89959

Podstawy chemii fizycznej

Lista 1 - rozkłady statystyczne, równanie stanu, oblicznie pracy, pierwsza zasada

termodynamiki.

1.    Energie stanów rotacyjnych cząsteczki są opisywane równaniem Ej = ^J^^J* . gdzie J jest liczbą kwantową rotacji, a I - momentem bezwładności cząsteczki. Degeneracja stanu jest równa 27+1. Który stan rotacyjny cząsteczki azotu jest najliczniej obsadzony w temperaturze pokojowej (25"C)? Długość wiązania wynosi 0.1094 nm.

2.    Obliczyć objętość molową i gęstość dwutlenku węgla w temperaturze 400 K. pod ciśnieniem 20 MPa. Porównać wyniki otrzymane za pomocą równań stanu gazu doskonałego, gazu złożonego ze sztywnych kul i van der Waalsa. Wskazówka: objętość z równania van der Waalsa obliczyć metodą iteracyjną.

3.    2 mole metanu o temperaturze o temperaturze 250 K, zajmujące objętość 2.50 dnv\ sprężono izoter-micznie. kwazistatycznie do objętości 1.20 dnv\ Jakie było ciśnienie gazu na początku i na końcu procesu i jaka praca została wykonana podczas sprężania? Metan opisać równaniem van der Waalsa.

4.    Kompresor przeznaczony do sprężania powietrza został użyty do sprężania argonu. Proces musiano przerwać ze względu na przegrzewanie urządzenia podczas pracy. Wytłumacz ten efekt, przyjmując doskonałość gazu. Załóż, że sprężanie jest prowadzone adiabatycznie i kwazistatyczne.

5.    Obliczyć ciepło wymienione z otoczeniem oraz AU i AH 4 moli tlenu o temperaturze 250 K i pod ciśnieniem początkowym 120 kPa podczas procesu rozprężania izotermiczego do ciśnienia 80 kPa a) w sposób kwazistatyczny; b) przeciwko stałemu ciśnieniu 25 kPa; c) do próżni (przeciwko zerowemu ciśnieniu). Założyć doskonałość gazu.

6.    Wyprowadzić równania adiabaty (równania wiążące ze sobą dwie zmienne stanu) dla przemian gazu

opisywanego równaniem van der Waalsa: nieodwracalnej (praca przeciwko stałemu ciśnieniu) i kwazista-tycznej. Zapisać analogiczne równania adiabaty dla gazu złożonego ze sztywnych kul i gazu doskonałego, traktując ich równania stanu jako graniczne przypadki równania van der Waalsa (a    0).

Lista 2 - Prawo Hessa i prawo Kirchhoffa

1.    Standardowe entalpie tworzenia CO2. CO i HiO(_c) wynoszą odpowiednio-393.51, —110.5 i -285.9

Molowe pojemności cieplne (w można przedstawić za pomocą następujących funkcji temperatury: Cp.coi =44.15 + 9.04-10    8.54- lO^T², C_pCo = 28.42 + 4.10- IO^r-O.46- \&T~², C_pH2o_(g) =

30.13 + 11.30-10"³7\ C_P'H₂0₍₍₎ = 75.15. Entalpia parowania wody w temperaturze wrzenia wynosi 40.66^ Obliczyć AH^{) i AU° reakcji CO2 + H2 = CO + H2O w temperaturze 1000 K.

2. W temperaturze 1200 K AH° reakcji 7>Fe20y +H2 = IFeyO* + //2#(_J?) wynosi 39.6    Obliczyć AH^{)

reakcji Fe^O* + AH2 = 3Fe +    w temperaturze 1200 K. Standardowe entalpie tworzenia Fe20$ i

Fe^O* w temperaturze 298 K wynoszą odpowiednio -822.2 i -1116^, zaś ciepła molowe (w można opisać następującymi funkcjami temperatury: C_p^_Fe) = 17.49 + 0.024777’, C_p(_Fex0*) = 91.55 + 0.20177*, Cp(_Feioi) = 76.37+ 0.095227’.

3.    Obliczyć teoretyczną maksymalną temperaturę płomienia w palniku zasilanym stechiometryczą mieszaniną propanu i powietrza atmosferycznego, wprowadzaną do palnika w temperaturze 298 K. Wartości standardowych entalpii tworzenia i ciepeł molowych odczytać z tablic. Wskazówka: temperatura szukana odpowiada sytuacji, w której całe ciepło reakcji zostaje zużyte, bez strat, na ogrzanie gazów opuszczających palnik. Należy pominąć reakcje uboczne, zachodzące z udziałem azotu.

4.    Zaproponować sposób obliczania entalpii hydratacji jonów Ca²⁺ (i obliczyć jej wartość), korzystając z następujących danych: entalpia sublimacji Ca(s) wynosi 178.2^7. pierwsza i druga entalpia jonizacji Ca{g) wynoszą odpowiednio 589.7^ i 1145^, entalpia parowania bromu wynosi 30.91^, entalpia dysocjacji Bnig) wynosi 192.9^. entalpia przyłączenia elektronu Br(g) wynosi —331.0^. entalpia rozpuszczania CaBr2 wynosi -103.1^. entalpia hydratacji Br~(g) wynosi -337^. entalpia tworzenia CaBr2 wynosi -674.9^.