Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Relevanta dokument
Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

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

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

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

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

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

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 KFK080 Termodynamik kl 08-13

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

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.

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

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

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

Kap 6: Termokemi. Energi:

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

Övningstentamen i KFK080 för B

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

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

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

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

Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

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

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

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

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

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

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

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Tentamen KFK080 för B,

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

KEMISK TERMODYNAMIK. Lab 1, Datorlaboration APRIL 10, 2016

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

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

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

4. Kemisk jämvikt när motsatta reaktioner balanserar varandra

Jämviktsuppgifter. 2. Kolmonoxid och vattenånga bildar koldioxid och väte enligt följande reaktionsformel:

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

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

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

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

Homogen gasjämvikt: FYSIKALISK KEMI. Laboration 2. Dissociation av dikvävetetraoxid. N2O4(g) 2 NO2(g)

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

Termodynamik Föreläsning 4

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

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

Farmaceutisk fysikalisk kemi, A6. Föreläsning: Faslära PH

Övningar Homogena Jämvikter

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

Tentamen KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik,

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (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

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

Termodynamik och inledande statistisk fysik

Kapitel 6. Termokemi

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

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 15

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

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

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

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

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

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

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

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

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

4.1 Se lärobokens svar och anvisningar. 4.2 För reaktionen 2ICl(g) I 2 (g) + Cl 2 (g) gäller att. För reaktionen I 2 (g) + Cl 2 (g) 2ICl(g) gäller 2

TENTAMEN I KEMI TFKE16 (4 p)

Räkneövning 2 hösten 2014

Arbetet beror på vägen

Tentamen KFKA05 för B, kl 14-19

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Kapitel III. Klassisk Termodynamik in action

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

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

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 16

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

och/eller låga temperaturer bildar de vätskor, nåt som inte händer för Dieterici-modellen, och virialexpansionen.

Tentamen KFKA05,

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3

Studieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

KURSPROGRAM Inledande kemi (5)

Omtentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

LABORATION 2 TERMODYNAMIK BESTÄMNING AV C p /C v

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Onsdag den 22 augusti 2012 kl 8:30-13:30 i V. Examinator: Bitr. Prof.

Transkript:

Tentamen i Kemisk Termodynamik 2011-06-09 kl 14-19 Hjälpmedel: Räknedosa, BETA och Formelsamling för kurserna i kemi vid KTH. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! Alla använda ekvationer som inte finns i formelsamlingen skall motiveras och alla gjorda antaganden skall redovisas. Maximum 10 poäng per uppgift. Vid tentamen maximeras summan av antalet poäng från det senaste årets kontrollskrivningar och de två första uppgifterna till 20 poäng. Det krävs 25 poäng inklusive kontrollskrivningspoäng för godkänd tentamen. 1. a) Utgå från virialutvecklingen Z pv m /RT = 1 + B p + C p 2 + och visa att B = 0 gäller vid Boyletemperaturen för en icke ideal gas. (3p) b) 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. Diagrammet visar kompressibilitetsfaktorn Z som funktion av det reducerade trycket p r vid olika reducerade temperaturer T r. Ett energibolag vill beställa en klotformad gasbehållare, en så kallad gasklocka, som har kapacitet att förvara 500 ton metangas. Gasklockan skall tillverkas så att den klarar ett tryck på 80 bar vid temperaturen 25 C. Bestäm med hjälp av ovanstående diagram hur stor diameter den sfäriska gasklockan skall ha. För CH 4 gäller T c = 190.6 K respektive p c = 45.6 bar. (4p) c) Förklara varför kompressibilitetsfaktorn Z < 1 vid måttliga tryck medan Z > 1 vid mycket höga tryck för en icke ideal gas. Vilken typ av intermolekylär växelverkan dominerar i CH 4 (g) vid 25 C och 100 bar? (3p)

2. Nickeloxid reduceras till metallisk nickel i närvaro av kolmonoxid enligt följande kemiska reaktion NiO(s) + CO(g) Ni(s) + CO 2 (g) För reaktionen gäller att H = 41.0 kj/mol och G = 41.2 kj/mol gäller vid 25 C. Värmekapaciteterna i intervallet 25 280 C vid trycket 1 bar är givna i följande tabell. C p J/K, mol NiO 44.4 CO 29.1 Ni 26.0 CO 2 37.1 a) Man kan visa att jämviktskonstanten kan skrivas /. Utgå från denna formel och härled van t Hoffs ekvation: ln. Hur påverkas jämviktskonstanten av en temperaturökning beroende på om reaktionen är (i) exoterm alternativt (ii) endoterm? (3p) b) Beräkna den termodynamiska jämviktskonstanten K för reaktionen vid 500 K. (4p) c) Metallisk nickel får stå i kontakt med en gasblandning som innehåller CO (g), CO 2 (g) och N 2 (g), där andelen koldioxid hålls konstant och lika med 20 mol %. Beräkna det partialtryck av CO(g) i gasblandningen som krävs för att den metalliska nickeln inte ska oxideras vid 500 K och 1 bar. (3p) 3. Man har uppmätt ångtrycken för var och en av komponenterna i en vätskeblandning av aceton (A) och koldisulfid (B) vid 35.2 C. x B 0 0.20 0.45 0.67 0.83 1.0 p B /mmhg 0 272 390 438 465 512 p A /mmhg 344 291 250 217 180 0 a) Utgå från de kemiska potentialerna för vardera komponenten in en binär vätskeblandning och visa att Gibbs fria blandningsenergi för en icke ideal blandning ges av uttrycket ln ln, där a A och a B är aktiviteterna baserade på Raoults lag för respektive komponent. (3p) b) Vilken typ av avvikelse från idealt beteende uppvisar systemet aceton koldisulfid vid 35.2 C? Motivera ditt svar. (2p) c) Bestäm sammansättningen (i mol %) i den ångfas som står i jämvikt med en lösning som bildas då 1 mol aceton och 2 mol koldisulfid blandas vid 35.2 C. (2p) d) Beräkna G mix och blandningsentalpin H mix då 1 mol aceton och 2 mol koldisulfid blandas vid 35.2 C. Blandningsentropin S mix kan antas vara densamma som för en ideal vätskeblandning. (3p)

4. Figuren visar fasdiagrammet för systemet bordssalt (NaCl) vatten (H 2 O) vid konstant tryck p = 1 atm. a) Skriv ut i diagrammet vilka faser som finns i respektive område. Tillämpa Gibbs fasregel och räkna ut variansen (= antalet frihetsgrader) i respektive område samt på de två horisontella linjerna. (3p) b) NaCl och H 2 O bildar en intermediär förening. Vad har denna för stökiometrisk sammansättning? (3p) c) Bestäm vilka faser som är närvarande då man blandar 3 g bordsalt med 7 g vatten och sänker temperaturen till 10 C. Bestäm även hur många gram av varje fas som bildas samt fasernas sammansättning. (4p) 5. a) En ideal gas komprimeras från en volym V 1 till volymen V 2. Anta att processen är reversibel och att temperaturen är konstant. Visa att arbetet som görs på gasen (w) är ln Hur förändras den ideala gasens inre energi? (3p) b) Man låter 1 mol N 2 (g) expandera in i ett evakuerat kärl (dvs ett kärl med vakuum) vid 298 K, så att gasen ändrar sin volym från 1 till 10 dm 3. Kvävgasen kan antas följa van der Waals gaslag med vdw koefficienterna a = 1.352 dm 6 atm/mol 2 och b = 38.7 ml/mol. Den molära värmekapaciteten för kvävgas är C V = 20.8 J/mol, K. Beräkna ändringen i inre energi U samt gasens sluttemperatur. (3p) c) Beräkna entropiändringen för expansionsförloppet i (b). (4p)

Lösningsförslag till tentamen i Kemisk Termodynamik 110609 1. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) T r = T/T c = 298/190.6 = 1.56, p r = p/p c = 80/45.6 = 1.75 Avläsning i diagrammet ger Z 0.85 V = ZnRT/p = 0.85 5 10 8 8.314 298/80 105 16.04 = 8206 m 3 V = d 3 /6 d = 6 8206/ = 25 m c) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar Z = 0.85 < 1 Attraktiva krafter dominerar 2. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) C p = 26.0 + 37.1 44.4 29.1 = 10.4 J/K, mol 298 = 41.0 10 3 10.4(T 298) ln500 298.... ln = 6.83 ln K(298) = 41200/R 298 = 16.63 ln K(500) = 16.63 6.83 = 9.80 K(500) = e 9.80 = 1.81 10 4 c) N CO CO / CO NO CO CO / CO CO = 0.20 p tot = 0.20 bar p CO = CO /K = 0.20/1.81 10 4 = 1.1 10 bar = 1.1 Pa 3. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) p A > x A and p B > x B Positiv avvikelse från Raoults lag. c) x B = 067, p A = 217 mmhg, p B = 438 mmhg, p tot = p A + p B = 655 mmhg Daltons lag: = p A /p tot = 217/655 = 0.33, = p B /p tot = 438/655 = 0.67 Sammansättning i ångfas: 33 mol % aceton och 67 mol % koldisulfid d) a A = p A / = 217/344 = 0.631, a B = p B / = 438/512 = 0.855 ln ln = 8.314 308.4 (1 ln0.631 + 2 ln0.855) = 1980 J/mol ln ln = 8.314 (1 ln0.33 + 2 ln0.67) = 15.88 J/K H mix = G mix + TS mix = 1984.9 + 308.4 15.88 = 2910 J/mol

4. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) (NaCl) x (H 2 O) y NC H O NC H O= 38/62 x/y = 62 18.015/38 58.442 1/2 NaCl (H 2 O) 2 c) 2 fas område, NaCl (H 2 O) 2 (s) + saltlösning är närvarande. Hävstångsregeln: m lös (30 23) = m I (62 30) m lös + m I = 10 g m I = 1.8 g, m lös = 8.2 g Lösningen har sammansättningen (viktsbråk) x NaCl = 0.23 5. a) Se kurslitteratur och föreläsningsanteckningar b) Fri adiabatisk expansion q = 0 och w = 0 ΔU = q + w = 0 du = C V dt + T dv = 0 där T = T(dp/dT) V p (p + a/v 2 )(V b) = nrt ( p/ T) V = R/(V b) T = T( p/ T) V p = a/v 2 = 0 U = C V (T 298) a(1/10 10 1/1 10 ) = 20.8 (T 298) 0.137 (100 1000) = 0 T = 292 K c) S kan beräknas för en reversibel process med samma begynnelse och sluttillstånd S(T, V), relation från Maxwells S = 19.0 J/K 20.8ln. 8.314 ln.