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: ............................
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/3� /1 /2 /2 /2 /4 /1� /2� /1 /2� /2 /1�
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
/1� /1� /2 /1� /2� /2 /2 /2 /1 /2 /2 /1
25 26 27 28 29 30 Ł Ocena: Data: Podpis
/2 /2� /2 /3 /2 /2 /60
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 wyraz
nie w miejscu na odpowiedz
na formularzu (za odszukanie na kartkach nie anonsowanych w ten sposób
odpowiedzi potrąca się � punkta).
" Jeżeli pytanie dotyczy zaznaczenia, należy wyraz
nie zaznaczyć swój wybór ujmując wskazaną odpowiedz
w kółko. Po-
prawnych może być jedno, dwa lub więcej stwierdzeń. W pytaniach wymagających opisu proszę o zwięzłość, a także o
wyraz
ny charakter pisma. Przy wskazaniach prawdziwości stwierdzeń pisz wyraz
nie PRAWDA lub FAA
SZ, 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:
3� pkt możliwe do uzyskania; po � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) "F1-2-3<"F1-4-3 & & .....................
b) "G1-2-3="G3-2-1 & & .....................
c) q1-2-3< q1-4-3 & & .....................
d) T1>T4 & & .....................
e) "H2-3=q2-3 & & .....................
f) "H1-4-3="H1-2-3 & & .....................
g) w1-2-3>w1-4-3 .............................
2. Temperatura krytyczna cyjanowodoru (HCN) wynosi 183,45oC. Oznacza to, że:
wskaż wszystkie poprawne stwierdzenia; 1 pkt możliwy do uzyskania; punkty dodatnie za dobrą odpowiedz
, ujemne za złą,
za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) powyżej tej temperatury cząsteczka HCN rozpada się na pierwiastki,
b) powyżej tej temperatury cyjanowodór nie da się skroplić pod żadnym ciśnieniem,
c) 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.
Egz_1A_34.DOC
3. Zaznacz, które wielkości termodynamiczne są funkcjami ekstensywnymi, a które intensywnymi;
2 pkt możliwe do uzyskania; po � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) standardowa molowa entalpia swobodna tworzenia, "G0tw298 Intensywna Ekstensywna
b) entalpia reakcji, "hr I E
c) molowa pojemność cieplna przy stałej objętości, CV I E
d) gęstość gazu, � I E
4. Wynik doświadczenia Joule a sugeruje, że (dU/dV)T zwane też ciśnieniem wewnętrznym gazu ĄT 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)p=CV, a w konsekwencji Cp CV=R
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 � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
A .........................
B .........................
C .........................
D .........................
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) qBA (wzdłuż krzywej), b) qAC, c) qCB, d) qACB.
4 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
7. Zaznacz, która z postaci równania Clausiusa-Clapeyrona jest błędna:
P"H
�ł �ł
P2 "H p(s) �ł 1 1 dP
p(s)
a) ln = - �ł b) =
2
�ł
P1 R T2 T1 �ł dT RT
�ł łł
"H
d ln P dP "HPF
p(s)
c) = d) =
2
dT RT dT T"V
za poprawne wskazanie 1 pkt, za błędne  1 punkt, za brak odpowiedzi 0. Do zdobycia 1� punkta.
Błąd polega na: ......................................................................................................................................................................
Egz_1A_34.DOC
8. Przy poniższych stwierdzeniach wpisz które są prawdziwe, a które fałszywe:
2� pkt możliwe do uzyskania; po � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � 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, T1 T2, (T1>T2) 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
RT a
P = -
2
10. Równanie stanu gazu rzeczywistego van der Waalsa ma postać:
Vm - b Vm
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?
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
2� pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
11. Stała równowagi Kp 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 � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � 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). Dowiedz
, że jest to równoznaczne z tym, iż stały metaliczny Bi pływa
po powierzchni stopionego Bi.
1� pkt możliwe do uzyskania, nie ma punktów ujemnych.
13. Wskaż, który spośród poniższych wykresów nie jest poprawnym diagramem fazowym dla układu dwuskładnikowego.
Odpowiedz
uzasadnij. 1� pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
a) b) c) d)
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
14. W trzech zdaniach wyjaśnij na czym polegają transpiracyjne metody pomiaru prężności pary.
1� 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 � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � 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 CaCl2.
Zawartość zlewki ciągle mieszano. Zaobserwowano, że jako pierwsze zaczęły się w niej wydzielać stałe kryształki soli
& & .....................
c) Zmiana ciśnienia wpływa słabiej na Twrzenia substancji czystej niż jej Ttopnienia & & .....................
d) Przez roztwór doskonały substancji A i B przepuszczano w stałej temperaturze T strumień gazu obojętnego. W tej tempe-
raturze P0A = 0,8P0, zaś P0B = 0,6P0. 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.
1� 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.
2� pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................................
Egz_1A_34.DOC
18. Wyprowadz
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, CH3(COOH)2, 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 H2O. .................................... Ile gramów kwasu wydzieli się
z roztworu nasyconego zawierającego 30 moli/kg H2O, jeżeli zawiera on 200 g wody
i ostudzimy go do 20oC? .................................. Temperaturę można podać z dokład-
nością do 5oC, 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 � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � 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 "G0 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 � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) Gdy aktywność składnika i w mieszanie, ai1, to �i+" & & ......................
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 "G0<0 & & ......................
d) 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 odpowiedz
):
a) kwas octowy (Ke=3,57 K�mol 1�kg); b) p dichlorobenzen (Ke=7,11 K�mol 1�kg);
c) woda (Ke=1,86 K�mol 1�kg); d) benzen (Ke=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 odpowiedz
,  1 pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
25. Zaznacz, które stwierdzenia są fałszywe, a które prawdziwe.
2 pkt możliwe do uzyskania; po � pkt za każdą dobrą odpowiedz
, po  � pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) Możliwa jest produkcja substancji powstających w reakcji, której "G0>0 & & .....................
b) W temperaturze 75oC 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  BaCl2 , 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 "G0 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 ą2% 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.......%
2� 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)H jest większy, kiedy mniejszy, kiedy równy zeru? (�pkt) ................................
............................................................................................................................................................................................................
Ile wynosi on dla gazu doskonałego? ................................ (�pkt) A
ącznie 2 pkt do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.
30. W temperaturze T, P0A=2,0�104Pa, P0B=2,5�104Pa, kHxA=0,8�104Pa, kHxB=1,2�104Pa.
Na przedstawionym układzie współrzędnych nanieś i opisz:
a) punkty reprezentujące P0A, P0B, kHxA i kHxB;
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.