wrze w temperaturze 319,4 K, zaś

∆

H

o

par

w

temperaturze wrzenia wynosi 26,77 kJ/mol. Przyjąć, że

2

(

, ) 75,65 /

o
p

C CS c

J mol K



 i

3

5

2

2

(

, ) 52,1 6,7 10

7,53 10

/

o
p

C CS g

T

T J mol K















 .

Odp.:65,72 kJ,

−

6,20 kJ, 59,52 kJ, 65,72 kJ.

9. Obliczyć standardowe ciepło spalania metanolu w temperaturze 600 K na podsta

wie

następujących danych:

1

tw, 298

, kJ mol

o

H







o

1

1

, J K

mol

p

C









O

2

–

36,17 + 0,84

⋅

10

–3

T – 4,31

⋅

10

5

T

–2

CH

3

OH

(c)

–238,7

81,6

CH

3

OH

(g)

20,42 + 103,7

⋅

10

–3

T – 24,64

⋅

10

6

T

CO

2

–393,51

44,15 + 9,04

⋅

10

–3

T – 8,54

⋅

10

5

T

–2

H

2

O

(g)

–241,8

30,13 + 11,30

⋅

10

–3

T

Metanol pod ciśnieniem standardowym wrze w temperaturze 338 K, a jego ciepło parowania
wynosi w tych warunkach 35,39 kJ mol

–1

. Odp.: 674,77 kJ/mol