termodynamika zadania, chemia fizyczna
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Chemia Fizyczna, Ěwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(1) Rwnanie stanu gazu doskonaÿego. I zasada termodynamiki: ciepÿo, praca.
1. Aby okreŰliĚ dokÿadnħ wartoŰĚ staÿej gazowej R, student ogrzaÿ zbiornik o objĶtoŰci 20,000 l
wypeÿniony 0,25132 g gazowego He do temperatury 500
o
C. Zmierzone ciŰnienie wynosiÿo
206,402 cm sÿupa wody w temp. 25
o
C. Oblicz wartoŰĚ R na podstawie tych danych.
(GĶstoŰĚ wody w temp. 25
o
C wynosi 0,997047 g
.
cm
-3
).
2. W temperaturze 100
o
C i pod ciŰnieniem 120 Tr gĶstoŰĚ par fosforu wynosi 0,6388 kg
.
m
-3
.
Jaki jest wzr czħsteczkowy fosforu w tych warunkach?
3. Balon meteorologiczny wypuszczony na poziomie morza w temp. 20
o
C ma promieś 1,0 m,
ktry ulega zwiĶkszeniu do 3,0 m, gdy balon osiħga wysokoŰĚ, gdzie temperatura spada do -20
o
C.
Jakie ciŰnienie panuje wewnħtrz balonu na tej wysokoŰci?
4. Jeden mol gazowego argonu zamkniĶto w cylindrze z tÿokiem. Podczas izotermicznego
odwracalnego rozprĶƌania gaz zwiĶkszyÿ trzykrotnie swojħ objĶtoŰĚ (do 6
.
10
-3
m
3
), wykonujħc
przy tym pracĶ -1,1 kJ. Oblicz poczħtkowe i koścowe ciŰnienie Ar w zbiorniku.
5. Prbka metanu o masie 10 g w temp. 300 K zajmuje objĶtoŰĚ 25 dm
3
. (a) Oblicz pracĶ
wykonanħ przez ten gaz podczas izotermicznego rozprĶƌania pod staÿym ciŰnieniem rwnym 20
kPa, gdy jego objĶtoŰĚ wzrasta dwukrotnie. (b) Oblicz pracĶ, jaka zostaÿaby wykonana, gdyby
proces rozprĶƌania prowadzony byÿ w sposb odwracalny.
6. W cylindrze z tÿokiem znajduje siĶ 6 moli gazu pod ciŰnieniem atmosferycznym. Gaz ogrzano
dostarczajħc mu 1000 J ciepÿa w warunkach izobarycznych. C
V
gazu wynosi 22 J
.
K
-1
.
mol
-1
.
Oblicz ƢU i pracĶ wykonanħ przez gaz zakÿadajħc, ƌe pojemnoŰĚ cieplnħ cylindra moƌna pominħĚ.
Wskazwki: C
p
Ï C
V
= R; q
p
= n C
p
ƢT; ƢU = n C
V
ƢT.
(2) I zasada termodynamiki: energia wewnĶtrzna i entalpia. Cykle termodynamiczne.
1. 1/R mol jednoatomowego gazu doskonaÿego zajmujħce w temp. 300 K objĶtoŰĚ 5
.
10
-3
m
3
zostaÿo poddane procesowi, w ktrym temperatura gazu wzrosÿa dwukrotnie. Oblicz q, w, ƢU, ƢH
oraz koścowe wartoŰci P i V procesu, jeŰli byÿ on: (a) izobaryczny odwracalny; (b) izochoryczny
odwracalny; (c) adiabatyczny odwracalny.
2. Prbka zawierajħca 1 mol gazu doskonaÿego, dla ktrego C
P
= 20,8 J
.
K
-1
.
mol
-1
, znajduje siĶ
poczħtkowo w temperaturze 315 K i pod ciŰnieniem 230 kPa. W wyniku odwracalnego
rozprĶƌania adiabatycznego osiħgniĶto ciŰnienie 170 kPa. Oblicz koścowħ temperaturĶ i objĶtoŰĚ
gazu oraz wykonanħ pracĶ.
3. Pewien fluorowodr podczas odwracalnej adiabatycznej ekspansji podwoiÿ swojħ objĶtoŰĚ,
przy czym temperatura spadÿa od 298,15 K do 248,44 K, ciŰnienie zaŰ od 1522,2 Tr do 613,85 Tr.
Na podstawie tych danych wyznacz C
P
badanego zwiħzku.
4. Jeden mol gazowego azotu, zajmujħcy objĶtoŰĚ 20 dm
3
, podczas izotermicznego rozprĶƌania
przeciw staÿemu ciŰnieniu zewnĶtrznemu (10
5
Pa) w temperaturze 298 K wykonaÿ pracĶ rwnħ
RT J. NastĶpnie gaz poddano odwracalnemu sprĶƌaniu adiabatycznemu do poczħtkowej
objĶtoŰci. Oblicz sumaryczne q, w, ƢU, ƢH procesu oraz koścowe wartoŰci parametrw stanu.
5. PrbkĶ zawierajħcħ 1 mol gazu doskonaÿego, dla ktrego C
V
=
3
ɉ
2
R, poddano cyklowi
przemian odwracalnych pokazanych na rys. 1. Oblicz q, w, ƢU, ƢH dla kaƌdego etapu i caÿego
cyklu oraz temperaturĶ gazu w punktach wĶzÿowych procesu.
Rys. 1
Rys. 2
6. Gaz doskonaÿy jednoatomowy wykonuje odwracalny cykl przemian pokazany na rys. 2.
Oblicz q, w, ƢU, ƢH dla kaƌdego etapu i caÿego cyklu.
Chemia Fizyczna, Ěwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(3) Termochemia. Prawo Hessa, prawo Kirchhoffa.
1.
.
2.
grafit
.
diament
.
3.
.
.
.
.
.
4.
4NH
3
+ 5O
2
= 4NO + 6H
2
O
S
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.S
r
.
.
.
S
.
6.
.
.
7.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Chemia Fizyczna, Ěwiczenia rachunkowe
Chemia, semestr III
(4) II zasada termodynamiki: entropia. Teoremat Nernsta i entropia absolutna.
1. Oblicz molowħ entropiĶ absolutnħ gazowego dwutlenku siarki w temp. 298 K pod ciŰnieniem
1,5 atm. Molowa pojemnoŰĚ cieplna staÿego SO
2
opisana jest âszeŰcianem DebyeÔaÒ (C
P
=
a
.
T
3
)
do temp. 15,2 K, gdy wynosi 3,6 J
.
K
-1
.
mol
-1
. W zakresie temperatur 15,2-100 K przyjmij C
P,(s)
=
= 43,3 + 0,543 T Ï 3,36
.
10
-3
T
2
J
.
K
-1
.
mol
-1
, a od 100 K do temperatury topnienia C
P,(s)
= 29,6 +
+ 0,1755 T J
.
K
-1
.
mol
-1
. Molowe pojemnoŰci cieplne ciekÿego i gazowego SO
2
mogħ byĚ przyjĶte
jako staÿe w rozpatrywanym zakresie temperatur i wynoszħ C
P,(c)
= 185 J
.
K
-1
.
mol
-1
oraz C
P,(g)
=
= 46,7 J
.
K
-1
.
mol
-1
. Molowe entalpie przemian fazowych w ich normalnych temperaturach
wynoszħ Ƣ
top
H
o
= 7,4 kJ
.
mol
-1
(w temp. 197,6 K) oraz Ƣ
par
H
o
= 24,9 kJ
.
mol
-1
(w temp. 263,1 K).
zzzzz
zzzz
2. Oblicz zmianĶ entropii ukÿadu towarzyszħcħ zmieszaniu 0,1 kg wody o temperaturze 100
o
C
i 0,2 kg wody o temperaturze 20
o
C. Ciepÿo wÿaŰciwe wody wynosi 4186 J
.
K
-1
.
kg
-1
.
3. Jeden mol gazu doskonaÿego znajdujħcego siĶ w temp. 300 K pod ciŰnieniem 1,5
.
10
6
Pa
rozprĶƌa siĶ izotermicznie i odwracalnie do objĶtoŰci koścowej 10 dm
3
. Oblicz ciepÿo procesu,
pracĶ wykonanħ przez gaz oraz zmianĶ entropii ukÿadu i otoczenia.
4. Blok miedzi o masie 500 g znajdujħcy siĶ poczħtkowo w temp. 293 K znajduje siĶ w kontakcie
termicznym z grzejnikiem elektrycznym o oporze 1,00 kƶ i zaniedbywalnej masie. Przez grzejnik
przepuszczono prħd o natĶƌeniu 1,0 A w czasie 15,0 s. Oblicz zmianĶ entropii miedzi, przyjmujħc
C
P
= 24,4 J
.
K
-1
.
mol
-1
. DoŰwiadczenie wykonano powtrnie dla miedzi zanurzonej w wodzie,
ktra zapewniaÿa staÿħ temperaturĶ 293 K. Oblicz zmianĶ entropii miedzi i wody w tym przypadku.
5. 1536 g czĶŰciowo stopionego naftalenu (mieszanina w stanie rwnowagi termodynamicznej,
zawierajħca staÿy i ciekÿy naftalen w stosunku molowym 1:5) zmieszano z 256 g naftalenu o temp.
333,2 K w izolowanym naczyniu pod ciŰnieniem atmosferycznym. Oblicz ƢS tego procesu.
Norm. temp. krzepniĶcia naftalenu wynosi 353,2 K; M
=
128 g
.
mol
-1
; C
P,(s)
= 165,7 J
.
K
-1
.
mol
-1
.
6. 1,2 mola gazu doskonaÿego jednoatomowego wykonuje
cykl odwracalny pokazany na rys. 1. Oblicz q, w, ƢU, ƢH,
ƢS kaƌdego procesu i caÿego cyklu oraz brakujħce wartoŰci
parametrw stanu (P, V, T), gdy T
A
= 200 K.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]