2003 2004 1

Egzamin z chemii fizycznej, semestr zimowy 2003/04.

(gazy, termodynamika, równowagi fazowe, równowaga chemiczna, roztwory)

Egzaminator: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

Imię i nazwisko: .......................................................................... Numer indeksu:.............................. Data: 07/02/2004
Załączam dodatkowych kartek: ............................

Instrukcja:

• Na stole możesz trzymać wyłącznie 1 lub 2 pióra (długopisy) piszące w kolorze czarnym lub niebieskim oraz do dwóch

dodatkowych kartek A4. Kalkulatory i tablice są zbędne. Wszelkie potrzebne dane są uwzględnione w tekstach pytań, a
obliczenia możliwe do wykonania na palcach. Zakazane jest używanie płynów korekcyjnych i innych podobnych środ-
ków.

• Zwracam uwagę, że korzystanie i udzielanie wszelkich form niedozwolonej pomocy jest poważnym naruszeniem regula-

minu studiów i będzie karane.

• Podpisz czytelnie niniejszy formularz (obie części) oraz wszystkie dodatkowe kartki, jakie zdecydujesz się oddać do

sprawdzenia. Jeżeli decydujesz się oddać dodatkowe kartki – zaznacz ich liczbę pod nazwiskiem (nie zgłoszone tam – nie
będą sprawdzane). Zasadniczo wszystkie odpowiedzi powinny być na formularzu – jeżeli jakaś jest na dodatkowej kartce
– zaznacz to wyraźnie w miejscu na odpowiedź na formularzu (za odszukanie na kartkach nie anonsowanych w ten sposób
odpowiedzi potrąca się ½ punkta).

• Jeżeli pytanie dotyczy zaznaczenia, należy wyraźnie zaznaczyć swój wybór ujmując wskazaną odpowiedź w kółko. Po-

prawnych może być jedno, dwa lub więcej stwierdzeń. W pytaniach wymagających opisu proszę o zwięzłość, a także o
wyraźny charakter pisma. Przy wskazaniach prawdziwości stwierdzeń pisz wyraźnie PRAWDA lub FAŁSZ, całym sło-
wem i najlepiej dużymi literami. Same litery P i F nie będą uwzględniane.

• Przy każdym zadaniu (oraz w tabelce pod nagłówkiem) wskazana jest liczba możliwych do uzyskania punktów (ewentu-

alnie szczegóły punktacji).

Powodzenia!

PYTANIA (zestaw A):

1. Przy stwierdzeniach, odnoszących się do przedstawionego niżej schematu przemian odwracalnych 1 mola gazu doskona-

łego, wpisz które są prawdziwe, a które fałszywe:

3½ pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

∆F

1-2-3

<∆F

1-4-3

…….....................

∆G

1-2-3

=∆G

3-2-1

…….....................

1-2-3

< q

1-4-3

…….....................

∆H

2-3

…….....................

∆H

1-4-3

=∆H

1-2-3

…….....................

1-2-3

1-4-3

.............................

2. Temperatura krytyczna cyjanowodoru (HCN) wynosi 183,45

C. Oznacza to, że:

wskaż wszystkie poprawne stwierdzenia; 1 pkt możliwy do uzyskania; punkty dodatnie za dobrą odpowiedź, ujemne za złą,
za brak odpowiedzi 0 pkt.

powyżej tej temperatury cząsteczka HCN rozpada się na pierwiastki,

powyżej tej temperatury cyjanowodór nie da się skroplić pod żadnym ciśnieniem,

powyżej tej temperatury cyjanowodór zachowuje się jak gaz doskonały,

d) powyżej tej temperatury cyjanowodór znajduje się w stanie nadkrytycznym,
e) żadne z powyższych stwierdzeń nie jest prawdziwe.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

/3½

/1 /2 /2 /2 /4 /1½

/2½ /1 /2½ /2 /1½

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

/1½

/1½ /2 /1½

/2½ /2 /2 /2 /1 /2 /2 /1

25 26 27 28 29 30 Σ Ocena:

Data:

Podpis

/2 /2½ /2 /3 /2 /2 /60

Egz_1A_34.DOC

3. Zaznacz, które wielkości termodynamiczne są funkcjami ekstensywnymi, a które intensywnymi;

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) standardowa molowa entalpia swobodna tworzenia, ∆G

tw298

Intensywna

Ekstensywna

b) entalpia reakcji, ∆h

I E

c) molowa pojemność cieplna przy stałej objętości, C

I E

d) gęstość gazu, ρ

I E

4. Wynik

doświadczenia Joule’a sugeruje, że (dU/dV)

zwane też ciśnieniem wewnętrznym gazu π

jest równe zero. Czy

stwierdzenie to? (wskaż wszystkie poprawne)

2 pkt możliwe do uzyskania, ujemne punkty za złe odpowiedzi, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) jest prawdziwe tylko dla gazów doskonałych, a dla rzeczywistych jedynie granicznie,

b) jest zawsze prawdziwe,
c) jeśli jest prawdziwe dla gazów doskonałych, to dla tych gazów (dU/dT)

, a w konsekwencji C

–C

d) żadne z powyższych stwierdzeń nie jest prawdziwe.

5. Na podanym diagramie fazowym zaznaczone są cztery punkty: A, B, C i D. Dla każdego z nich podaj liczbę stopni swo-

body:

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

.........................

6. Dla przedstawionego poniżej cyklu przemian gazu prawdziwe są następujące stwierdzenia: 1) przy przejściu ze stanu A

do stanu C energia wewnętrzna układu wzrasta o 8J; 2) gdy gaz przechodzi ze stanu A do stanu
B drogą ADB, do układu dopływa 16J ciepła, zaś praca rozprężania wynosi 6J; 3) przy przej-
ściu ACB praca rozprężania wynosi 2J; 4) przy przejściu ze stanu B do A drogą bezpośrednią
(wzdłuż krzywej), praca sprężania wynosi 4J. Oblicz:
a) q

(wzdłuż krzywej), b) q

, c) q

, d) q

ACB

4 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych

7. Zaznacz, która z postaci równania Clausiusa-Clapeyrona jest błędna:













−

∆

)

(

)

(

∆

)

(

∆

za poprawne wskazanie 1 pkt, za błędne –1 punkt, za brak odpowiedzi 0. Do zdobycia 1½ punkta.

Błąd polega na: ......................................................................................................................................................................

Egz_1A_34.DOC

8. Przy

poniższych stwierdzeniach wpisz które są prawdziwe, a które fałszywe:

2½ pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) dq/T, gdzie dq jest ciepłem wymienionym przez układ z otoczeniem w temperaturze T jest zawsze różniczką zupełną

…….....................

b) w stanie równowagi termodynamicznej entropia układu izolowanego osiąga wartość maksymalną …….....................
c) gdy różnica temperatur, pomiędzy którymi pracuje maszyna cieplna, T

–T

, (T

) rośnie, to sprawność tej maszyny ro-

śnie

…….....................

d) entropia ciała czystego w trwałej formie termodynamicznej może maleć ze wzrostem T …….....................

e) przyrost entropii w każdym procesie adiabatycznym jest równy zeru

…….....................

9. Na

poniższym wykresie pokazano kilka rozkładów Maxwella (oznaczonych A, B, C i D) szybkości cząsteczek gazów.

Zakładając, że A, B, C i D oznaczają rozkłady dla różnych gazów w tej
samej temperaturze, zapisz sekwencję mas molowych tych gazów (masy
oddzielone znakami > lub <):

................................................................................................

Jeżeli wszystkie rozkłady przedstawiają szybkości cząsteczek tego sa-
mego gazu, lecz w temperaturach A, B, C i D, zapisz sekwencję tempe-
ratur:

................................................................................................

1 pkt możliwy do uzyskania; nie ma punktów ujemnych

10. Równanie stanu gazu rzeczywistego van der Waalsa ma postać:

Podaj wymiary (jednostki) stałych b i a wg SI: [b]=..............................

[a]=..................................

Równanie to jest „skorygowanym” równaniem stanu gazu doskonałego. Jakie przesłanki przemawiają za wprowadzeniem
poprawki b? .......................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................

Jakie przesłanki przemawiają za wprowadzeniem poprawki a i dlaczego związana jest ona z kwadratem objętości molowej?
............................................................................................................................................................................................................

2½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych

11. Stała równowagi K

reakcji A(g) + B(g) = AB(g) w pewnej temperaturze wynosi 4. Zmieszano równomolowe ilości

wszystkich 3 biorących w niej udział substancji pod ciśnieniem normalnym i pozwolono na ustalenie się stanu równowagi
Reakcja jest egzotermiczna. Przy poniższych stwierdzeniach zaznacz, które są prawdziwe, a które fałszywe:

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) po podniesieniu temperatury w warunkach izobarycznych ułamek molowy A zmalał

.....................................

b) po podniesieniu ciśnienia w warunkach izotermicznych liczba moli substancji B zmalała .....................................

c) po dodaniu 1 mola A w warunkach izotermiczno–izobarycznych liczba moli substancji B zmalała …….......................

d) po dodaniu gazu obojętnego w ilości dwukrotnej liczby moli w stosunku do pierwotnie wprowadzonej liczby moli wszyst-

kich trzech składników łącznie, w warunkach izochoryczno–izotermicznych, liczba moli substancji B nie zmieniła się

.....................................

−

Egz_1A_34.DOC

12. Dla czystego bizmutu (i wody) krzywa topnienia na ich diagramach fazowych ma nachylenie ujemne, tzn. kieruje się w

lewo w górę od punktu potrójnego w układzie współrzędnych P=f(T) (odwrotnie niż substancja, której diagram fazowy –
poprawny – pokazano na rysunku do problemu 5). Dowiedź, że jest to równoznaczne z tym, iż stały metaliczny Bi pływa
po powierzchni stopionego Bi.

1½ pkt możliwe do uzyskania, nie ma punktów ujemnych.

13. Wskaż, który spośród poniższych wykresów nie jest poprawnym diagramem fazowym dla układu dwuskładnikowego.

Odpowiedź uzasadnij. 1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych

14. W trzech zdaniach wyjaśnij na czym polegają transpiracyjne metody pomiaru prężności pary.
1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych

Imię i nazwisko..........................................................................

Egz_1A_34.DOC

15. Przy poniższych stwierdzeniach zaznacz, które są prawdziwe, a które fałszywe:

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) W morzu zanurzono na głębokość 250 m pustą rurę zamkniętą od dołu wytrzymałą błoną półprzepuszczalną. Stwierdzo-

no, że we wnętrzu rury zaczęła gromadzić się woda słodka

..............................

b) Zlewkę zawierającą wodę z Bałtyku wstawiono do naczynia zawierającego mieszaninę eutektyczną lodu i stałego CaCl

Zawartość zlewki ciągle mieszano. Zaobserwowano, że jako pierwsze zaczęły się w niej wydzielać stałe kryształki soli

…….....................

c) Zmiana ciśnienia wpływa słabiej na T

wrzenia

substancji czystej niż jej T

topnienia

…….....................

d) Przez roztwór doskonały substancji A i B przepuszczano w stałej temperaturze T strumień gazu obojętnego. W tej tempe-

raturze P

= 0,8P

, zaś P

= 0,6P

. W drugim naczyniu chłodzono gaz w stopniu pozwalającym na całkowite wymroże-

nie obu substancji. Gdy zawartości drugiego naczynia pozwolono stopnieć, otrzymana ciecz była bogatsza w składnik B

..............................

16. Na Saharze – około południa – do baku samochodu terenowego zatankowano biopaliwo (benzynę z etanolem) Made in

Poland, a następnego dnia przed świtem (noce na Saharze są bardzo chłodne) silnik nie chciał zapalić. Stwierdzono, że na
dnie baku zgromadziła się woda. Czy to możliwe i dlaczego ? Wyjaśnij.

1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

17. Naszkicuj krzywą stygnięcia mieszaniny substancji A i B wzdłuż izoplety a–b–c–d–e na pokazanym diagramie fazowym.

Objaśnij każde jej załamanie, przystanek temperaturowy oraz istniejące lub współistniejące fazy i ich rodzaj.

2½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

Egz_1A_34.DOC

18. Wyprowadź zależność objętości molowej roztworu dwóch cieczy mieszających się ze sobą w dowolnym stosunku od

cząstkowych molowych objętości i ułamków molowych obu składników.

2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

19. Rozpuszczalność kwasu malonowego, CH

(COOH)

, w wodzie zależy od temperatury w sposób pokazany na rysunku.

W jakiej temperaturze tę substancję stałą należy traktować jako rozpuszczalnik przy
stężeniu 25 moli/kg H

O. .................................... Ile gramów kwasu wydzieli się

z roztworu nasyconego zawierającego 30 moli/kg H

O, jeżeli zawiera on 200 g wody

i ostudzimy go do 20

C? .................................. Temperaturę można podać z dokład-

nością do 5

C, masę kwasu – do 10 g. 2 pkt do uzyskania; nie ma punktów ujem-

nych.

20. W sztywnym, izolowanym cieplnie od otoczenia zbiorniku znajduje się ruchoma przegroda dzielącą go na 2 równe objęto-

ści. Po jednej stronie przegrody znajduje się gaz A, po drugiej B – oba w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury
(niewysokie). Przegrodę usunięto i pozwolono na zmieszanie się obu gazów. Zaznacz, które stwierdzenia są fałszywe, a
które prawdziwe.

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) Gaz A to argon, a gaz B – też argon. Po otwarciu przegrody entropia zmalała

…….....................

b) Gaz A to neon, a gaz B – to krypton. Po otwarciu przegrody ciśnienie cząstkowe neonu nie zmieniło się ….....................

c) Gaz A to wodór, a gaz B – to deuter. Po otwarciu przegrody entropia wzrosła

…….....................

d) Gaz A to wodór, a gaz B – to tlen. Po otwarciu przegrody temperatura wzrosła

…….....................

21. W temperaturze 676,5K ∆G

reakcji A + B = 2C wynosi 5 kJ/mol. Zmieszano po 1 molu substancji A, B i C. Udowodnij,

że reakcja ta pobiegnie w lewo w tej temperaturze.

1 pkt możliwy do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

Egz_1A_34.DOC

22. Zaznacz, które stwierdzenia są fałszywe, a które prawdziwe.

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) Gdy

aktywność składnika i w mieszanie, a

→1, to µ

→+∞ ……......................

b) aktywność metanolu w 0,01M roztworze wodnym jest większa niż w 0,01M roztworze w benzenie …..........................

c) przy

T=const, utworzeniu 1 mola roztworu doskonałego z 0,4 mola A i 0,6 mola towarzyszy ∆G

<0 ……......................

potencjał chemiczny składnika zależy od jego stężenia w roztworze tylko w przypadku roztworów doskonałych

…….......................

23. 5 moli cieczy A i 4 mole cieczy B utworzyły po zmieszaniu roztwór doskonały. Ile wynoszą współczynniki aktywności

każdego ze składników w tym roztworze? Ile wynoszą aktywności każdego ze składników w tym roztworze?

2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

24. Do oznaczania masy molowej substancji rozpuszczonej X najlepiej jako rozpuszczalnik (X rozpuszcza się w każdym z

nich) nadaje się (zaznacz poprawną odpowiedź):

a) kwas octowy (K

=3,57 K·mol

–1

·kg);

b) p–dichlorobenzen (K

=7,11 K·mol

–1

·kg);

c) woda (K

=1,86 K·mol

–1

·kg); d)

benzen

=5,07 K·mol

–1

·kg);

e) wszystko jedno, bo X i tak rozpuszcza się w każdym z nich; f) to zależy od rozpuszczalności X.

1 pkt możliwy do uzyskania za dobrą odpowiedź, –1 pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

25. Zaznacz, które stwierdzenia są fałszywe, a które prawdziwe.

2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.

a) Możliwa jest produkcja substancji powstających w reakcji, której ∆G

…….....................

b) W temperaturze 75

C pod ciśnieniem normalnym entalpia swobodna pary wodnej jest wyższa od entalpii swobodnej wody

ciekłej

…….....................

c) Do 3 ewakuowanych kolb wprowadzono 0,01 M roztwór wodny A – sacharozy, B – KCl, C – BaCl

, po czym je za-

mknięto i umieszczono w jednym termostacie. Największa prężność pary wodnej była w kolbie A …….....................

d) W stanie równowagi (P,T=const) różnica ∆G

produktów i substratów reakcji jest zawsze równa zeru…….....................

26. Dla każdego z punktów (k, l, m, n) na trójkącie Gibbsa przedstawiającym układ trójskładnikowy określ skład fazy (z do-

kładnością do

±2% molowych) i nazwij ją (dla punktu m są dwie fazy, skład każdej z nich zaznacz na trójkącie).

k) faza: ............................................................................... skład: A.......%, B.......%, C.......%;

l) faza: ............................................................................... skład: A.......%, B.......%, C.......%;

m) faza 1: ............................................................................. skład: A.......%, B.......%, C.......%

faza 2: .............................................................................. skład: A.......%, B.......%, C.......%

n) faza: ................................................................................. skład: A.......%, B.......%, C.......%

2½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

27. Co to są fazy metastabilne? Dlaczego istnieją? Podaj przykłady takich faz, z którymi możemy się zetknąć na co dzień w

praktyce laboratoryjnej (i nie tylko)? 2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

Egz_1A_34.DOC

28. Zinterpretuj diagram fazowy pokazany na rysunku (wpisz objaśnienia nad strzałkami):

3 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

29. Wyjaśnij dlaczego podczas adiabatycznego rozprężania gazu w zbiorniku jego temperatura zawsze maleje, zaś podczas

adiabatycznego rozprężania w procesie przetłaczania gazu przez dławik (przegrodę porowatą) może prowadzić do ogrza-
nia gazu. (Jaka jest różnica pomiędzy prostym adiabatycznym rozprężaniem, a rozprężaniem adiabatycznym w doświad-
czeniu Joule’a-Thomsona?) (1 pkt) ...........................................................................................................................................

Kiedy współczynnik Joule’a-Thomsona (dT/dP)

jest większy, kiedy mniejszy, kiedy równy zeru? (½pkt) ................................

Ile wynosi on dla gazu doskonałego? ................................ (½pkt) Łącznie 2 pkt do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

30. W temperaturze T, P

=2,0·10

Pa, P

=2,5·10

Pa, k

HxA

=0,8·10

Pa, k

HxB

=1,2·10

Pa.

Na przedstawionym układzie współrzędnych nanieś i opisz:
a) punkty reprezentujące P

, P

, k

HxA

i k

HxB

;

b) linie prężności cząstkowej A i B, gdyby spełniały prawo Raoulta w całym zakresie
stężeń; [

]

c) linie prężności cząstkowej A i B, w zakresie spełniania prawa Henry’ego (do X skład-
nika <0,2);

[

]

d) przybliżony rzeczywisty przebieg prężności cząstkowej A i B.

[

]

2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
brzuch i miednica 2003 2004 23 01
KLUCZ 2003-2004
Giełda, Kolokwium III dodatkowe Lek 2003, Kolokwium III dodatkowe Lek 2003/2004
Laboratorium PE 2003-2004 Kalisz, Studia
2003 2004 RYNKI KAPITAŁOWE PREZENTACJA
2003 2004 RYNKI KAPITAŁOWE PREZENTACJA
lekarski-cwiczenie-1-15, Zakład Biologii Ogólnej
lekarski-cwiczenie-1-15, Zakład Biologii Ogólnej
Anatomia gielda Egzamin I 2003-2004, anatomia, Anatomia(1)
2003-2004 wojewódzki klucz, SCHEMAT ODPOWIEDZI DO ZADAŃ OTWARTYCH
2003-2004 wojewódzki, Zadanie 1
KARTA ODPOWIEDZI 2003 - 2004, Klasa VI(1)
Anatomia gielda Egzamin I 2003-2004(1), medycyna, IV
ACETANILID, technologia chemiczna, chemia organiczna 2003,2004
Szkolne Zawody Matematyczne 2003-2004, Klasa IV(1)
NITROANILINY, technologia chemiczna, chemia organiczna 2003,2004
HONDA PILOT 2003 2004
HUMMER H2 2003 2004
2003-2004 szkolny podlasie, KOD UCZNIA

więcej podobnych podstron