3582327474

PODSTAWY CHEMII FIZYCZNEJ (zadania do wykładu prof. T. Lutego)

LISTA nr 3 (2009/2010 w)

Zapoznać się z treścią rozdziałów 4.1 i 4.1.1 - 4.1.3 oraz przykładami 4.2.1 - 4.2.8, 4.3.1 -4.3.2,4.3.5 -4.3.8 z „Obliczeń fizykochemicznych” JTDP.

1.    Mol tlenu o temperaturze 300 K rozprężono izotermicznie od Vt = 10 dm³ do Vi = 20 dm³, przy czym gaz przesunął tłok obciążony ciśnieniem 10⁵ Pa. Następnie gaz sprężono izotermicznie odwracalnie do objętości pierwotnej. Obliczyć zmiany energii wewnętrznej, entalpii, entropii oraz wartości transportu i produkcji entropii w obu procesach z osobna. Tlen opisać równaniem van der Waalsa (a = 0,138 J-m³mor², b = 3,18-10^ m^mol^-1).

Odp.: rozprężanie: AU = 6,9 J, AH = 2,9 J, AS = 5,8 J/K, AS* = 3,4 J/K, A_{S = 2,4 J/K; sprężanie: AU =-6,9 J,AH =-2,9 J, AS = -5,8 J/K, AS* = -5,8 J/K, AiS = 0

2.    Do 5 dm³ wody o temperaturze 298 K dodano 1 kg lodu o temperaturze 265 K. Obliczyć końcową temperaturę układu wiedząc, że jest on odizolowany od otoczenia. Założyć, że pojemności cieplne wody i lodu nie zależą od temperatury i wynoszą odpowiednio 75,15 i 35,51 J/mol-K, a ciepło topnienia lodu wynosi 6007 J/mol. Obliczyć także zmianę entropii w tym procesie.

Odp.: 280 K, 86,2 J/K

3.    Obliczyć entropię molową CO w 200°C pod ciśnieniem 50,67* 10⁵ N/m² wiedzą:, że w 25°C i pod ciśnieniem 1 atm jest ona równa 197,9 J-mol^K^-1, oraz, że C°_co =28,41 +4,10-10“³r-0,46*10⁵T-² [J-mol^K"¹].

Odp.: 179,06 J-mol^K"¹

4.    Jak zmieni się entropia podczas przeprowadzenia 2 moli ciekłego amoniaku o temperaturze -40°C w amoniak gazowy o temperaturze 200°C pod stałym ciśnieniem 1013,25 hPa mając dane:

C_P (NH₃, c) = 74,82 J-mol^K"¹

C_P (NH₃, g) = 33,61 + 29,26-10^7+ 21,32-10 J-mol^K"¹.

Molowe ciepło parowania amoniaku w temperaturze wrzenia 239,7 K i pod ciśnieniem 1 atm wynosi AT/⁰ = 23,24 kJ/mol.

Odp.: wzrośnie o 248,7 J/K

5.    Jeden mol jednoatomowego gazu doskonałego znajdujący się w temperaturze 298 K i pod ciśnieniem 5 atm rozpręża się do ciśnienia końcowego 1 atm:

a)    izotermicznie i odwracalnie,

b)    izotermicznie przeciw stałemu ciśnieniu 1 atm,

c)    adiabatycznie i odwracalnie,

d)    adiabatycznie przeciw stałemu ciśnieniu 1 atm.

Obliczyć zmiany entropii, energii swobodnej i entalpii swobodnej dla każdego z tych procesów. Przyjąć S° = 150,0 J-mol"^lK^_l.

Odp.: a) AS = 13,4 J/K, AF = -3987 J, AG = -3987 J, b) AS = 13,4 J/K, AF = -3987 J, AG = -3987 J, c) AS = 0, AF = 17560 J, AG = 16384 J, d) AS = 5,4 J/K, AF = 10758 J, AG = 9965 J

6.    Mol pary wodnej pod ciśnieniem 5,065-10⁴ Pa w temperaturze 383 K skomprymowano w stałej temperaturze do ciśnienia 1,013-10⁵ Pa, następnie ochłodzono pod stałym ciśnieniem do temperatury 373 K i skroplono. Obliczyć zmianę entropii i entalpii swobodnej wody traktują: parę wodną jako gaz doskonały. Wartości wielkości termodynamicznych potrzebne w obliczeniach wziąć z tabeli 10.3 JDP.

Odp.: AS = -115,68 J/K, AG = 4217 J