Bemerkungen zur Klausur vom 30.03.2007

Bemerkungen zur Klausur vom 30.03.2007
Die folgenden Erläuterungen sind nicht als komplette Musterlösungen aufzufassen!
Aufgabe 1
Der Ausdruck pv/(nT) ist nur dann gleich R, wenn (bei nicht zu niedriger Temperatur) p
gegen Null geht, denn nur dann gilt für das reale Gas die ideale Gasgleichung. Man muss
also den Ordinatenabschnitt der Regressionsgerade bestimmen, oder, anders ausgedrückt, die Messwerte pv/(nT) für p0 extrapolieren.
Die Steigung dieser Geraden hat nichts mit R zu tun, eher mit dem (nicht gefragten) Ausmaß der Abweichung des realen Gases vom idealen Verhalten.
Aufgabe 2
Bei der Bildung von 8 mol Ammoniak werden 4 mol Stickstoff und 12 mol Wasserstoff verbraucht. Wenn 20 mol Stickstoff und 20 mol Wasserstoff vorgelegt werden, bleiben bei der
Bildung von 8 mol Ammoniak also 20-4 = 16 mol Stickstoff und 20-12 = 8 mol Wasserstoff
übrig. Der Rest ist trivial.
Auffallend viele Fehler werden in Teilaufgabe b bei der Anwendung des Massenwirkungsgesetzes gemacht. Manche Studierende haben offenbar vergessen, dass die Partialdrucke (wie alle Konzentrationsmaße) im Massenwirkungsgesetz multiplikativ und nicht additiv miteinander verknüpft werden, und dass die stöchiometrischen Faktoren der Reaktionsgleichung als Exponenten der Partialdrucke erscheinen.
Aufgabe 3
Die Bildungsenthalpie des Ammoniak bei 300 °C unterscheidet sich von der Bildungsenthalpie des Ammoniak bei 25 °C näherungsweise um
Das kann man sich leicht an einem Enthalpiediagramm klarmachen. Die Näherung besteht
darin, dass Integrale von der Form
mit eigentlich temperaturabhängiger Wärmekapazität durch
mit temperaturunabhängiger Wärmekapazität approximiert weren müssen, weil nur Daten
bei 25 °C zur Verfügung stehen.
Aufgabe 4
Aussagen wie "Arbeit ist gerichtete Teilchenbewegung" und dergleichen sind solange
wertlos, wie nicht vorher klar gesagt wurde, dass es sich bei Arbeit und Wärme um jeweils
eine Art des Energietransports durch die Systemgrenzen handelt. Von 41 Klausurteilnehmer/Innen haben nur 3 die essentiellen Bestandteile der Definition ("Energie" und "Transport" oder "Austausch" "durch die Systemgrenzen") hingeschrieben.
Bei der Abgrenzung zur Wärme wird vielfach behauptet, Wärme könne man nicht vollständig in Arbeit umwandeln. So ausgedrückt ist dies falsch, worauf an vielen Stellen der Lehrveranstaltungen hingewiesen wurde (Beispiele: isotherme Expansion eines idealen Gases
oder Entladung eines galvanischen Elements, dessen Zellreaktion eine Reaktionsenthalpie von Null hat). Richtig ist, dass Wärme in einer periodisch arbeitenden Maschine nicht
vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann.
Aufgabe 5
In ungefähr 20 von 41 abgegebenen Arbeiten wird der 1. Hauptsatz der Thermodynamik in
der Form U = Q + W zitiert. Das ist Unfug, vor dem in den Lehrveranstaltungen häufig genug gewarnt wurde.
Ebenfalls auf schlimme Weise falsch ist die Aussage Wvol = -pV.
Mischen Sie nie in ein und derselben Formel differentielle Größen wie dQ mit integrierten
Größen wie W oder -pΔV!
Die Schreibweisen ΔQ und ΔW sind veraltet; in modernen Lehrbüchern der Thermodynamik werden aus gutem Grund thermodynamische Größen, die keine Zustandsgrößen sind,
nicht mit Δ kombiniert. Beispiel 1. Hauptsatz: ΔU = Q + W.
Wenn man zum Ausdruck bringen will, dass mit steigender Temperatur z.B. die Enthalpie
H zunimmt, kann man stattdessen "ΔH ist positiv" oder "ΔH>0" sagen, nicht aber "ΔH
steigt" oder "H ist positiv".
Der Deutlichkeit und Eindeutigkeit halber sollte man schreiben Δ(pV) = pΔV + V Δp, aber
auf der linken Seite statt Δ(pV) nicht ΔpV und auf der rechten Seite statt VΔp nicht ΔpV!
Aufgabe 6
Energiebilanz bei reversibler Entladung ΔH = 0 = Q + Wel= Q + ΔG (vgl. Aufgabe 5).
Bei irreversiblem Verlauf gilt nach wie vor ΔH = 0 = Q + Wel, aber Q und |Wel | werden dem
Betrag nach kleiner.
Aufgabe 7
Von vielen wurden die beiden Formen der Nernst'schen Gleichung verwechselt oder vermischt. Entweder man betrachtet eine einzelne Elektrode, dann ist deren Einzelpotential φ
im elektrochemischen Gleichgewicht durch Gleichung (1) gegeben, oder man betrachtet
die aus 2 Elektroden bestehende komplette Zelle, dann ist deren Spannung E im elektro-
chemischen Gleichgewicht durch Gleichung (2) gegeben. Die Größe Q in Gleichung (2)
ist der Massenwirkungsquotient, in dem die Produkte im Zähler und die Edukte im Nenner
stehen.
Auf die Verwechslungsgefahr an dieser Stelle wurde in den Lehrveranstaltungen ausführlich hingewiesen.
Aufgabe 10
Diese Aufgabe wurde nicht gewertet. Die obige Formel steht allerdings wörtlich im Skript
von Prof. Salbeck, und wenn man verstanden hat, welche Information in der Verteilungsfunktion w(v) steckt, muss man sich die äußere Gestalt derartiger Formeln gar nicht merken.
Ausgesuchte Fundstücke:
"Arbeit ist die thermodynamische Umwandlung von Energie in Wärme."
"NaCl gilt als guter Kältespeicher."
"Die Energiebilanz ist Eins."