Kilka zadań z termodynamiki chemicznej © W.Chrzanowski, 2008.

Zadanie 1.

90 g wody ciekłej o temperaturze +15

o

C zmieszano w zamkniętym, izolowanym cieplnie od otoczenia

naczyniu (o pomijalnej własnej pojemności cieplnej) z 72 g lodu o temperaturze –18

o

C. Określ stan końcowy

układu (temperaturę i skład) oraz oblicz zmianę entropii towarzyszącą temu procesowi. Pojemność cieplna
wody ciekłej C

pc

= 75,31 J/(K·mol), pojemność cieplna lodu C

ps

= 38,10 J/(K·mol). Ciepło topnienia wody

L

t

=6,00 kJ/mol (zakładamy niezależność tych ciepeł od temperatury).

Zadanie 2.

90 g wody ciekłej o temperaturze +15

o

C zmieszano w zamkniętym, izolowanym cieplnie od otoczenia

naczyniu (o pomijalnej własnej pojemności cieplnej) z 144 g lodu o temperaturze –36

o

C. Określ stan

końcowy układu (temperaturę i skład) oraz oblicz zmianę entropii towarzyszącą temu procesowi. Pojemność
cieplna wody ciekłej C

pc

= 75,31 J/(K·mol), pojemność cieplna lodu C

ps

= 38,10 J/(K·mol). Ciepło topnienia

wody L

t

=6,00 kJ/mol (zakładamy niezależność tych ciepeł od temperatury).

Zadanie 3.

Do zbiornika zawierającego 540 kg wody ciekłej o temperaturze +15

o

C wrzucono 120 kg węgla aktywnego

o temperaturze 300

o

C. Zakładając, że reaktor jest izolowany cieplnie od otoczenia i że ma pomijalną własną

pojemność cieplną, określ stan końcowy układu (temperaturę i skład) oraz oblicz zmianę entropii
towarzyszącą temu procesowi. Pojemność cieplna wody ciekłej C

pw

= 75,31 J/(K·mol), lodu

C

pl

= 38,10 J/(K·mol), węgla C

pc

= 8,517 J/(K·mol). Ciepło topnienia wody L

t

=6,00 kJ/mol (zakładamy

niezależność tych ciepeł od temperatury). Określ też stan końcowy układu (i zmianę entropii), gdyby
w zbiorniku znajdowała się taka sama ilość mieszaniny równowagowej woda-lód w proporcjach wagowych
50:50.

Zadanie 4.

Oblicz ∆u, ∆h, ∆s, ∆g i ∆f parowania 2 moli tetrachlorometanu (czterochlorku węgla) w temperaturze 100

o

C

pod ciśnieniem normalnym, jeżeli jego normalna temperatura wrzenia wynosi +76,8

o

C, a normalna ∆H

parowania wynosi. 29,82 kJ/mol, zaś ∆H parowania pod tym samym ciśnieniem (normalnym) w temperatu-
rze 25

o

C wynosi 32,43 kJ/mol.

Zadanie 5.

Za pomocą odpowiednich obliczeń sprawdź, czy węglan amonu jest termodynamicznie stabilny w temperatu-
rze 500

o

C pod ciśnieniem normalnym. Może się on rozkładać termicznie wg reakcji:

NH

4

HCO

3

(s) = NH

3

(g) + CO

2

(g) + H

2

O(g).

Dane:

∆

H

o

tw,298

[NH

4

HCO

3

(s)]= –849,4;

∆

H

o

tw,298

[NH

3

(g)]= –45,9;

∆

H

o

tw,298

[CO

2

(g)]= –393,5;

∆

H

o

tw,298

[H

2

O(g)]= –241,8;

S

o

298

[NH

4

HCO

3

(s)]= 120,9;

S

o

298

[NH

3

(g)]= 192,8;

S

o

298

[CO

2

(g)]= 213,8;

S

o

298

[H

2

O(g)]= 188,8; C

p

[NH

4

HCO

3

(s)]= 164,0; C

p

[NH

3

(g)]= 35,1; C

p

[CO

2

(g)]= 37,1; C

p

[H

2

O(g)]= 33,6.

∆

H

o

tw,298

podane w kJ/mol, S

o

298

i C

p

w J/(mol·K). Przyjmij, że ciśnienie normalne równa się standardowemu

(10

5

Pa), zaś pojemności cieplne nie zależą od temperatury.

Zadanie 6.

Oblicz ∆u, ∆h, ∆s, ∆g i ∆f skraplania w temperaturze 100

o

C 1,5 mola cieczy spełniającej regułę Troutona

pod ciśnieniem normalnym, jeżeli jej normalna temperatura wrzenia wynosi +80,1

o

C. C

p,c

= 136,0J/(mol·K);

C

p,g

= 82,4J/(mol·K). Załóż, że wartość, o której mówi ta reguła wynosi 87,0.