e notatka chemia fizyczna 1

Uczelnia, wydział, kierunek:

Politechnika Wrocławska; Wydział Chemiczny; biotechnologia

Kurs, semestr, prowadzący:

Chemia fizyczna 1 – ćwiczenia; semestr 07z; dr hab. inż. Grażyna Wójcik

Notatka zawiera:

szkice rozwiązań zadań z ćwiczeń

Podziękowania za dostrzeżone błędy i zgłoszone uwagi dla:

Magdy Ziółkowskiej.

Listy zadań na stronie:

http://www.ch.pwr.wroc.pl/studport/details.html?id=189&bid=1&idx=1

Uwaga:

Notatkę można używać tylko w celach niekomercyjnych. Notatka może zawierać błędy

lub być niekompletna. Każdy korzysta z niej na własną odpowiedzialność.

Więcej notatek na stronie:

http://www.sny.one.pl/

e-notatka chemia
fizyczna 1.pdf

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

Mateusz Jędrzejewski (sny@sny.one.pl)

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/13 23:55

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 1 – równania stanu gazów, obliczenia pracy

Wprowadzenie

Uniwersalna stała gazowa

8,314

mol·K

Objętość (

) oraz objętość molowa ()

gdzie

to liczba moli substancji

Przemianę odwracalną można nazwać inaczej kwazistatyczną, równowagową.

Zadanie 1.

Dane:

17 g, 473 K, 0,196 dm

51,4 · 10

mol

405,4 K, $

11,30 MPa,

Szukane:

$ (ciśnienie).

(

mol

(

)

-.
-.

1,0 mol

dla gazu doskonałego:

$ + $

*/0

-,2·3,-4·4.

2,-5!·-2

2,01 · 10

dla gazu złożonego ze sztywnych kul:

*/0

1 *8

-,2·3,-4·4.

2,-5!·-2

-,2·9-,4·-2

2,72 · 10

dla gazu van der Waalsa:

;$ <

? @ A B + $

*/0

1 *8

gdzie

D.
!4

@/0

D.
!4

@3,-4·429,4B

--,2·-2

0,424

3,-4·429,4
3·--,2·-2

3,728 · 10

więc

*/0

1 *8

-,2·3,-4·4.

2,-5!·-2

-,2·,.D3·-2

@-,2B

·2,4D4

@2,-5!·-2

1,37 · 10

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/13 23:55

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

const.,

6 · 10

3 ·

N A1,1 · 10

Szukane:

(ciśnienie początkowe),

(ciśnienie końcowe).

obj.

A Q $

zewn.

A Q

A ln

obj.

ln 3 ·

obj.

ln 3 A

A1,1 · 10

ln 3

1,00 · 10

· 6 · 10

5,0 · 10

+ $

3 ·

5,0 · 10

1,67 · 10

Zadanie 3.

Dane:

1 mol, const., $

10 atm, $

1 atm, N A1,1 · 10

Szukane:

(ciśnienie początkowe),

(ciśnienie końcowe).

Atmosfera fizyczna

1 atm 1,01325 · 10

Warunki standardowe

$ 1,000 · 10

298,15 K

przemiana nieodwracalna (nierównowagowa)
$

zewn.

obj.

A Q $

zewn.

Q U

B A$

X A1 · 1 · 8,314 · 298 · W

1 A

10X A2230 J

przemiana odwracalna (równowagowa)

zewn.

gazu

obj.

A Q $

zewn.

A Q

A ln

A1 · 8,314 · 298 · ln

1 A5705 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/13 23:55

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 4.

Dane:

1 mol,

300 K,

8,20 dm

200 K,

Szukane:

obj.

(praca objętościowa).

Dla cząsteczek dwuatomowych gazu pojemność cieplna molowa przy stałej objętości wynosi
[

, pojemność cieplna molowa przy stałym ciśnieniu wynosi [

]

, bo [

A [

Równanie Poissona (dla przemiany odwracalnej, adiabatycznej gazu doskonałego)

const.

gdzie

]

1,40

c $

+ $

^ -

· d

e6V

8,20 · 10

· d

300

200

f,g

2,26 · 10

więc

e6V

V6e

obj.

A Q $ U

A Q

^ -

· U

^ -

· h

- ^

1 A _i

^ -

1 A _ · @

- ^

B A

1 A _ · j

- ^

1 A _ · W

A 1X A

1 A _ · @

B A

1 · 8,314

1 A 1,40 · @200 A 300B

A2078,5 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/13 23:55

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 5.

Dane:

5 g,

Szukane:

obj.

(praca objętościowa).

Zn < 2HCl ZnCl

< H

(

65,4 0,0765

Wydzielający się wodór rozpręża się wykonując pracę (

0).

obj.

A Q $

zewn.

Q U

zewn.

B A$

zewn.

A A0,0765 · 8,314 · 298 A189,5 J

Założono, że gaz jest doskonały.

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/27 16:20

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 2 – I zasada termodynamiki

Wprowadzenie

Pojemność cieplna gazów doskonałych

jednoatomowy (np. He)

[

dwuatomowych (np. O

)

[

wieloatomowych cząsteczek liniowych (np. CO

)

[

wieloatomowych cząsteczek nieliniowych (np. CH

)

[

Zależność między pojemnością cieplną dla przemiany izochorycznej oraz dla przemiany izobarycznej

[

Zadanie 1.

Dane:

q 10 cm

2 mole

273 K, $

5 atm., $

zewn.

1 atm., ∆s 10 cm,

Szukane:

t, N, ∆u, ∆v.

Przemiana adiabatyczne więc:

t 0

Zmiana objętości:

∆ q · ∆s 10 · 10

· 0,1 10

Praca objętościowa:

obj.

A Q $

zewn.

Q U

zewn.

B A$

zewn.

· ∆

A1 · 101325 · 10

A10,13 J

Zmiana energii wewnętrznej:

∆u N < t N < 0 A10,13 J

Cząsteczka CO

składa się z trzech atomów i jest liniowa więc:

[

, [

]

∆u Q · [

· [

Q U

· [

· @

B · [

· ∆

∆

∆u

· [

A10,13

2 ·

· 8,314

A0,244 K

< ∆ 273 A 0,244 272,76 K

Zmiana entalpii:

∆v Q · [

· [

Q U

· [

· @

B · [

· ∆

2 ·

· 8,314 · @A0,244B A14,2 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/27 16:20

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

1 mol,

25°C,

2 dm

3 dm

Szukane:

t, N, ∆u, ∆v.

Przemiana adiabatyczne więc:

t 0

Zmiana energii wewnętrznej:

∆u N < t x ∆u N

Dla gazu doskonałego jednoatomowego:

[

, [

9
D

W sposób odwracalny

Równanie Poissona (dla przemiany odwracalnej, adiabatycznej gazu doskonałego)

^ -

gdzie

1,667

^ -

@25 < 273B · W

-,!!. -

227K

∆u Q · [

· [

Q U

2 · @

B 1 ·

2 · 8,314 · @227 A 298B

A885 J

∆v Q · [

· [

Q U

2 · @

B 1 ·

2 · 8,314 · @227 A 298B

A1475 J

W sposób nieodwracalny,

zewn.

4,5 bar.

zewn.

4,5 bar 4,5 · 10

∆u N x Q · [

A Q $

zewn.

x · [

· @

B A$

zewn.

· [

B <

4,5 · 10

1 ·

· 8,314

@3 · 10

A 2 · 10

B < 298 262 K

∆u Q · [

· [

Q U

2 · @

B 1 ·

2 · 8,314 · @262 A 298B

A449 J

∆v Q · [

· [

Q U

2 · @

B 1 ·

2 · 8,314 · @262 A 298B

A748 J

obj.

A Q $

zewn.

Q U

zewn.

A4,5 · 10

· @3 · 10

A 2 · 10

B A450 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/27 16:20

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 3.

Dane:

1 mol, 0,2 dm

298 K,

475 K, C 0,228, 4,28 · 10

Szukane:

t, N, ∆u, ∆v.

Dla gazu wieloatomowego:

[

Objętość jest stała:

const. x

x N

obj.

Zmiana energii wewnętrznej:

∆u N < t x ∆u t

∆u Q · [

· [

Q U

· 3 · @

B 1 · 3 · 8,314 · @475 A 298B

4415 J

dla gazu van der Waalsa:

;$ <

? @ A B x $

*/0

1 *8

A A

1 · 8,314 · 298

0,2 · 10

A 1 · 4,28 · 10

@1B

· 0,228

@0,2 · 10

10,06 · 10

A A

1 · 8,314 · 475

0,2 · 10

A 1 · 4,28 · 10

@1B

· 0,228

@0,2 · 10

19,42 · 10

∆v ∆u < ∆@$B ∆u < @$

A $

B ∆u < @$

A $

4415 < 0,2 · 10

· @19,42 · 10

A 10,06 · 10

B 6287 J

Zadanie 4.

Dane:

2 mol, 300 K, $

10 MPa, $

7 MPa, 2,37 · 10

Szukane:

t, N, ∆u, ∆v.

const. x ∆u 0

Zmiana energii wewnętrznej:

∆u N < t x t AN

dla gazu złożonego ze sztywnych kul:

*/0

1 *8

*/0

2 · 8,314 · 300

10 · 10

< 2 · 2,37 · 10

5,46 · 10

2 · 8,314 · 300

7 · 10

< 2 · 2,37 · 10

7,60 · 10

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/10/27 16:20

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

< c

< x

obj.

A Q $ U

A Q

A U

A ln

A A ln

A2 · 8,314 · 300 · ln

7 A1779 J

t AN 1779 J

∆v ∆u < ∆@$B 0 < @$

A $

B 7 · 10

· 7,60 · 10

A 10 · 10

· 5,46 · 10

A140 J

Zadanie 5.

Dane:

[

14,32 < 74,81 · 10

A 17,43 · 10

2 mol,

25°C,

200°C,

Szukane:

t, N, ∆u, ∆v.

Założenie:

[

A [

Założenie:

$ const.

∆v Q · [

Q@14,32 < 74,81 · 10

A 17,43 · 10

B U

z14,32 · @

B <

· 74,81 · 10

· @

B A

· 17,43 · 10

· @

2 · z14,32 · @473 A 298B <

· 74,81 · 10

· @473

A 298

B A

· 17,43 · 10

· @473

A 298

B{ 2 · |2506 < 5047 A 461} 14184 J

∆u Q · [

Q · @[

A B U

Q @14,32 A 8,314 < 74,81 · 10

A 17,43 · 10

B U

2 · |1051 < 5047 A 461} 11274 J

N ∆u A t

11274 A 14184 A2910 J

Założenie:

const.

N 0 x ∆u t

∆v ~ · [

14184 J

∆u ~ · [

11274 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/24 16:43

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 3 – prawo Hessa, prawo Kirchhoffa

Zadanie 1.

Dane:

< CO < H

O CH

CHCOOH, 298 K,

Szukane:

∆v

Entalpia tworzenia

Dane:

∆v

226,75

mol

, ∆v

A110,5

mol

∆v

A285,9

mol

∆v

A382,7

mol

∆v

G#.

A ∆v

∆v

A ∆v

A382,7 A 226,75 < 110,5 < 285,9 A213,1

mol

Entalpia spalania

Dane:

∆v

G C

A1300,6

mol

, ∆v

G CO

A283,2

mol

∆v

G H

mol

∆v

G kw

A1371,2

mol

∆v

G 8.

A ∆v

G G#.

∆v

G C

< ∆v

G CO

< ∆v

G H

A ∆v

G kw

A1300,6 A 283,2 < 0 A @A1371,2B 212,6

mol

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/24 16:43

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

(1)

D@B

< 6HCl

@>B

3MgCl

D@>B

< 2AsH

∆v

A900,8

mol

(2)

D@B

HCl

∆v

A92,13

mol

(3)

< Cl

D@B

MgCl

D@B

∆v

A641,8

mol

(4)

D@B

AsH

∆v

66,4

mol

(5)

HCl

@>B

∆v

A73,79

mol

(6)

MgCl

D@B

MgCl

D@>B

∆v

A151,9

mol

W reakcjach (5) i (6) entalpie standardowe są ujemne bo ciepło wydziela się (zgodnie

z przyjętą konwencją).

(7)

MgAs

4@B

D@B

4@B

∆v

100

mol

(8)

4@B

∆v

144,3

mol

Szukane:

∆v

3∆v

MgCl

=@B

< 2∆v

AsH

A ∆v

=@B

A 6∆v

HCl

∆v

3@∆v

< ∆v

B < 2∆v

A ∆v

=@B

A 6@∆v

< ∆v

∆v

=@B

3∆v

< 3∆v

< 2∆v

A 6∆v

A ∆v

∆v

=@B

3 · @A641,8B < 3 · @A151,9B < 2 · 66,4 A 6 · @A92,13B <

A6 · @A73,79B A @A900,8B A351,98

mol

Szukane:

∆v

MgAs

∆v

=@B

∆v

g@B

A ∆v

MgAs

∆v

g@B

∆v

MgAs

∆v

=@B

∆v

g@B

A ∆v

· @A351,98 B <

· 144,3 A 100 A97,08

mol

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/24 16:43

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 3.

Dane:

∆v

G># CH

35,39

mol

# CH

338 K, ∆v

D53

A238,7

mol

∆v

D53

A393,51

mol

∆v

D53

A241,8

mol

G CH

OH@cB

81,6

mol·K

G CH

OH@gB

20,42 < 103,7 · 10

· A 24,64 · 10

G CO

44,15 < 9,04 · 10

· A 8,54 · 10

G H

O@gB

30,13 < 11,30 · 10

· ,

G O

36,17 < 0,84 · 10

· A 4,31 · 10

Szukane:

∆v

G CH

!22

OH <

< 2H

∆v

!22

∆v

D53

< Q ;

G CO

< 2

G H

O@gB

G CH

OH@cB

G O

? U

D53

A ∆v

G># CH

< Q ;

G CO

< 2

G H

O@gB

G CH

OH@gB

G O

? U

!22

∆v

!22

2∆v

D53

< ∆v

D53

A ∆v

D53

· ∆v

D53

< Q ;

G CO

< 2

G H

O@gB

G CH

OH@cB

G O

? U

D53

A ∆v

G># CH

< Q ;

G CO

< 2

G H

O@gB

G CH

OH@gB

G O

? U

!22

∆v

!22

@2 · @A241,8B < @A393,51B < 238,7 A

· 0 A 35,39B · 10

< Q ;44,15 < 9,04 · 10

· A 8,54 · 10

< 2 · 30,13 < 2 · 11,30

D53

· 10

· A 81,6 A

· 36,17 A

· 0,84 · 10

· <

· 4,31 · 10

? U

< Q ;44,15 < 9,04 · 10

· A 8,54 · 10

< 2 · 30,13 < 2 · 11,30

!22

· 10

· A 20,42 A 103,7 · 10

· < 24,64 · 10

· 36,17 A

· 0,84 · 10

· <

· 4,31 · 10

? U

∆v

!22

A638,41 · 10

A 953,77 A 35,39 · 10

A 29,97 A674,7

mol

Wniosek: entalpie reakcji (ciepła reakcji) słabo zależą od temperatury.

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/24 16:43

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 4.

Dane:

293 K,

@`B

7,8 g,

5,2 g, t

@`B

A312 kJ,

A213,8 kJ, (

78,11

mol

(

26,02

mol

G C

50,76 < 41,60 · 10

· ,

@`B

30,2,

Szukane:

∆v

D53

Proces izochoryczny:

[. x t ∆u

∆u

@`B

· (

A312 · 78,11

7,8

A3124,4

mol

∆u

· (

A213,8 · 26,02

5,2

A1069,8

mol

D@B

!@`B

∆u

3∆u

A ∆u

@`B

3 · @A1069,8B A @A3124,4B A85,0

mol

∆v

∆u

@>B

A85,0 · 10

< 8,314 · 293 · @A3B A92,31 kJ

∆v

D53

∆v

< Q

D53

∆v

< Q

@`B

A 3

G C

D53

A95,8

mol

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 4, 5 – II zasada termodynamiki

Zadanie 1.

Dane:

100 g,

283 K,

200 g,

313 K,

75,15

mol·K

Szukane:

∆q.

(

mol

)

H2O

-22

-3

5,56

)

H2O

D22

-3

11,11

$ const. c t 0 x t ∆v

Ciepło pobrane jest równe ciepłu oddanemu.

t t

< t

< Q

0 x

B <

B 0

5,56 · 283 < 11,11 · 313

5,56 < 11,11

303 K

∆q ∆q

< ∆q

< Q

∆q 5,56 · 75,15 · ln

303

283 < 11,11 · 75,15 · ln

303

313 28,53 A 27,11 1,42

Zadanie 2.

Dane:

1 mol, const. 300 K, C 0,138, 3,18 · 10

Szukane:

∆u, ∆v, ∆q, ∆q

#>*G.

∆

Proces A:

Pa,

10 dm

20 dm

A A

∆u Q

< Q A$ < W

0 < Q A

A <

< ·

A U

X 0,138 WA

20 <

10X · 10

6,9 J

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

A A

8,314 · 300

10 · 10

A 3,18 · 10

0,138

@10 · 10

2,4884 · 10

A A

8,314 · 300

20 · 10

A 3,18 · 10

0,138

@20 · 10

1,2456 · 10

∆v ∆u < ∆@$B ∆u < $

A $

6,9 < 1,2456 · 10

· 20 · 10

A 2,4884 · 10

· 10 · 10

9,7 J

Uq W

U < W

U 0 < W

U W

A X U

∆q Q

U ln

A 8,314 · ln

20 · 10

A 3,18 · 10

10 · 10

A 3,18 · 10

5,776

N A$

B A10

@20 A 10B · 10

A1000 J

t ∆u A N 6,9 < 1000 1006,9 J
∆q

#>*G.

1006,9

300 3,36

∆

q ∆q A ∆q

#>*G.

5,776 A 3,36 2,42

Proces B:

20 dm

10 dm

Funkcje stanu przyjmują tą samą wartość, tylko przeciwny znak:
∆u A6,9 J

∆v A 9,7 J
∆q A5,776

N A Q $ U

A Q

A U

< Q

A ln

A < C

A8,314 · 300 · ln

10 · 10

A 3,18 · 10

20 · 10

A 3,18 · 10

< 0,138 WA

10 <

20X · 10

1732,8 A 6,9 1725,9 J

t ∆u A N A6,9 A 1725,9 A1732,8 J
∆q

#>*G.

A1732,8

300 A5,776

∆

q A5,776 A @A5,776B 0

Ponieważ jest to proces odwracalny.

Zadanie 3.

…

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 4.

Dane:

1 mol,

300 K,

1 dm

10 dm

198

mol·K

2,5,

Szukane:

∆u, ∆v, ∆q, ∆¡, ∆¢, N, t.

< 3,5

Proces adiabatyczny:

t 0 x ∆u N

3,5

2,5 1,4

¤ -

300 · W

10X

-,4 -

119,4 K

∆u Q

2,5@

B 2,5 · 8,314 · @119,4 A 300B A3754 J

∆v Q

3,5@

B 3,5 · 8,314 · @119,4 A 300B A5255 J

∆q 0 bo ∆

q 0 bo proces równowagowy oraz t 0 bo przemiana adiabatyczna

∆q ∆q

#>*G.

< ∆

< 0 0

< ∆q q

< 0 q

8,314 · 300

1 · 10

2,494 · 10

< ∆q

¥G

198 A Q

$ U$

198 A ln

198 A 8,314 · ln

2,494 · 10

101325

198 A 26,63 171,37

∆¡ ∆u A ∆@qB ∆u A @

B ∆u A q

A3754 A 171,37 · @119,4 A 300B 27,2

∆¢ ∆v A ∆@qB ∆v A @

B ∆v A q

A5255 A 171,37 · @119,4 A 300B 25,7

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 5.

Dane:

Pa, $

3,5 · 10

Pa, 300 K,

10 dm

Szukane:

∆q, ∆¡, ∆¢.

Roztwory doskonałe, brak wymiany ciepła:

∆u 0, ∆v 0.

-2

·-2·-2

3,-4·22

0,401 mol

,9·-2

·-2·-2

3,-4·22

1,403 mol

§*

2,42-

2,42-§-,42

0,222

§*

-,42

2,42-§-,42

0,778

Ciśnienie końcowe, po zmieszaniu:

§*

B/0

§1

@2,42-§-,42B·3,-4·22

@-2§-2B·-2

2,25 · 10

∆q

-@G

¥G

A0,401 · 8,314 · ln

2,25 · 10

A2,70

∆q

D@G

¥G

A1,403 · 8,314 · ln

2,25 · 10

3,5 · 10

5,15

∆q

)>*>

ln ¦

A8,314@0,401 · ln 0,222 < 1,403 · ln 0,778B 7,946

∆q ∆q

< ∆q

)>*>

A2,70 < 5,15 < 7,946 10,4

∆¡ ∆u A ∆@qB 0 A ∆q A300 · 10,4 A3120 J

∆¢ ∆v A ∆@qB 0 A ∆@qB ∆¡

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 6.

Dane:

2 mol,

233 K,

473 K, $

∆¨

G>#

D5,.

23,24

mol

[

G NH

@`B

74,81

mol·K

[

G NH

29,80 < 25,49 · 10

A 1,66 · 10

mol·K

Szukane:

∆q.

∆q

G.©.

∆v

G.©.

· ∆¨

G.©.

2 · 23,24 · 10

239,7

193,9

∆q

[

G NH

@`B

< ∆q

G.©.

[

G NH

· [

G NH

@`B

G>#

< ∆q

G.©.

29,80

U <

Q 25,49 · 10

Q 1,66 · 10

2 · 74,81 · ln

239,7

233 < 193,9 < 2 · 29,80 · ln

473

239,7 < 2 · 25,49 · 10

· @473 A 239,7B A 2 · 1,66 · 10

· @473

A 239,7

4,24 < 193,9 < 40,51 < 11,89 A 2,02 248,5

Zadanie 7.

Dane:

1 mol,

268,2 K, $

1 atm.,

278,2 K

∆v

9956

mol

[

G @`B

126,3

mol·K

[

G @B

123,6

mol·K

Szukane:

∆v, ∆q, ∆¢.

∆v Q [

G @`B

< ∆v

"#G.

< Q [

G @B

126,3 Q U

D.3,D

D!3,D

A ∆v

< 123,6 Q U

D!3,D

D.3,D

126,3@278,2 A 268,2B A 9956 < 123,6@268,2 A 278,2B A9929 J

∆q

∆v

∆q Q

[

G @`B

∆v

"#G.

< Q

[

G @B

126,3 Q

D.3,D

D!3,D

∆v

< 123,6 Q

D!3,D

D.3,D

126,3 ln

278,2

268,2 A

9956

278,2 < 123,6 ln

268,2

278,2 A35,7

∆¢ ∆v A ∆@qB ∆v A ∆q A9929 A 268,2 · @A35,7B A354 J (proces samorzutny)

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/11/27 17:25

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 8.

Dane:

1 mol, 1000 K, ∆v

D53

A283,0

mol

∆¢

D53

A257,3

mol

[

G @CO

26,0 < 43,5 · 10

A 148,3 · 10

mol·K

[

G @COB

26,86 < 6,97 · 10

A 8,20 · 10

mol·K

[

G @O

25,72 < 12,96 · 10

A 38,6 · 10

mol·K

Szukane:

∆¢@B.

Reakcja spalania:

CO <

∆v

,D53

< Q [

D53

∆v

,D53

< Q ;[

G @CO

A [

G @COB

[

G @O

? U

D53

A283,0 · 10

< Q@A13,72 < 30,05 · 10

A 120,8 · 10

B U

D53

A283,0 · 10

A 13,72@ A 298B <

· 30,05 · 10

A 298

B A

· 120,8 · 10

A 298

∆v@B A280,139 · 10

A 13,72 < 15,025 · 10

A 40,267 · 10

Równanie Gibbsa-Helmholtza:

;

∆«

? A

∆¬

Q U j

∆¢

k A Q

∆v

D53

A Q jA

280,139 · 10

13,72

< 15,025 · 10

A 40,267 · 10

k U

D53

A280,139 · 10

298X < 13,72 ln

298 A 15,025 · 10

@ A 298B <

· 40,267 · 10

∆¢

,D53

298

A280,139 · 10

298X

< 13,72ln

298 A 15,025 · 10

A 298

· 40,267 · 10

;

A 298

∆¢

,-222

1000

A280,139 · 10

1000 A

298X

< 13,72ln 1000

298 A 15,025 · 10

1000 A 298

· 40,267 · 10

;

1000

A 298

A257,3

· 10

298

∆¢

,-222

A195,6 kJ

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2007/12/11 23:30

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Kolokwium I – zadania

28.11.2007 r.

Treści zadań

Zadanie B-1.

Standardowe ciepło spalania etanu wynosi

A1562

mol

, czy czym tworzy się gazowy dwutlenek węgla

i ciekła woda. Standardowe ciepło tworzenia (

∆v

)

@cB

HCl

@gB

wynoszą odpowiednio

A296

A92

mol

. Ciepło parowania wody (

∆v

G>#

) w

298 K równe jest 44

mol

. Dla reakcji:

@gB

< 13O

2Cl

D@gB

< 8CO

< 10H

@gB

∆v

D53

A5150 kJ

Obliczyć

∆v

D53

∆u

D53

dla reakcji:

!@gB

< Cl

D@gB

@gB

< HCl

@gB

Zadanie B-2.
5 dm

gazu doskonałego o temperaturze początkowej

300 K i pod ciśnieniem 10

Pa rozprężono

izotermicznie, odwracalnie do objętości końcowej

10 dm

, a następnie sprężono adiabatycznie,

odwracalnie, aż ciśnienie osiągnęło wartość początkową

Pa. Obliczyć ciepło i prac oraz zmiany

energii wewnętrznej, entalpii, entropii, energii i entalpii swobodnej w obu procesach. Przyjąć że

molowa pojemność cieplna gazu nie zależy od temperatury i wynosi

]

. q

22 K

205

mol·K

Zadanie B-3.

Jaka temperatura ustali się w izolowanym termicznie naczyniu zawierającym

5 kg wody o

temperaturze

303 K do którego wprowadzono 1 kg śniegu o temperaturze 263 K. Ciepło topnienia

śniegu wynosi

333,5

, ciepło właściwe śniegu jest równe

2,017

g·K

a wody

4,184

g·K

. O ile zwiększy się

entropia tego układu?

Szkice rozwiązań

…

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 16:03

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 6 – równowagi chemiczne

Zadanie 1.

Dane:

∆¢

A16500

mol

298 K, $

3,0 bar, $

1,0 bar, $

4,0 bar,

Szukane:

∆¢

Reakcja:

A∆¢

A ln ®

∆¢

< ln ®

∆¢

< ln

;

· ;

∆¢

< ln

· $

2,9

· $

-,9

A16500 < 8,314 · 298 · ln

4,0 · 10

· 10

@3,0 · 10

2,9

· @1,0 · 10

-,9

A14,43

mol

Reakcja samorzutna, biegnie w prawo (

∆¢

° 0).

Zadanie 2.

Dane:

® 57, 700 K,

1 mol,

Szukane:

∆¢

Reakcja:

< H

2HI

® ®

(ponieważ liczność substratów – 2 mole – równa jest liczność produktów)

(a)

Niech przereaguje

³ moli jodu, wtedy:

· ¦

- ´

· ®

· @1 A ³B

x 57 · @1 A 2³ < ³

B 4³

53³

A 114³ < 57 0 x ³

1,36 ³

0,79

µ 1 brak sensu fizycznego, ponieważ był 1 mol jodu, nie mogło przereagować więcej moli,

Stan równowagi:

1 A ³ 0,21 moli,

0,21 moli,

2³ 1,58 mola,

(b)

1 mol x Σ 3

∆¢

< ln

· 13

A ln ®

< ln 1 A8,314 · 700 · ln 57 < 0 A23,53

mol

Reakcja biegnie w prawo.

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 16:03

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 3.

Dane:

373 K, ®

8 · 10

∆q

125

2 · 10

Reakcja:

COCl

D@B

< Cl

D@B

(a)

Szukane:

¸ (stopień dysocjacji fosgenu).

CO=

Cl=

COCl=

· $

COCl

· $

@¦

· $

B · @¦

· $

@¦

COCl

· $

B · $

· ¦

COCl

· ®

2 · 10

· 8 · 10

4 · 10

Niech z 1 mola fosgenu (

COCl

) rozłoży się

¸ moli, wtedy (Σ 1 A ¸ < ¸ < ¸ 1 < ¸):

· ¦

COCl

-§¹

- ¹

-§¹

1 A ¸

A 1

< 1 x ¸

< 1

Stopień dysocjacji jest równy:

g·Vf6½

§-

6,32 · 10

(b)

Szukane:

∆v

Dla stanu równowagi:

∆¢

A ln ®

∆¢

∆v

A ∆q

x ∆v

∆¢

< ∆q

A ln ®

< ∆q

∆v

A8,314 · 373 · ln@8 · 10

B < 373 · 125 104,44 kJ

(c)

Dane:

zał.

· [

0, ¸

0,1%,

Szukane:

Z założenia wynika, że

∆v

słabo zależy od temperatury.

Wiadomo, że stałe równowagi są funkcjami temperatury i zależą od siebie jak w (a):

B ®

B ·

1 A ¸

@0,001B

1 A @0,001B

2 · 10

Izobara van’t Hoffa:

@¿p º

∆¬

F¯

x Uln ®

∆¬

F¯

Q U ln ®

¿p º

∆v

x ln

G-

∆v

X x

∆v

G-

373 A

8,314

104,44 · 10

2 · 10

8 · 10

2,24 · 10

446 K

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 16:03

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 4.

Reakcja:

4@B

< H

@ÀB

Szukane:

∆v

U@ln ®

∆v

x Q U ln ®

∆v

U x ln ®

∆v

< x Á C¦ <

|K}

|10

} ln ®

418

0,0680

2,39

-2,69

448

0,0360

2,23

-3,32

473

0,0165

2,11

-4,10

498

0,0107

2,01

-4,54

523

0,0067

1,91

-5,01

Przykład obliczeń:

-
0

4-3

2,39 · 10

ln ®

ln 0,0680 A2,69

Arkusz kalkulacyjny wyliczył:

C 4926,6

C A

∆v

x ∆v

AC · A4926,6 · 8,314 A40,1

mol

Praktyczne podejście: trzeba wziąć dwa punkty najbardziej odległe (ale to jest przybliżenie!)

C tg ¸

A5,01 < 2,69

1,91 · 10

A 2,39 · 10

4833,3 x ∆v

AC · A40,2

mol

Zadanie 5.

Dane:

log ®

A22547

< 1,722 log A 0,085 · 10

< 0,18, 2000 K,

Reakcja:

D@B

Szukane:

∆¢

∆v

∆q

∆¢

A ln ®

log ®

log Â

· 2000

log Â W

A22547

2000 < 1,722 log 2000 A 0,085 · 10

· 2000 < 0,18X

A38,287 · 10

@A11,27 < 5,68 A 0,17 < 0,18B 213,6

mol

U ln ®

∆v

x ∆v

U ln ®

∆v

log Â W

22547

1,722

ln 10 A 0,085 · 10

· 2000

log Â W

22547

2000

1,722

2000 · ln 10 A 0,085 · 10

X 453,76

mol

∆¢

∆v

A ∆q

x ∆q

∆v

A ∆¢

453,76 A 213,6

2000

0,12

K·mol

Równanie linii trendu: y = 4926,6x - 14,434

-5,50

-5,00

-4,50

-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

1,90

2,00

2,10

2,20

2,30

2,40

ln(Kp)

1/T [10

–3

]

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/06 17:11

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 7 – układy jednoskładnikowe, wielofazowe

Zadanie 1.

Dane:

"#G

273 K,

373 K,

268 K,

Z tablic:

∆v

6,007

mol

∆v

G>#

40,66

mol

G,´

Aq x Q d¢ Aq Q U x Δ¢ AqΔ

(a)

Ä¯Å

ÆóÅ

< q

Èó

Δq

"#G

É¬

EFÊËa

É¬

Ì¯a

!22.

A22,0

mol·K

Po drugiej stronie:

ÆóÅ

Ä¯Å

Í A

É¬

EFÊËa

22,0

mol·K

(b)

Ä¯Å

G>#>

< q

AΔq

G>#

É¬

ÄFÊ

42!!2

A109,0

mol·K

Po drugiej stronie:

Ä¯Å

…

É¬

ÄFÊ

109,0

mol·K

(c)

Różnica potencjału:

∆Ï Ï

D!3 K

A Ï

Èó

D!3 K

A ¢

Èó

D!3 K

∆¢ (układ jednoskładnikowy)

Entalpie swobodne lodu i wody w punkcie przemiany fizycznej (

273 K) są równe sobie:

Èó

D. K

x ¢

Èó

D. K

A ¢

D. K

∆¢ ¢

D!3 K

A ¢

Èó

D!3 K

< 0 ¢

D!3 K

A ¢

Èó

D!3 K

< ¢

Èó

D. K

A ¢

D. K

∆¢

D.K¥D!3K

< ∆¢

Èó

D!3K¥D.K

@268 A 273B A q

Èó

@273 A 268B

5@q

A q

Èó

B 5q

Δv

5 ·

6007

273 110,0

mol

Zadanie 2.

Dane:

G
0

0,04$

ÐÑ

$ 470 mmHg (dla 298 K), $

760 mmHg (dla

Szukane:

∆v

G>#.

(normalna temperatura wrzenia przy normalnym ciśnieniu

Zał.

∆v

G>#.

nie zależy od temperatury.

Równanie Clausiusa-Clapeyrona:

U ln $

∆v

G>#.

$ U

∆v

G>#.

x ∆v

G>#.

$ U

0,04$

$ · 298

29,53

mol

Q U ln $

∆v

G>#.

x ln

∆v

G>#.

X x

∆v

G>#.

298 A

8,314

29,53 · 10

760

470 3,22 · 10

3,22 · 10

310,5 K

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/06 17:11

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 3.

Dane:

(

160

mol

266,0 K, ∆$ 10

Pa, $

∆¨

G>#

32,2

mol

∆¨

42,7

mol

3,14

3,93

Szukane:

∆

< ∆$ $

< ∆$

∆¨

< ∆¨

G>#

x ∆¨

∆¨

A ∆¨

G>#

42,7 A 32,2 10,5

mol

(

∆

(

160

3,93 A

160

3,14 A10,24 cm

A10,24 · 10

G.©.

∆

G.©.

∆¨

G.©.

x Q

∆

G.©.

∆¨

G.©.

Q U$ x ln

∆

G.©.

∆¨

G.©.

A $

∆

∆¨

∆$

A10,24 · 10

10,5 · 10

· 10

A9,752 · 10

5,.9D·-2

0,990 x

· 0,990 266 · 0,990 263,34 K

∆

263,42 A 266 A2,66 K

Zadanie 4.

Dane:

( 80

mol

398,5 K, $

1,013 · 10

Pa,

408 K, $

1,013 · 10

Pa, ∆

G.©.

12,60

Szukane:

∆¨

G.©.

∆

G.©.

∆

G.©.

· ( 12,60

· 80

mol

12,60

-2

· 80

mol

1,008 · 10

! m

mol

G.©.

∆

G.©.

∆¨

G.©.

x Q

∆

G.©.

∆¨

G.©.

Q U$ x ln

∆

G.©.

∆¨

G.©.

A $

∆¨

G.©.

∆

G.©.

A $

1,008 · 10

423

53,9

@1,013 · 10

A 1,013 · 10

B 429,1

mol

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/06 17:11

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 5.

Dane:

( 60

mol

673,15 K, $

3,3917 MPa,

448,77 K (przy $

288,15 K (przy $

288,13 K, Õ

0,8500

0,8000

Szukane:

∆v

G>#

∆v

Parowanie:

Dla gazu doskonałego:

oraz równanie C-C:

G
0

∆¬

0∆1

∆v

G>#

· $

∆v

G>#

ÄFÊ

x ln

∆v

G>#

∆v

G>#

R · ln $

ÄFÊ

8,314 · ln 3,3917 · 10

101325

!.,-9

443,..

39,30

mol

Punkt potrójny spełnia równanie trzech krzywych równowag jak w szczególności parowania:

∆v

G>#

ln $

∆v

G>#

k < ln $

39,30 · 10

8,314 W

288,13 A

448,77X < ln 101325

ln $

5,6536 x $

9,!9!

285,3 Pa

Topnienie:

∆v

∆

(

0,8000 A

0,8500 4,41

mol

4,41 · 10

! m

mol

Q U$

∆v

∆

Ì¯a

x $

A $

∆v

∆

∆v

∆

· $

A $

Ì¯a

4,41 · 10

· @285,3 A 101325B

D33,-

D33,-9

6,420

mol

∆v

< ∆v

G>#

6,420

mol

< 39,30

mol

45,72

mol

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 8 – układy dwuskładnikowe, wielofazowe – prawa Raoulta i Henry’ego

Zadanie 1.

Dane:

wrz

353,25 K,

wrz

409,3 K, ∆v

par

30,76

mol

∆v

par

35,98

mol

gdzie: B oznacza benzen, E oznacza etylobenzen,

Szukane:

@¦B, @ÁB dla $ $

1 atm,

$@¦B, $@ÁB dla 380 K,

Dane są normalne temperatury wrzenia

wrz

oraz

wrz

co oznacza, że są wyznaczone

przy ciśnieniu standardowym:

1 atm 101325 Pa

Układ jest dwuskładnikowy więc:

< ¦

Równanie Clausiusa-Clapeyrona dla wrzenia (zał. doskonałości gazu)

(*)

U ln $

∆v

par

Sporządzanie wykresu fazowego, zależności stężenia od temperatury

@¦B, @ÁB:

Niech

370 K oraz

390 K. Wyznaczono punkty należące do linii wrzenia i rosy:

Q U ln $

∆v

par

wrz

x ln

∆v

par

wrz

ln $

∆v

par

wrz

Obliczono prężności par nad czystą cieczą B oraz czystą cieczą E:

ln $

Ú -,×

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

30,76 · 10

8,314 WA

370 <

353,25X

ln $

Ú -,×

12,00 x $

Ú -,×

-D,22

1,63 · 10

ln $

Ú -,Ø

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

35,98 · 10

8,314 WA

370 <

409,3X

ln $

Ú -,Ø

10,40 x $

Ú -,Ø

-2,42

0,329 · 10

ln $

Ú D,×

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

30,76 · 10

8,314 WA

390 <

353,25X

ln $

Ú D,×

12,51 x $

Ú D,×

-D,9-

2,710 · 10

ln $

Ú D,Ø

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

35,98 · 10

8,314 WA

390 <

409,3X

ln $

Ú D,Ø

11,00 x $

Ú D,Ø

--,22

0,600 · 10

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Cieśnienie całkowite

$ $

wyrażono jako sumę ciśnień cząstkowych oraz wykorzystano

prawo Raoulta:

< $

· $

Ú ×

< ¦

· $

Ú Ø

· $

Ú ×

< @1 A ¦

B · $

Ú Ø

(**)

A $

Ú Ø

Ú ×

A $

Ú Ø

· $

Ú ×

Obliczono skład cieczy

oraz skład pary

-,×

A $

Ú -,Ø

Ú -,×

A $

Ú -,Ø

1,01325 · 10

A 0,329 · 10

1,63 · 10

A 0,329 · 10

0,526

-,×

· $

Ú -,×

0,526 · 1,63 · 10

1,01325 · 10

0,846

D,×

A $

Ú D,Ø

Ú D,×

A $

Ú D,Ø

1,01325 · 10

A 0,600 · 10

2,710 · 10

A 0,600 · 10

0,196

D,×

· $

Ú D,×

0,196 · 2,710 · 10

1,01325 · 10

0,524

Zaznaczono obliczone cztery punkty, a następnie wykreślono linię rosy i wrzenia:

Dla poprawnego wykreślenia linii wrzenia i rosy należy przeliczyć znacznie większą liczbę

punktów wykresu.

340

350

360

370

380

390

400

410

420

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

340

350

360

370

380

390

400

410

420

T [K]

=1 atm

)

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Sporządzanie wykresu fazowego, zależności stężenia od cieśnienia

$@¦B, $@ÁB dla 380 K:

Zachodzi wzór (*). Obliczono prężności par nad czystą cieczą B oraz czystą cieczą E:

ln $

Ú ×

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

30,76 · 10

8,314 WA

380 <

353,25X

ln $

Ú ×

12,26 x $

Ú ×

-D,D!

2,11 · 10

ln $

Ú Ø

ln $

∆v

par

wrz

k ln 101325 <

35,98 · 10

8,314 WA

380 <

409,3X

ln $

Ú Ø

10,71 x $

Ú Ø

-2,.-

0,448 · 10

Należy wybrać kilka ciśnień pośrednich

Ú Ø

° $

Ú Ø

i wyznaczyć skład cieczy, pary.

Niech

1,00 · 10

Pa oraz $

1,60 · 10

Obliczono skład cieczy

, oraz skład pary

. Analogia do wzoru (**).

-,×

Û Ü

Û Ý

Û Ü

-,22·-2

2,443·-2

D,--·-2

2,443·-2

0,332

-,×

V,Ý

·G

Û Ý

2,D·D,--·-2

-,22·-2

0,700

D,×

Û Ü

Û Ý

Û Ü

-,!2·-2

2,443·-2

D,--·-2

2,443·-2

0,693

D,×

=,Ý

·G

Û Ý

2,!5·D,--·-2

-,!2·-2

0,914

Zaznaczono obliczone cztery punkty, a następnie wykreślono linię rosy i wrzenia (tu: prosta):

Dla poprawnego wykreślenia linii wrzenia i rosy należy przeliczyć znacznie większą liczbę

punktów wykresu.

Czytanie z wykresu:

dla

40% 0,40 (Á

1 A 0,40 0,60) $ 65,5 kPa,

$ 65,5 kPa ¦

0,12 (¦

1 A 0,12 0,88)

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

p [kPa]

T=380 K

)

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

373 K, Õ

3,51

3,984

Õ 3,714

(

46,1

mol

(

32,04

mol

Szukane:

Układ jest dwuskładnikowy więc:

< ¦

$ x $

Prężności par nad czystymi substancjami:

(

3,51 · 10

8,314 · 373

46,1

2,361 · 10

(

3,984 · 10

8,314 · 373

32,04

3,856 · 10

Gęstość z definicji to:

· (

Õ $

· (

< $

· (

Õ $

· ¦

· (

< $

· ¦

· (

· ¦

· (

< $

· @1 A ¦

B · (

Õ A $

· (

A $

· (

8,314 · 373 · 3,714 · 10

A 3,856 · 10

· 32,04

2,361 · 10

· 46,1 A 3,856 · 10

· 32,04

0,57

1 A ¦

1 A 0,57 0,43

Zadanie 3.

(a)

czytanie z wykresu, dla

$ 55 atm.:

# Þ

243,5ß

oraz

# ×

243,5ß

(b)

Dane:

0,25, ¦à

0,75, $ 55 atm.

$ $

< $

< ¦

< @1 A ¦

Trzeba znaleźć taką temperaturę

dla której odczytane z wykres $

spełnią równanie:

< @1 A ¦

Dla

245ß odczytujemy: $

57 atm. oraz $

43 atm.

Sprawdzam dla roztworu

0,25 · 57 < @1 A 0,25B · 43 46,5 á 55

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Ciśnienie całkowite jest zbyt niskie, weźmy większą temperaturę:

Dla

252ß odczytujemy: $

71 atm. oraz $

50 atm.

Sprawdzam dla roztworu

0,25 · 71 < @1 A 0,25B · 50 55,25 55

Odp. Roztwór o składzie

wrze w temperaturze ok.

252ß

Dla

246ß odczytujemy: $

59 atm. oraz $

44 atm.

Sprawdzam dla roztworu

¦à

0,75 · 59 < @1 A 0,75B · 44 55,25 55

Odp. Roztwór o składzie

¦à

wrze w temperaturze ok.

246ß

(c)

Wykres

@¦B:

1 A ¦

Obliczenia dla roztworu

0,25 · 71

0,32

Dla roztworu

¦à

Áà

Gâ

²â

2,.9·95

0,80

Zadanie 4.

Dane:

0,04, 293 K, $ 50,0 mmHg, $

17,0 mmHg , ¦à

0,05

Szukane:

$à

Roztwór idealnie rozcieńczony dwuskładnikowy:

< ¦

$ $

< $

· $

< ¦

· ®

1 A ¦

· $

< ¦

· ®

$ A 1 A ¦

· $

50,0 A @1 A 0,04B · 17,0

0,04

842 mmHg

Dla bliskich stężeń

¦à

można założyć, że:

const.

$ ¦à

· $

< ¦à

· ®

1 A ¦à

· $

< ¦à

· ®

@1 A 0,05B · 17,0 < 0,05 · 842 58,25 mmHg

Dla

$ 60 mmHg

$ ¦àà

· $

< ¦àà

· ®

1 A ¦àà

· $

< ¦àà

· ®

¦àà

$ A $

A $

60 A 17,0

842 A 17,0 0,052

242

244

246

248

250

252

254

256

258

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

242

244

246

248

250

252

254

256

258

T [

ß]

p=55 atm.

)

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/05 22:17

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 5.

(a), (b) Na podstawie danych można narysować wykresy:

(c), (d) czytanie z wykresu

(e)

Jest to wykres azeoterpu dodatniego, więc nie można wydzielić żadnego czystego składnika.

(f)

Trzeba dodać eteru ponieważ mieszanina 1 kg eteru i 1 kg propanolu jest na lewo od punktu

azeotropowego, należy zwiększyć stężenie (ułamek molowy) eteru:

< à

0,744 x

< à

0,744

< 0,744à

< 0,744

0,256à

A0,256

< 0,744

x à

2,.44

2,D9!

(

2,.44

2,D9!

(

x à

2,.44

2,D9!

(

A1000 <

2,.44

2,D9!

102,06

60,03 · 1000

3941 g

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/06 0:39

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 9 – Układy dwuskładnikowe wielofazowe.
Równanie van Laara-Hildebranda. Reguła dźwigni.

Zadanie 1.

Dane:

380 K, ∆v

G,Þ

30,0 kJ,

370 K, ∆v

G,×

40,0 kJ,

0,80, ¦

0,20, Á

0,523 (skład pary), Á

0,477,

Szukane:

Wiadomo, że:

· $

oraz

· $

Trzeba rozpatrzeć dwa przypadki:

(1)

Równowaga par z czystą cieczą A:

∆v

G,Þ

k x ln Á

∆v

G,Þ

k x

ln Á

∆v

G,Þ

380 A

8,314 · ln 0,477

30,0 · 10

2,837 · 10

x 352,5 K

(2)

Równowaga par z czystą cieczą B:

∆v

G,×

k x ln Á

∆v

G,×

k x

ln Á

∆v

G,×

370 A

8,314 · ln 0,523

40,0 · 10

2,837 · 10

x 352,5 K

Wniosek: substancje o składzie 8:2 wrze w temperaturze „eutektycznej”, są trzy fazy: gazowa,

czysta ciecz A, czysta ciecz B.

Dla

à 360 K

ln Áà

∆v

G,Þ

à A

k A

30,0 · 10

8,314 W

360 A

380X A0,527 x Áà

2,9D.

0,59

1 czyli jest faza czystej cieczy A, ponieważ skład pary Áà

µ Á

0,477, przypadek (1),

Reguła dźwigni:

0,80 A 0,59

1 A 0,80 1,05

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/06 0:39

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

@`B

0,004, ∆v

G ×

9,837

mol

G ×

278,68 K,

Szukane:

(temperatura topnienia roztworu).

Układ dwuskładnikowy więc:

@`B

1 A ¦

@`B

1 A 0,004 0,996

1 – bo jest to równowaga między roztworem antracenu w benzenie a czystym benzenem

Równanie van Laara-Hildebranda

@åB

@ÌB

∆v

G ×

ln ¦

@`B

∆v

G ×

k x

G ×

ln ¦

@`B

∆v

G ×

278,68 A

8,314 · ln 0,996

9,837 · 10

3,592 · 10

x 278,42 K

Zadanie 3.

Dane:

∆v

G Þ

28,8

mol

G Þ

490 K, 298 K, (

78,11

mol

Szukane: rozpuszczalność antracenu (

) w benzenie

@åB

@ÌB

∆v

G Þ

@åB

28,8 · 10

8,314 W

298 A

490X A4,55 x ¦

@`B

4,99

0,0105

@`B

1 A ¦

@`B

1 A ¦

@`B

(

0,0105

1 A 0,0105 ·

1000

78,11 0,136 mola

W 1 kg benzenu w temperaturze 25

C rozpuści się 0,136 mola antracenu.

Zadanie 4.

[wykres fazowy]

Zadanie 5.

[wykres fazowy]

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/07 22:27

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Kolokwium II – zadania

7.01.2008 r.

Obowiązują listy: 6, 7, 8, 9. Natomiast na kolokwium poprawkowym także lista 10.

Treści zadań

Zadanie A-1.

Opierając się na danych z poniższej tabeli obliczyć wartość stałej równowagi reakcji

w temperaturze

373 K dla reakcji 2

< æ

, założyć niezależność

∆v

reakcji

od temperatury. Dla tej reakcji można przyjąć, że w tym przedziale temperatur

∑

[

D53 K

K·mol

{

∆v

,D53 K

mol

{

210,6

60,23

205,6

240,5

33,85

Zadanie A-2.

Obliczyć temperaturę topnienia lodu pod cieleniem

10 MPa. W 273,16 K ciepło topnienia lodu

wynosi

333,5

, gęstość wody

0,9998

, a gęstość lodu

0,9169

. Zaniedbać zmianę gęstości

z temperaturą i cieśnieniem.

Zadanie A-3.

Substancje

, æ i tworzą roztwory doskonałe. Prężność pary nad roztworem złożonym z 1 mola

składnika

i 3 moli æ wynosi 101,3 kPa, natomiast prężność pary nad roztworem składającym się

2 moli składnika i 2 moli B jest wyższa niż 101,3 kPa, przy czym można ją obniżyć do wartości

101,3 kPa wprowadzając do roztworu 6 moli cieczy , której prężność pary nad czystą cieczą równa
się

2,è

8 · 10

Pa. Obliczyć prężności par nad czystymi cieczami i æ zakładając, że wszystkie

dane dotyczą tej samej temperatury, równej

25ß.

Szkice rozwiązań

…

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/21 13:06

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Lista 10 – Zjawiska osmotyczne

Zadanie 1.

Dane:

∆v

G># ×

30,76

mol

# ×

353,25 K, ∆v

G ×

9,837

mol

G ×

278,68 K,

@`B

0,003,

Układ jest dwuskładnikowy więc:

@`B

1 A ¦

@`B

1 A 0,003 0,997

1 – bo jest to równowaga między roztworem antracenu w benzenie a czystym benzenem

1 – bo benzen jest o wiele bardziej lotny niż antracen

(a)

Szukane:

G # #

(temperatura topnienia roztworu),

Równanie van Laara-Hildebranda

@åB

@ÌB

∆v

G ×

G # #

G ×

ln ¦

@`B

∆v

G ×

G # #

G ×

k x

G # #

G ×

ln ¦

@`B

∆v

G ×

278,68 A

8,314 · ln 0,997

9,837 · 10

3,5909 · 10

G # #

278,48 K

Równanie krioskopowe

∆

G ×

∆v

G ×

· ¦

@`B

8,314 · 278,68

9,837 · 10

· 0,003 0,19769 K

G # #

G ×

A ∆

278,68 A 0,1969 278,48 K

(b)

Szukane:

# # #

(temperatura wrzenia roztworu),

Równanie van Laara-Hildebranda

@åB

∆v

G># ×

# # #

# ×

X ln

@åB

A ln ¦

@`B

A ln ¦

@`B

∆v

G># ×

# # #

# ×

X x

# # #

# ×

ln ¦

@`B

∆v

G># ×

353,25 <

8,314 · ln 0,997

30,76 · 10

2,83004 · 10

# # #

353,35 K

Równanie ebulioskopowe

∆

# ×

∆v

G># ×

· ¦

@`B

8,314 · 353,25

30,76 · 10

· 0,003 0,1012 K

# # #

# ×

< ∆

353,25 < 0,1012 353,35 K

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/21 13:06

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 2.

Dane:

100 g, (

142,0

mol

1000 g, ∆v

G># H

40,66

mol

Szukane:

# # #

§*

H=O

(obliczenie to jest zbędne do prawidłowego rozwiązania zadania)

Obliczając ułamek molowy substancji rozpuszczonej (

) należy uwzględnić dysocjację soli:

2Na

< SO

Wówczas ułamek molowy efektywny (rzeczywisty) jonów (2 mole + 1 mol) wynosi:

3 ·

)

Na=SOg

3 ·

)

Na=SOg

)

H=O

3 ·

-22

-4D,2

3 ·

-22

-4D,2

-222

-3,2

0,0366

Równanie ebulioskopowe

∆

# H

∆v

G># H

· ¦

8,314 · 373,15

40,66 · 10

· 0,0366 1,042 K

# # #

# ×

< ∆

373,15 < 1,042 374,19 K

Prawo Raoulta
$ $

· ¦

· 1 A ¦

101325 · @1 A 0,0366B 97,6 · 10

Zadanie 3.

Dane:

cukru

5 %,

NaCl

1 %, (

NaCl

58,5

mol

Szukane:

(

cukru

Błąd w treści zadania, powinno być: „(…) znajdujące się w otwartych

naczyniach umieszczono obok siebie w zamkniętym pojemniku i pozostawiono (…)”.

W stanie równowagi prężności, tak rozcieńczonych roztworów, są równe prężności par wody:

ê # #

êê # #

x $

· ¦

ê # #

· ¦

êê # #

x ¦

ê # #

êê # #

1 A ¦

cukru

1 A ¦

NaCl

x ¦

cukru

NaCl

cukru

NaCl

êê

)

cukru

)

cukru

)

H=O

)

NaCl

)

NaCl

)

H=O

ëë

H=O

cukru

·)

Fë

cukru

·)

cukru

@- è

cukru

B·)

H=O

NaCl

·)

Fëë

NaCl

·)

ëë

NaCl

@- è

NaCl

B·)

ëë

H=O

(

cukru

(

NaCl

- è

NaCl

Dè

NaCl

cukru

- è

cukru

58,5 ·

- 2,2-

D·2,2-

2,29

- 2,29

58,5 · 2,605 152,4

mol

Zmienne pomocnicze:

to masa roztworu pierwszego,

êê

to masa roztworu drugiego.

NaCl

cukier

e-notatka chemia fizyczna 1.pdf

2008/01/21 13:06

SNy: Biotechnologia

Studenckie Notatki Cyfrowe

www.sny.one.pl

Zadanie 4.

Dane:

"#G # #

G # #

4,4ß, ¦

kwasu

0,02,

∆v

G ×

mol

G ×

5,4ß 278,55 K,

Szukane:

(stała asocjacji, stała reakcji dimeryzacji).

2CH

COOH @CH

COOHB

@CH

COOHB

@¦

COOH

dimeru

@¦

monomeru

Równanie krioskopowe

∆

G ×

∆v

G ×

· ¦

x ¦

∆

· ∆v

G ×

G # #

· ∆v

G ×

@5,4 A 4,4B · 10 · 10

8,314 · 278,55

0,0155

Stężenia całkowite:

< ¦

2¦

< ¦

Rozwiązać należy układ równań:

í0,0155 ¦

< ¦

0,02 2¦

< ¦

h x íA0,0155 A¦

A ¦

0,02 2¦

< ¦

h x í¦

0,02 A 0,0155

0,02 A 2¦

x í

4,5 · 10

0,02 A 2 · 4,5 · 10

0,011

Ostatecznie:

4,5 · 10

0,011

37,19

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Chemia fizyczna notatki id 1122 Nieznany
wyklad z czwartku chemia fizycz dnia19 marca
Chemia fizyczna sprawozdanie (6 1) id 112219
Chemia fizyczna wykład 11
chemia fizyczna38
chemia fizyczna07
chromatografia jonowymienna 2, Rok I, chemia fizyczna, chemia fizyczna-protokoły
10.6 poprawione, semestr 4, chemia fizyczna, sprawka laborki, 10.6
Pojęcia na egzamin z metali, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Tabelka pomiarowa do 21, BIOTECHNOLOGIA POLITECHNIKA ŁÓDZKA, CHEMIA FIZYCZNA
CHEMIA FIZYCZNA- spektrografia sc, Ochrona Środowiska pliki uczelniane, Chemia
Kolokwium nr 2 (2), Technologia chemiczna, Chemia fizyczna, 3 semestr, fizyczna paczi
Chemia fizyczna 18, chemia fizyczna, chemia, FIZYCZNA - raporty
mmgg, Studia PŁ, Ochrona Środowiska, Chemia, fizyczna, laborki, wszy, chemia fizyczna cz II sprawka
Pytania z wejściówek, analityka medyczna UMP 2014, chemia fizyczna, ćwiczenia
raport5.2, UMK, Chemia fizyczna

więcej podobnych podstron