Tentamen i Kemisk termodynamik kl 14-19

Relevanta dokument
Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

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 kl 14-19

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

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 KFK080 Termodynamik kl 08-13

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

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

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen, Termodynamik och ytkemi, KFKA01,

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

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

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

Övningstentamen i KFK080 för B

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik,

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Kemisk Dynamik för K2, I och Bio2

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

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

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

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

Tentamen för KEMA02 lördag 14 april 2012, 08-13

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

Tentamen KFKA05, 26 oktober 2016

Betygstentamen, SG1216 Termodynamik för T2 25 maj 2010, kl. 9:00-13:00

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

Prov i kemi kurs A. Atomens byggnad och periodiska systemet 2(7) Namn:... Hjälpmedel: räknedosa + tabellsamling

Diplomingenjörs - och arkitektutbildningens gemensamma antagning 2017 Urvalsprov i DI-kemi 31.5.

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

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.

Farmaceutisk fysikalisk kemi, A6. Föreläsning: Faslära PH

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

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

TENTAMEN KEM 011, DEL A och B

Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

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

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

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

Tentamen KFK080 för B,

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

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

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

KEMIOLYMPIADEN 2009 Uttagning

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

Till alla övningar finns facit. För de övningar som är markerade med * finns dessutom lösningar som du hittar efter facit!

(tetrakloroauratjon) (2)

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

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 FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

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

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Fredagen den 31 augusti 2007 kl 8:30-12:30 i M. Man får svara på svenska eller engelska!

KURSPROGRAM Inledande kemi (5)

Energiuppgifter. 2. Har reaktanterna (de reagerande ämnena) eller reaktionsprodukterna störst entalpi vid en exoterm reaktion? O (s) H 2.

KURSPROGRAM Inledande kemi (5)

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

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

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Lördagen den 19 december 2009 kl 8:30-13:30 i Hörsalar på hörsalsvägen

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 2 IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 2

Kapitel 6. Termokemi

Ch. 2-1/2/4 Termodynamik C. Norberg, LTH

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

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

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 15

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

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

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

3. En konvergerande-divergerande dysa har en minsta sektion på 6,25 cm 2 och en utloppssektion

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

Lösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den 2 juni 2010 kl

Kapitel 6. Termokemi

aa + bb cc + dd gäller Q = a c d

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

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Konc. i början 0.1M 0 0. Ändring -x +x +x. Konc. i jämvikt 0,10-x +x +x

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

Skrivning i termodynamik och jämvikt, KOO081, KOO041,

Bestämning av hastighetskonstant för reaktionen mellan väteperoxid och jodidjon

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Tentamen KFKA05,

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

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

Laboration 2, Materials Termodynamik

TENTAMEN. Material- och energibalans, KE1100/KE1120 Inledande kemiteknik, KE1010/KE1050 och 3C kl 08:00 13:00 LYCKA TILL!

Räkneövning 2 hösten 2014

KEMA02 Oorganisk kemi grundkurs F10

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Transkript:

Tentamen i Kemisk termodynamik 2005-11-07 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. 25 p inklusive kontrollskrivningspoäng krävs för godkänd tentamen. 1. (a) En ideal gas expanderar reversibelt vid 25 o C från 1,5 till 10 liter. Härvid upptar gasen värme från omgivningen motsvarande 9410 J. Hur många mol är gasen? (b) Samma gas expanderar reversibelt mellan samma volymer i ett fullständigt värmeisolerat system. Begynnelsetemperaturen är 25 o C. Vad blir sluttemperaturen? 3 Den molära värmekapaciteten vid konstant volym ges av C V = R J K -1 mol -1 2 2. Diamant syntetiserades för första gången från grafit vid 2400 K och 760 MPa. Förbränningsvärmet för diamant och grafit är -395.40 kj mol -1 respektive -393.51 kj mol -1 och densiteten för diamant och grafit är 3,513 g cm -3 respektive 2,260 g cm -3. Beräkna utifrån detta hur djupt du minst skulle behöva gräva för att öppna en diamantgruva. Antag att temperaturen i jordskorpan är 15 o C och att jordskorpans medeldensitet är 2,7 g cm -3 samt att reaktionsbetingelserna vid syntes gäller för ett system i jämvikt. Är det sista antagandet rimligt? (Motivera!) 3. För Cu 2+ och Zn 2+ i vattenlösning gäller följande data: H o f (kj mol -1 ) S o (J mol -1 K -1 ) Cu 2+ (aq) 65,78-97,2 Zn 2+ (aq) -152,84 107,53 Beräkna med hjälp av ovanstående data emk för cellen (S o för Cu(s) och Zn(s) är 33,2 respektive 41,6 J mol -1 K -1 ): Zn(s)?ZnSO4(aq), 1m??CuSO4(aq), 1m?Cu(s) vid 25 o C samt vid 85 o C. Beräkna det uträttade arbetet då denna cell urladdas reversibelt vid 25 o C varvid två mol omsätts. 4. Nedan ser ni fasdiagrammet av systemet Cu/Ni. 100 g av en blandning med 50 vikt-% Cu och 50 vikt-% Ni värms upp. (a) Vid vilken temperatur börjar blandningen att smälta? Vilken är den minsta temperaturen som krävs för att blandningen ska vara flytande?

(b) Vilka två faser står i jämvikt när ovannämnda blandning värms till 1300 C? Hur många g Cu finns då i den kopparrika fasen? 5. Vid västkusten uppmäts en het augustidag med en medeltemperatur av 35o C i skuggan men upp till 50o C i gassande solsken ovanligt höga (ca. 1 mbar) och givetvis hälsofarliga halter av HCl(g) i atmosfären. Lokala myndigheter misstänker olovligt utsläpp från en närbelägen saltsyrafabrik. Fabriksledningen hävdar dock bestämt, att HCl(g)- halten i atmosfären är en naturlig konsekvens av nedanstående jämvikt (1) mellan havsvatten och atmosfär, som vid den höga temperaturen är starkt förskjuten åt höger. H+(aq) + Cl-(aq) à HCl(g) (1) Du är inkallad som miljökonsult och skall avgöra frågan. Till ditt förfogande har du följande information, där samtliga data gäller vid 25o C. Vidare kan du anta, att Hfo -värdena är oberoende av temperaturen i det aktuella temperaturintervallet. Molekylslag Gfo (kj/mol) Hfo (kj/mol) H+(aq) 0 0 Cl (aq) - 131,23-167,16 HCl(g) - 95,30-92,31 Havsvattnets ph är ungefär 8 och havets jonstyrka utgörs huvudsakligen av löst NaCl(aq), vars molalitet är ungefär 0,5 mol/kg H2 O. I denna jonmiljö och vid 50o C är aktivitetskoefficienten av Cl-, γcl- 0.60. Räkna alltså ut partialtrycket av HCl(g) vid 50o C vid jämvikt mellan atmosfär och havsvatten och jämför det med det uppmätta (ca. 1 mbar) värdet. Är fabriksledningen trovärdig?

Lösningsförslag 1. a. För en ideal gas är U(T) du = nc v, m dt; Vid konstant T är du = 0 1:a huvudsatsen ger: du = 0 = δq + δw δq = - δw. I en reversibel process är δw = -pdv δq = - δw = pdv = (nrt/v)dv Integrera bägge leden: q = nrtln(v 2 /V 1 ) 9410 = nx8,314x298,15xln(10/1.5) = 4702,6n n = 2,0 mol b. När q = 0 gäller du = δw nc v,m dt = -pdv = - (nrt/v)dv C v,m dt/t = - RTdV/V; (3/2)RdT/T = - RTdV/V; dt/t = - (2/3)dV/V Integrera bägge leden: ln(t 2 /T 1 ) = - (2/3)ln(V 2 /V 1 ) ln(t 2 /298,15) = - (2/3)ln(10/1.5) T 2 = 84,17 K = - 189 o C 2. Vi söker jämviktstrycket vid 15 o C. När vi känner trycket kan vi räkna ut på vilket djup i jordskorpan vi har detta tryck. dp H Clapeyrons ekvation: = dt T V Antag att H och V är oberoende av P och T

Integrering ger: P H = 1,89 kj mol -1 H T2 2 P1 = ln V T 1 V = M ρ = 1,89 10 1 1 6 3 1 diamant ρ grafit m mol H T2 1,89 10 288 P2 = ln + P1 = ln + 760 10 6 V T 1,89 10 2400 1 3 6 = 2,88 GPa Trycket på djupet h ges av p=hρg. p 2,88 10 Djupet h ges av h = = = 1,1 x 10 5 m (11 mil!) ρg 2700 9,81 Antagandet förefaller orimligt! 3. o o G H T S EMK = = zf zf H o =-152,84-65,78=-218,62 kj mol -1 S o =107,53+33,2-41,6+97,2=-196,33 J mol -1 K -1 Antag att H o och S o är oberoende av temperaturen. EMK(25 o C)= 1,44 V EMK(85 o C)= 1,50 V o 9 Reversibelt arbete vid omsättning av 2 mol: w rev =n G o = 2 x ( H o -T S o ) = -554 kj Rättning (Fel i uppgiften): S o för Zn 2+ ska vara -107,53 J mol -1 K -1 vilket ger: EMK(25 o C)=1,104 V EMK(85 o C)=1,098 V w rev =-426 kj 4. När man värmer en blandning av 50 vikt-% Cu och 50 vikt-% Ni, så når man tvåfasområdet vid ca 1275 C. Där börjar alltså blandningen att smälta. Fortsätter man att värma, så lämnar man tvåfasområdet vid ca. 1320 C. Där försvinner alltså den allra sista biten av den fasta fasen och vid ännu högre temperatur är hela blandningen flytande. Vid 1300 C står en Cu-rik och en Ni-rik fas i jämvikt (se diagram). Den kopparrika innehåller ca 43 vikt-% Ni, den Ni-rika ca. 56 vikt-%. Massförhållandet av de två faserna får man enligt hävstångsregeln: m Nir (0,50-0,43)=m Cur (0,56-0,5) där Cur och Nir betecknar de två faserna som står i jämvikt.

mnir/mcur =0,06/0,06=1,17 mnir=1,17 mcur samtidigt gäller mcur +mnir=100 g -> mcu (i den kopparrika fasen)=26,2 g. 5. H+(aq) + Cl-(aq) à HCl(g) (1) Go 1 (298) = Gfo (HCl(g)) Gfo (H+(aq)) Gfo (Cl-(aq)) = -95,3 + 131,23 = 35,93 kj/mol Ho 1 = Hfo (HCl(g)) Gfo (H+(aq)) Gfo (Cl-(aq)) = -92,31 + 167,16 = 74,85 kj/mol Gibbs - Helmholtz: d( Go 1 /T)/dT = - Ho 1 /T2

Integrera: G o 1(323)/323 = G o 1(298)/298 + H o 1(1/323 1/298) G o 1(323)/323 = 35,93x10 3 /298 + 74,85x10 3 (1/323 1/298) G o 1(323)/323 = 101,13 J/K,mol G o 1(323)/323 = 101,13 = - RlnK o 1 K o 1 = 5,2x10-6 = (P HCl /P o )/(a H+ a Cl- ) = (P HCl /1)/(10 -ph γ Cl- m Cl- ) = (P HCl /1)/(10-8 x0,6x0,5) P HCl = 0,6x0,5x5,2x10-6 x10-8 = 1,57x10-14 bar = 1,65x10-11 mbar << 1 mbar Fabriksledningen ljuger!