Fysikalisk Kemi Povmoment Ladokkod: Tentamen ges fö: TentamensKod: 7,5 högskolepoäng Tentamen TK051B Bt2 (Högskoleingenjö i Bioteknik, Åk 2) elle motsvaande Tentamensdatum: 27/10/2015 Tid: 09:00 13:00 Hjälpmedel: Valfi miniäknae Fomelblad som delas ut vid tentamen Totalt antal poäng på tentamen: Tentamen omfatta sammanlagt 60 poäng. Fö att få espektive betyg kävs: Fö godkänt (betyg 3) kävs 24 poäng, fö betyget 4, 36 p och fö betyget 5, 48 p Allmänna anvisninga: Nästkommande tentamenstillfälle: Se Konox Rättningstiden ä som längst te vecko Viktigt! Glöm inte att skiva namn på alla blad du lämna in. Lycka till! Ansvaig läae unde tentamen: Pete Ahlstöm Telefonnumme: 0733-722693
Motivea alla sva!! (Note that English tanslation is given fo some wods. Howeve, the Swedish question is the official question that must be answeed.) 1 a) Skissa Maxwell-Boltzmann-födelningen fö en ideal gas. Gafen ska visa antalet patikla på y-axeln och patikelhastighet på x-axeln. Skissa i samma gaf hu födelningen föändas p. g. a. en tempeatuökning! (3) b) Vad menas med den kvadatiska medelhastigheten fö en gas? (1) c) I en behållae med agongas ä den kvadatiska medelhastigheten 500 m/s. Gastycket ä 1 ba. Vad ä kollisionsfekvensen? (Antag att A ä en ideal gas med atomdiameten 0,39 nm) (4) 2 Man väme 50 g N 2 (g) fån 25 o C till 40 o C med 0,6 kw (1 W = 1 Js 1 ). Uppvämningen ske vid ett konstant tyck av 1 ba. Antag att N 2 (g) uppfö sig som en ideal gas vid dessa tillstånd. a) Hu lång tid ta det att väma gasen öve detta tempeatuinteval? (4) b) Vilket expansionsabete utfös? Utfö gasen abetet på omgivningen elle utfö omgivningen abetet på gasen? Motivea ditt sva! (4) c) Vad ä ändingen i gasens ine enegi unde expansionen? (1) (50 g of N 2 (g) is heated fom 25 o C to 40 o C using 0.6 kw (1 W = 1 Js -1 ). The heating occus at constant pessue. Assume that N 2 (g) behaves ideally unde these conditions. a) How long does it take to heat wate fom 25 o C to 40 o C? b) What expansion wok is done? Does the gas do wok on the envionment o vice vesa? c) What is the change in the gas intenal enegy due to the expansion?) 1
3. a) Vid 25 o C och 1 ba eagea etanol, C 2 H 5 OH(g) med HCl(g) unde bildning av C 2 H 5 Cl(g) och H 2 O(g). Använd bindningsentalpie fö att beäkna entalpiändingen fö denna eaktion. (Ledtåd: Alla av dessa molekyle ha baa enkelbindninga) (5) b) Använd svaet fån a) och standadentopie fö att bestämma om av denna eaktion ä spontan vid 25 o C och 1 ba. Anta att standadentopin fö C 2 H 5 Cl(g) ä 210 J K -1 mol -1. (4) ( a) At 25 o C and 1 ba C 2 H 5 OH(g) eacts with HCl(g) to poduce C 2 H 5 Cl(g) and H 2 O(g). Use bond enthalpies to calculate the change in enthalpy of this eaction. Clue: All of these molecules have single bonds only. b) Use the answe fom a) and standad entopies to detemine if this eaction is spontaneous at 25 o C and 1 ba. The standad entopy fo C 2 H 5 Cl(g) is 210 J K -1 mol -1.) 4. Nä 0.7 g av en molekyl (som innehålle C, O, N och S) löses i 10.0 g bensen vid 25 o C, sjunke bensens patialtyck fån 400 To till 375 To. a) Vad ä molekylens molmassa? (5) b) Bestäm den kemiska potentialändingen fö bensen. (4) (When 0.7 g of a molecule was dissolved in 10.0 g benzene at 25 o C, the benzene s patial pessue dopped fom 400 To to 375 To. a) Vad is the molecule s molecula weight? b) Calculate the change in chemical potential fo benzene.) 5. Betakta en Fe 3+ (aq)/fe 2+ (aq) och en Ag + (aq)/ag(s) halvcell vid 298 K och standadtillstånd. a) Skiv ned den balanseade spontana eaktion som ske nä man koppla ihop dessa halvcelle. (1) b) Använd elektokemiska data fö att beäkna cellpotentialen fö denna eaktion. (2) c) Använd temodynamiska data fö att beäkna cellpotentialen fö denna eaktion. (4) d) Beäkna eaktionskvoten, Q, fö denna cell vid jämvikt. (2) 2
(Conside the Fe 3+ (aq)/fe 2+ (aq) and Ag + (aq)/ag(s) half cells at 298 K and standad conditions. a) Wite down the balanced, spontaneous eaction when these two half cells ae coupled togethe. b) Use electochemical data to calculate the cell potential fo this eaction. c) Use themodynamic data to calculate the cell potential fo this eaction. d) Calculate the eaction quotient, Q, fo this cell when it is at equilibium.) 6 a) Skiv ned definitionen fö eaktionshastigheten med avseende på en eaktant A (1) b) Skiv ned uttycket fö eaktionshastigheten fö en eaktion som ä av fösta odningen med avseende på en eaktant A (1) c) Använd ekvationena i a) och b) fö att häleda hastighetsuttycket (integated ate law) fö en eaktion som ä av fösta odningen med avseende på en eaktant A. Visa alla steg! (2) d) Häled uttycket fö halveingstiden fö en eaktion som ä av fösta odningen med avseende på en eaktant A. Visa alla steg! (2) d) Halveingstiden fö en fösta odningens eaktion A P ä 320 s vid 30 o C. Aktiveingsenegin fö eaktionen ä 50,0 kjmol -1. Vad ä halveingstiden vid 60 o C? (4) 7 Expeimentella studie av eaktionen F 2 + C 2 H 5 B C 2 H 5 F + FB visade att bildningshastigheten fö C 2 H 5 F ä av fösta odningen med avseende på C 2 H 5 B. Ä nedanstående mekanism i öveensstämmelse med dessa studie (6) F 2 k 1 2F F + C 2 H 5 B k 2 C 2 H 5 + FB F + C 2 H 5 k 3 C 2 H 5 F 3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Ingenjöshögskolan i Boås Fomelsamling i fysikalisk kemi p = g h 1J = 1V x 1A x 1s E= hc Enhete: 1J = 1 kg m 2 s -2 1Pa = 1 kg m -1 s -2 101325 Pa = 1 atm 100000 Pa = 1 ba 760 To = 1 atm Kinetisk gasteoi p = nmc 3V 2 c = 3 RT M f = 4 M 2 RT 3 / 2 s 2 exp(-ms 2 /2RT) s = RT 2 N A p = d 2 c = z Tillståndsekvatione pv m = 1 + RT B V m C + 2 V m +. p = nrt V nb - a Temokemi n V 2 16
U = q + w w = -p ex V w (max) = -p dv (evesibelt abete i slutet system) = -nrtln V V f i (ideala gas) q = C T H = q (konstant p) U = C v T (konstant volym) H = C p T (konstant tyck) C p = C v + n R (ideala gas) ds dq T S = nrln S = nrln S = C v ln fus S = vap S = (vid evesibla pocesso gälle likhetstecknet) fus T V V P P T T f vap T H = U + pv G = H - TS b f i f i i f H H (evesibel pocess, ideala gas, konstant tempeatu) (konstant volym) vissa specialfall H = U + p V (konstant tyck) G = H - T S (konstant tyck och tempeatu) G = - T S total (konstant tyck och tempeatu) G = w (max) (konstant tyck och tempeatu) G = n G ( pod ) - f pod eak n G ( eak ) f 17
H = n H ( pod ) - H pod f eak S = ns ( pod ) - pod dg = V dp S dt G m = RT ln p f p i eak n ( eak ) ns ( eak ) f (ideala gas, konstant tempeatu) Clausius-Clapeyons ekvation ln p f p i ΔH vap 1 1 = R T i T f G = G + RT lnq G = -RT lnk (g) = (g) + RT ln a J (ideala gas) J J p J * (l) = (g) + RT ln J J p + RT ln J (ideal lösning) F=C-P+2 p j = j K j p j = j p* T f = K f b j T b = K b b j V n j R T h RT Bc 1 c gm M c n ( A A )= n ( A ) A Kichhoffs lag H (T 2 ) = H (T 1 ) + C p T van t Hoff ekvation ln K(T 2 ) = ln K(T 1 ) + H R 1 T 1 T 1 2 18
Elektokemi G = - FE (evesibel stöm) Nenst ekvation E = E - E = RT F RT F lnk ln Q S = F E ( T ) E ( T ) 2 1 T T 2 1 H = G + T S Reaktionkinetik = k [A] = k [A][B] = k [A] 2 = k [A][B][C] ln 1 [ A ] [ A ] 0 [ A ] = =kt 1 [ A ] 0 + kt k = A exp(-e a /RT) Langmiu isotem p A θ k des p A k ads Lindemann k a k b AB M k a' M k b Michaelis-Menten d P k S b E 0 dä dt S K M K M k a' k k a b 19
20