Agnieszka Roztoczyńska, Paweł Lipkowski zima 2013/2014

Strona 1

ZADANIA Z PODSTAW CHEMII FIZYCZNEJ

(do wykładu prof. dr hab. Sz. Roszaka)

LISTA nr 1 (2013/2014 zima)

RÓWNANIA STANU GAZÓW.

SPOSOBY OBLICZANIA PRACY OBJĘTOŚCIOWEJ.

Zapoznać 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 „Obliczeń Fizykochemicznych” JDP (notacja dotyczy wydania z 1997 roku)

1. W temperaturze 500

o

C i pod ciśnieniem 92.1 kPa gęstość par siarki wynosi 3.71 g∙dm

-3

. Jaki

jest wzór cząsteczkowy siarki w tych warunkach?

Odp. :N

S

=8.

2. Gęstość powietrza w temperaturze 27

o

C 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(O

2

)=31,9988 g/mol, M(N

2

)=28,0136 g/mol)

Odp.: x(N

2

) = 0.6391, p(N

2

) = 62.1 kPa, , p(O

2

) = 35.0 kPa.

3. Wiedząc, że gęstość powietrza w temperaturze -85

o

C, 0

o

C i 100

o

C 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

o

C.

4. 17 g amoniaku o temperaturze 473 K zajmuje objętość 0.196 dm

3

. Obliczyć ciśnienie panujące

w układzie traktując amoniak jako: a) gaz doskonały, b) gaz sztywnych kul, c) gaz van der Waalsa
(a = 0.422 J∙m

3

∙mol

-2

, b = 51.4∙10

-6

m

3

∙mol

-1

). Porównać 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 dm

3

może wywrzeć ciśnienie 20 atm w temp. 25

o

C?. Jakie ciśnienie będzie ona wywierać

zachowując się jak gaz van der Waalsa (a = 0.425 J∙m

3

∙mol

-2

, b = 51.05∙10

-6

m

3

∙mol

-1

).

Odp.: a) nie, 24.5 atm, b) 21.6 atm.

6. Oblicz ciśnienie jakie wywiera 1.0 mol C

2

H

6

, przyjmując, że zachowuje się on jak

a) gaz doskonały, b) van der Waalsa w następujących warunkach: 1) 273.15 K i 22.414 dm

3

,

2) 1000 K i 100 cm

3

(a = 0.556 J∙m

3

∙mol

-2

, b = 63.8∙10

-6

m

3

∙mol

-1

). Wyraź w procentach odstępstwa od

wartości oczekiwanych dla gazu doskonałego w obu przypadkach.

Odp.: a) 1.01319∙10

5

Pa i 8.314∙10

7

Pa, b) 1.00502∙10

5

Pa i 1.741∙10

8

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∙m

3

∙mol

-2

, b = 111.0∙10

-6

m

3

∙mol

-1

.

8. Korzystając ze współczynników van der Waalsa dla chloru (a = 0.658 J∙m

3

∙mol

-2

,

b = 56.2∙10

-6

m

3

∙mol

-1

), oblicz przybliżone wartości temperatury Boyle’a i promień cząsteczki Cl

2

,

zakładając, że ma ona kształt sferyczny.

Odp.: T

B

= 1408.2 K, r = 0.177 nm

9. Aby określić dokładną wartość stałej gazowej R, student ogrzał zbiornik o objętości

20.000 dm

3

wypełniony 0.25132 g gazowego He do temperatury 500

o

C. Zmierzone ciśnienie

Agnieszka Roztoczyńska, Paweł Lipkowski zima 2013/2014

Strona 2

wynosiło 206.402 cm słupa wody w temp. 25

o

C. Oblicz wartość R na podstawie tych danych.

Gęstość wody w temp. 25

o

C wynosi 0.99707 g∙cm

-3

.

Odp.: 8.3147 J∙K

-1

∙mol

-1

10. Do zbiornika z rozcieńczonym kwasem solnym dodano 5 g cynku. Obliczyć pracę wykonaną

przez reagujący układ. Założyć, że reakcja zachodzi w warunkach standardowych.

Odp.: -189 J.

11. Obliczyć pracę jaką wykonają dwa mole wodoru rozprężając się izotermicznie w temperaturze

305 K od objętości 15 dm

3

do objętości 50 dm

3

a) przesuwając tłok obciążony stałym ciśnieniem

równym 10

5

Pa, b) w sposób kwazistatyczny (przyjąć, że wodór spełnia równanie gazu doskonałego).

Odp.: a) -3500 J, b) -6106 J.

12. 0.8 mola SO

2

o temperaturze 300 K zajmuje objętość 10 dm

3

. Gaz ten rozpręża się

izotermicznie, kwazistatycznie aż do osiągnięcia objętości 20 dm

3

. Obliczyć pracę, jaką wykonał gaz

przyjmując, że a) spełnia równanie van der Waalsa (a = 0.680 J∙m

3

∙mol

-2

, b = 56.4∙10

-6

m

3

∙mol

-1

),

b) równanie sztywnych kul (b = 56.4∙10

-6

m

3

∙mol

-1

), c) równanie gazu doskonałego.

Odp.: a) -1365,83 J, b) -1387,59 J, c) -1383.08 J.