Klausur vom 07.02.2003

Prof.Dr.M.Bredol / Dr. J. Plewa / FB01
Physikalische Chemie I/II
Fachprüfung (Klausur) 7.2.2003
1. Beim Verbrennen von 11,5 g flüssigem Nitrobenzol (C6H5NO2) zu gasförmigem Kohlendioxid, gasförmigem Stickstoff und flüssigem Wasser in einer kalorimetrischen Bombe
erhält man bei 25°C eine Verbrennungswärme von -289,4 kJ. Das in der Bombe entstehende Gasgemisch möge sich wie ein ideales Gas verhalten.
a. Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie des Nitrobenzols
b. Berechnen Sie die Bildungsenthalpie des Nitrobenzols
2. Betrachten Sie 100g eines tiefgefrorenen Fertiggerichtes (Annahme: es besteht überwiegend aus Wasser) bei Standarddruck.
a. Welche Wärmemenge benötigt man, um es von -20°C auf 100°C zu erhitzen?
Schmelzenthalpie:
∆SmH273K
CP
Wärmekapazität(Eis):
Wärmekapazität(flüssiges Wasser): CP
= 6.0 kJ/mol
= 36.9 J/(molK)
= 75.3 J/(molK)
b. Um welchen Betrag ändert sich beim Erwärmen die Entropie des Gerichtes ?
c. Wie lange dauert der Vorgang mindestens in einem Mikrowellenofen (Strahlungsleistung: 550 W) ?
3. Welcher der folgenden Aussagen stimmen Sie zu? Jeweils kurze Begründungen oder
Beispiele!
a. Für jede Phasenumwandlung (z.B. fest/flüssig und ferromagnetisch/paramagnetisch) sind
sowohl die Umwandlungsenthalpie als auch die Umwandlungsentropie positiv.
b. Beim Auflösen von Kesselstein (Calciumcarbonat) in Salzsäure wird Arbeit verrichtet.
c. Der Wirkungsgrad eines Kernkraftwerkes (Gewinnung elektrischer Arbeit aus durch
Kernspaltung erzeugter Wärme) nimmt mit sinkender Temperatur des extern verfügbaren
Kühlwassers ab.
4. Flüssiges Wasser zersetzt sich zum Teil durch Autoprotolyse in solvatisierte Protonen und
Hydroxid-Ionen gemäß der Gleichung H2O(l) → H+(aq) + OH-(aq).
a. Formulieren Sie für die Autoprotolyse die exakte Gleichgewichtskonstante und geben Sie
für die Reaktionsteilnehmer geeignete Standardzustände an.
b. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante aus den angegebenen Daten bei T = 298K.
Berechnen Sie den pH-Wert von neutralem Wasser bei T = 298K. Begründen Sie alle
notwendigen Näherungen !
c. Welchen pH-Wert besitzt neutrales Wasser bei Körpertemperatur (T = 310K)? Begründen
Sie alle notwendigen Näherungen !
d. Wasser zersetzt sich durch Elektrolyse in H2 und O2. Berechnen Sie die elektrische
Spannung, die Sie mindestens aufwenden müssen, um aus neutralem Wasser H2 und O2
unter 1 bar zu gewinnen.
5. Die Henry-Konstante KO2 von Sauerstoff in Wasser bei 298 K beträgt 44000 bar.
a. Unter welchen Randbedingungen ist das Henrysche Gesetz anwendbar ?
b. Berechnen Sie die Konzentration von Sauerstoff (in g/l) in Wasser von 298 K, das mit der
Atmosphäre im Gleichgewicht steht.
c. Vergleichen Sie einen kiemenatmenden Fisch in einem in der Atmosphäre im Gleichgewicht befindlichen Gewässer mit einen in der Atmosphäre lungenatmendem Tier. Unterscheidet sich der zur Verfügung stehende Sauerstoff für diese Tiere in seinem chemischen Potential ? Begründung !
6. Ein Aceton/Methanol-Gemisch mit einem Stoffmengenanteil von xAceton = 0.40 in der
Flüssigkeit weist bei Standarddruck einen Siedepunkt von 57.2°C und einen
Stoffmengenanteil in der Gasphase von yAceton = 0.516 auf.
Berechnen Sie für beide Komponenten Aktivität und Aktivitätskoeffizienten in der flüssigen
Phase.
P*Aceton = 1.047bar, P*Methanol = 0.734bar (jeweils bei 57.2°C)
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
Summe:
Punkte
18
18
14
18
18
14
100