Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Relevanta dokument
Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i kemisk termodynamik den 12 juni 2012 kl till (Salarna L41, L51 och L52)

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 14-19

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Repetition F12. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Repetition F9. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Övningstentamen i KFK080 för B

Repetition F10. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Tentamen i Termodynamik Q, F, MNP samt Värmelära för kursen Värmelära och Miljöfysik 20/8 2002

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Tentamen KFK080 för B,

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

Tentamen i Allmän kemi 7,5 hp 5 november 2014 ( poäng)

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Termodynamik Föreläsning 4

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM (KVM091 och KVM090) kl och lösningsförslag

Repetition F8. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Tentamen i Kemi för miljö- och hälsoskyddsområdet: Allmän kemi och jämviktslära

Entropi. Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete.

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Galenisk och Fysikalisk kemi för Receptarieprogrammet. Övningsexempel i Fysikalisk kemi

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar. Koncentrationer Ångtryck Kolligativa egenskaper. mol av upplöst ämne liter lösning

Ytor och gränsskikt, Lektion 1 Ytspänning, kapillaritet, ytladdning

Kapitel 11. Egenskaper hos lösningar

Räkneuppgifter i matematik, kemi och fysik för repetition av gymnasiet. Farmaceutiska Fakulteten

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

SF1513 NumProg för Bio3 HT2013 LABORATION 4. Ekvationslösning, interpolation och numerisk integration. Enkel Tredimensionell Design

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

Kapitel Repetition inför delförhör 2

Farmaceutisk fysikalisk kemi, A6. Föreläsning: Faslära PH

Kinetik, Föreläsning 1. Patrik Lundström

Kapitel Kapitel 12. Repetition inför delförhör 2. Kemisk kinetik. 2BrNO 2NO + Br 2

PTG 2015 övning 1. Problem 1

18. Fasjämvikt Tvåfasjämvikt T 1 = T 2, P 1 = P 2. (1)

Meddelande. Föreläsning 2.5. Repetition Lv 1-4. Kemiska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt 2012

1. INLEDNING 2. TEORI. Arbete TD3 Temperaturberoendet för en vätskas ångtryck

Allmän Kemi 2 (NKEA04 m.fl.)

mg F B cos θ + A y = 0 (1) A x F B sin θ = 0 (2) F B = mg(l 2 + l 3 ) l 2 cos θ

TENTAMEN I KEMI TFKE16 (4 p)

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Tentamen ges för: Årskurs 1. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

Temperatur T 1K (Kelvin)

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

David Wessman, Lund, 29 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 3. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Kapitel V. Praktiska exempel: Historien om en droppe. Baserat på material (Pisaran tarina) av Hanna Vehkamäki

Idealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Kapitel 6. Termokemi

Tentamen KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik,

Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen KFKA05 för B, kl 14-19

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM091 och KVM090) kl

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Kapitel 6. Termokemi

Kinetik, Föreläsning 2. Patrik Lundström

Tentamensskrivning i FYSIKALISK KEMI Bt (Kurskod: KFK 162) den 19/ kl

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Hur mycket energi. Förbränning av fasta bränslen

TENTAMEN KEM 011, DEL A och B

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Övningar Homogena Jämvikter

EXPERIMENTELLT PROV ONSDAG Provet omfattar en uppgift som redovisas enligt anvisningarna. Provtid: 180 minuter. Hjälpmedel: Miniräknare.

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM091 och KVM090) förmiddag

KEMISK TERMODYNAMIK. Lab 1, Datorlaboration APRIL 10, 2016

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Termodynamiska potentialer Hösten Assistent: Frans Graeffe

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Transkript:

Tentamen i kemisk termodynamik den 7 januari 2013 kl. 8.00 till 13.00 Hjälpmedel: Räknedosa, BETA och Formelsamling för kurserna i kemi vid KTH. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! 1. a) Visa att H = q vid konstant tryck utifrån första huvudsatsen, uttrycket för tryckvolymarbete samt definitionen av entalpi. (3p) b) Man tillsätter 21.05 g vattenånga med temperaturen 100 C och 415 g vatten med temperaturen 25 C i en värmeisolerad termos (dvs ett isolerat system). Beräkna sluttemperaturen i termosen. Värmekapaciteten för H 2O(l) är C p = 75.3 J/K mol och förångningsentalpin för vatten är H vap = 40.65 kj/mol. (3p) c) Beräkna den totala entropiändringen S för förlopper i (b). (4p) 2. Härled Clausius-Clapeyrons ekvation utgående från uttrycket för den kemiska potentialen dμ = S m dt + V m dp och villkor för jämvikt mellan två faser (vätska och gasfas). (3p) b) Ångtrycken för 1-brombutan (A) och 1-klorbutan (B) i Pa har uppmätts vid olika absoluta temperaturer i Kelvin och kan uttryckas med följande empiriska samband ln p A = 17.076 1584.8 T 111.88 ln p B = 20.612 2688.1 T 55.725 Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin S vap för brombutan vid dess normala kokpunkt. (3p) c) Brombutan och klorbutan bildar en ideal vätskeblandning. Beräkna molbråket av brombutan i en vätskeblandning som har det totala ångtrycket 9750 Pa vid 32 C. Beräkna även molbråket av brombutan i ångfasen som står i jämvikt med denna vätskeblandning. (4p) 1

3. a) Varför minskar isens smältpunkt med ökande tryck? (2 p) Figuren visar fasdiagrammet för systemet LiCl - vatten (H 2O) vid trycket 1 atm. b) LiCl och H 2O bildar en intermediär förening vid ca 30 vikts % LiCl. Vad har denna för stökiometrisk sammansättning? (2p) c) Bestäm lösligheten av LiCl i vatten (dvs den högsta koncentration av LiCl som kan blanda sig med vatten) vid 0 C. (3p) d) Man sänker temperaturen på en blandning bestående av 2 g LiCl och 8 g vatten till 60 C. Bestäm hur många gram av varje fas som bildas samt de närvarande fasernas sammansättning. (3p) 2

4. a) Visa att det osmotiska trycket Π för en lösning av B i ett lösningsmedel A ges av Π = RT ln a A V A där a A och V A är lösningsmedlets akti vitet respektive molvolym. (3p) b) Osmotiska tryckets variation med den molära koncentrationen c n/v kan skrivas som en virialutveckling på följande sätt Π = crt(1 + Bc + Cc 2 + ) där B och C är andra respektive tredje virialkoefficienterna. Man har uppmätt det osmotiska trycket för lösningar av polymeren polykloropren upplöst i toluen vid olika polymerkoncentrationer c m m/v [i mg/ml] vid 30 C enligt nedanstående tabell. c m/mg cm 3 1.33 2.10 4.52 7.18 9.87 Π/Pa 30 51 132 246 390 Beräkna polymerens molmassa M samt den andra virialkoefficienten B vid 30 C. (4p) c) Beräkna ångtrycket av toluen över en lösning med osmotiska trycket Π = 100 atm. Ångtrycket och densiteten för ren toluen (C 7H 8) är 36.7 mm Hg respektive ρ = 0.858 g/ml. (3p) 3

5. a) Maxwells relationer kan vara knepiga att komma ihåg. Egentligen behöver du bara komma ihåg följande ekvationer för att härleda sambanden (3p): du = TdS pdv + µdn H = U + pv A = U TS G = H - TS Utgående från dessa visa att dg = -SdT + Vdp + µdn samt att S p = V T T,n p,n b) Konstgödsel framställs industriellt genom att ammoniak syntetiseras från kvävgas och vätgas vid 450 C och 350 bar i den så kallade Haber-Bosch processen N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) Följande data gäller vid 25 C. ΔH f kj/mol S J/K, mol C p J/K, mol H 2 (g) 0 130.68 28.82 N 2 (g) 0 191.61 29.13 NH 3 (g) 46.11 192.45 35.06 N 2 och H 2 med molförhållandet 1:3 får reagera i ett tryckkärl vid 450 C och 350 bar. Beräkna molbråket av ammoniak i reaktionsblandningen förutsatt att alla gaser beter sig som ideala gaser. (3p) c) Vid höga tryck beter sig gaser i regel inte som ideala gaser med aktivitetskoefficienter γ i = 1. Lagen om korresponderande tillstånd innebär att alla icke-ideala gaser approximativt följer samma tillståndsekvation om man använder de reducerade variablerna p r = p/p c, T r = T/T c och V m,r = V m/v m,c, där c betecknar värden vid den kritiska punkten. De två diagrammen på nästa sida visar aktivitetskoefficienten γ i som funktion av det reducerade trycket p r vid olika reducerade temperaturer T r. Beräkna molbråket av ammoniak i reaktionsblandningen vid 450 C och 350 bar då gaserna beter sig som reella gaser. Den kritiska temperaturen och trycket är T c = 33.2 K respektive p c = 12.8 bar för H 2, T c = 126.3 K och p c = 33.5 bar för N 2, och T c = 405.5 K och p c = 111.3 bar för NH 3. (4p) 4

5

Lösningsförslag till tentamen i Kemisk Termodynamik 130107: 1. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) q = H vid konstant tryck, q = 0 för ett isolerat system q = n 1 H vap + n 1 T 373 C p dt T + n 2 C p dt 298 = 0 q = 21.05 [ 40.65 18.015 103 + 75.3(T 373)] + 415 75.3(T 298) = 0 18.015 T = 327.7 K = 54.5 C c) S = n 1 S vap + n 1 S = 21.05 18.015 40650 373 328 373 C p T dt + n 2 328 298 C p T dt där S vap = H vap/t 327.7 415 327.7 + 75.3 ln + 75.3 ln = 26.0 J/K 373 18.015 298 2. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) Normal kokpunkt: ln 1.013 10 5 = 17.076 1584.8 d ln p = 1584.8 = H vap dt (T 111.88) 2 RT 2 T 111.88 H vap = 1584.8RT2 (T 111.88) 2 = 25.5 kj/mol S vap = H vap/t = 25525/397.4 = 64.2 J/K mol c) T = 305 K p A = 7159 Pa och p B = 18552 Pa Vätskefas: Raoults lag: p = x Ap A + (1 x A)p B T = 397.4 K = 124 C 9750 = x A 7159 + (1 x A) 18552 x A = 0.77 Ångfas: Daltons lag: x A = p A/p = x Ap A /p = 0.773 7159/9750 = 0.57 3. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) (LiCl) x(h 2O) y m LiCl m O = xm LiCl ym O = 32/68 y/x = 68 42.39/(32 18.015) 0.2 LiCl (H 2O) 5 c) Avläsning i diagrammet ger att lösligheten är ca 40 vikt % LiCl d) Vi är i ett 2-fas område med H 2O(s) + lösning närvarande Hävstångsregeln: m lös (23 20) = m is (20 0) m lös + m is = 10 g m is = 1.3 g och m lös = 8.7 g Lösningen har sammansättningen (viktsbråk) x LiCl = 0.23 6

4. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) c = c m/m Π c mrt 1 + Bc m Π = RT + RTB c M M c m M M 2 m Plotta Π/c m mot c m ger rät linje med Lutning = RTB/M 2 och Intercept = RT/M RT/M = 20.09 Nm 2 mg 1 cm 3 = 20.09 J kg 1 M = 8.314 303/20.09= 125 kg/mol RTB/M 2 = 1.9741 Nm 2 mg 2 cm 6 = 1.9741 Nm 4 kg 2 B = 1.9741 125.4/20.09 = 12.3 m 3 /mol c) V A = M/ρ = 92.14/0.858 = 107.4 cm 3 /mol lna A = ΠV A/RT = 100 1.013 10 5 107.4 10 6 /(8.314 303) = 0.4319 a A = 0.649 p A = a Ap A = 0.649 36.7 = 23.8 mmhg 7

5. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) ΔH (298 K) = 2ΔH f (NH 3) = 92.22 kj/mol ΔS (298 K) = 2S (NH 3) S (N 2) 3S (H 2) = 198.75 J/K mol ΔG (298 K) = ΔH TΔS = 92 220 298 ( 198.75) = 32.99 kj/mol ln K(298 K) = G /RT = 32993/8.314 298 = 13.317 C p = 2C p(nh 3) C p(n 2) 3C p(h 2) = 45.47 J/K mol H (T) = H (298 K) + T 298 C p dt = C p (T 298) = 92220 45.47 (T 298) = 78670 45.47T d ln K = ΔH dt p RT K(723) 2 ln = K(298) ln K(723) = 13.317 + K(723 K) = 3.733 10 5 För ideala gaser gäller K = a 2 NH3 a N 2 a 3 = 1 8.314 p NH 3 /p 2 p N 2 /p p /p 3 = 723 ( 78670 45.47T) 298 RT 2 dt 1 78670 1 723 45.47 ln = 10.196 723 298 298 x 2 NH3 x N 2 x 3 p x = 3x N2 och x NH3 + x N2 + x = 1 16 2 2 x NH 3 K = 1 27 1 x NH 3 4 350 2 3.733 10 5 = c) K = a 2 NH3 a N 2 a 3 = γ NH 3 p NH3 /p 2 γ N 2 p N2 /p γ p /p 3 = p tot 2 där p = 1 bar γ 2 NH3 γ N 2 γ 3 16x NH 3 350 3 3 1 x NH 3 2 x NH3 = 0.321 2 x NH 3 x N 2 x 3 p 2 p tot NH 3: T r = T/T c = 723/405.5 = 1.78, p r = p/p c = 350/111.3 = 3.15 γ NH3 = 0.90 N 2: T r = T/T c = 723/126.3 = 5.72, p r = p/p c = 350/33.5 = 10.4 γ N2 = 1.17 H 2: T r = T/T c = 723/33.2 = 21.8, p r = p/p c = 350/12.8 = 27.3 γ = 1.13 2 x NH 3 1.17 1.13 3 x N 2 x 3 1 K = 0.902 3.733 10 5 1.844 = 350 2 = 3.733 10 5 16x NH 3 350 3 3 1 x NH 3 2 x NH3 = 0.372 8