Physikalische Chemie für Pharmazeuten SS 2001

Physikalische Chemie für Pharmazeuten WS 2005/06
Übungsblatt 15 vom 15.2.2006
Aufgabe 1:
Bei einer Temperatur von 47°C beträgt die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion erster
Ordnung 3,510-3 s-1. Bei 67°C wurde eine Halbwertszeit von t1/2 = 34,66 s gemessen. Wie
groß ist die Aktivierungsenergie ?
Aufgabe 2:
Die Aktivierungsenergie einer Reaktion EA beträgt 85 kJ mol-1. Um welchen Faktor verändert
sich die Geschwindigkeit, wenn die Temperatur von 25°C auf 75°C ansteigt?
Aufgabe 3:
Was bewirkt ein Katalysator? Illustrieren Sie den Effekt in einem G Diagramm.
Übungsblatt 14 vom 8.2.2006
Aufgabe 1:
Für
eine
Reaktion
erster
Ordnung
beträgt
die
Geschwindigkeitskonstante
bei
Zimmertemperatur k = 310-5 s-1. Zum Zeitpunkt t1 = 15 min misst man eine Konzentration
von c1 = 0,02 mol l-1. Wie groß ist Konzentration c2 bei t2 = 60 min ?
Aufgabe 2:
Die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion erster Ordnung sei 2,5 10-4 s-1.
a) Wie groß ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Anfangskonzentration von 0,3 mol/l?
b) Wie groß ist die Halbwertszeit der Reaktion?
c) Wie groß ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei obiger Anfangskonzentration nach Ablauf
der Halbwertszeit?
Aufgabe 3:
Die Halbwertszeit einer Reaktion 1. Ordnung beträgt t1/2 = 6 min. Welche Reaktionszeit wird
zur Verminderung der Eduktkonzentration auf 10% des Anfangswertes benötigt?
Übungsblatt 13 vom 1.2.2006
Aufgabe 1:
NO2 steht bei Zimmertemperatur im Gleichgewicht mit seinen Dimeren: 2 NO2  N2O4.
Weil NO2 ein braunes und N2O4 ein farbloses Gas ist, lassen sich die im Gleichgewicht
vorhandenen Mengen nicht nur aus Druckmessungen, sondern auch spektroskopisch
bestimmen. Die folgenden Daten wurden bei zwei verschiedenen Temperaturen erhalten:
p (NO2) / mbar
p (N2O4) / mbar
298 K
61,3
30,7
305 K
90,7
40,0
Berechnen Sie für die Dimerisation die Gleichgewichtskonstante, die molare Freie Enthalpie,
die Enthalpie und die Entropie bei 298 K.
Aufgabe 2:
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstanten Kp (Partialdrucke) und Kx (Molenbrüche) der
Reaktion N2 + 3 H2  2 NH3 bei 1bar a) für 298,15 K und b) für 600 K.
Gegeben sind für NH3 die Freie Standard Bildungsenthalpie bG298 = -16,45 kJ mol-1 und die
Standard Bildungsenthalpie bH298 = -46,11 kJ mol-1.
Übungsblatt 12 vom 18.1.2006
Aufgabe 1:
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante kp für das Gleichgewicht
2NO2 (g)  N2O4 (g)
bei T = 500 K.
Für diese Temperatur sind die folgenden chemische Potentiale tabelliert:
NO2 (g)
o = 63,84 kJ mol-1
N2O4 (g)
o = 157,99 kJ mol-1
Aufgabe 2:
NO2 steht bei Zimmertemperatur im Gleichgewicht mit seinen Dimeren: 2 NO2  N2O4.
Weil NO2 ein braunes und N2O4 ein farbloses Gas ist, lassen sich die im Gleichgewicht
vorhandenen Mengen nicht nur aus Druckmessungen, sondern auch spektroskopisch
bestimmen. Die folgenden Daten wurden bei zwei verschiedenen Temperaturen erhalten:
p (NO2) / mbar
p (N2O4) / mbar
298 K
61,3
30,7
305 K
90,7
40,0
Berechnen Sie für die Dimerisation die Gleichgewichtskonstante, die molare Freie Enthalpie,
die Enthalpie und die Entropie bei 298 K.
Übungsblatt 11 vom 11.1.2006
Aufgabe 1:
Eine reine Flüssigkeit A hat bei 300 K einen Dampfdruck von 767 mbar und die reine
Flüssigkeit B einen Dampfdruck von 520 mbar. Beide Substanzen bilden im flüssigem und im
Gaszustand ideale Mischungen. Betrachten Sie das Gleichgewicht in einer Mischung mit der
Dampfzusammensetzung yA = 0,35.
Wie groß ist der Gesamt-Dampfdruck und wie ist die Zusammensetzung der Flüssigkeit?
Aufgabe 2:
Die ebullioskopische Konstante von Tetrachlormethan (CCl4, Dichte  = 1,594 g/cm3) beträgt
Keb = 5,02 K kg mol-1. Welche molare Masse hat eine schwerflüchtige Substanz, von der 0,6 g
in 100 cm3 CCl4 gelöst eine Erhöhung der Siedetemperatur um Ts = 0,14 K bewirken?
Aufgabe 3:
Bei einer Außentemperatur von –10 °C soll durch Salzstreuen dafür gesorgt werden, dass das
Eis auf der Strasse vollständig schmilzt. Wie viel Kochsalz (in g) wird pro kg Eis benötigt ?
(Kkr H2O: 1,86 K kg mol-1)
Übungsblatt 10 vom 4.1.2006
Aufgabe 1:
Ein Feststoff besitzt bei 1 bar und beim Schmelzpunkt von 280,3 K ein Molvolumen von
219,5 cm3. Im flüssigen Zustand beträgt das Molvolumen dieser Substanz bei gleicher
Temperatur und gleichem Druck 220,3 cm3. Erhöht man den Druck auf 150 bar dann steigt
der Schmelzpunkt auf 280,9 K. Wie groß sind die molare Schmelzentropie und die molare
Schmelzenthalpie dieses Stoffes bei linearer Änderung des Druckes mit der Temperatur?
Aufgabe 2:
Bei Normaldruck siedet Butan bei 0,6 °C und besitzt eine molare Verdampfungsenthalpie von
23,46 kJ mol-1. Auf welchen Druck muss Butan komprimiert werden, damit es bei 30 °C
kondensiert?
Aufgabe 3:
Der Dampfdruck von Wasserstoffperoxid wurde bei zwei Temperaturen experimentell
bestimmt: p(0°C) = 0,36 mbar; p(60°C) = 23,4 mbar.
a) Wie groß ist die Verdampfungsenthalpie?
b) Bei welcher Temperatur liegt der Siedepunkt bei Normaldruck (1bar)?
Übungsblatt 9 vom 21.12.2005
Aufgabe 1: 
In welche Richtung läuft die Reaktion
C2H4 (g) + H2 (g)  ?  C2H6 (g)
bei Standardbedingungen ab?
Gegeben sind die Standardbildungsenthalpien bH:
C2H4 (g): 52,26 kJ mol-1
C2H6 (g): -84,68 kJ mol-1
und die Standardentropien S:
C2H4 (g): 219,56 J K-1 mol-1;
H2 (g): 130,68 J K-1 mol-1;
C2H6 (g): 229,6 J K-1 mol-1
Der beteiligten Spezies.
Schätzen Sie außerdem die Temperatur ab, bei der sich die Richtung der Reaktion gerade
umkehrt, indem Sie vereinfachend annehmen, dass sowohl rH als auch rS nicht von der
Temperatur abhängen.
Aufgabe 2:
2 mol eines idealen Gases werden bei 330 K und 3,5 bar isotherm komprimiert. Dabei nimmt
die Entropie des Gases um 25 JK-1 ab.
Wie groß ist der Druck des Gases nach der Kompression und wie hat sich dabei die Freie
Enthalpie geändert?
Übungsblatt 8 vom 14.12.2005
Aufgabe 1:
Wie ändert sich die Entropie
a)
bei Erwärmung von 1 mol Wasser von 20°C auf 30°C. (mit cv=75 J mol-1 K-1)
b)
beim Schmelzen von 1 mol Eis bei 0°C
c)
beim Verdampfen von 1 mol Wasser bei 100°C.
Aufgabe 2:
Ein mol eines idealen Gases befinde sich bei Zimmertemperatur ( 298 K ) unter einem Druck
von 1 bar.
Berechnen Sie die Entropieänderung S, die auftritt, wenn Sie die Temperatur des Gases auf
500 K und dessen Druck gleichzeitig und reversibel auf 10 bar erhöhen.
Aufgabe 3:
Durch Zufuhr von Wärme werden 100 g flüssiges Wasser mit einer Temperatur von 20° C bei
konstantem Druck in Wasserdampf mit einer Temperatur von 150° C überführt.
Berechnen Sie
a) die hierzu benötigte Wärmemenge Q bzw.  sowie
b) die dabei auftretende Entropieänderung S des Systems.

Verd H (H2O, 373K) = 40,66 kJ mol-1
cp,m (H2O,l) = 75,29 J K-1 mol-1, cp,m (H2O,g) = 33,58 J K-1 mol-1
Übungsblatt 7 vom 7.12.2005
Aufgabe 1:
2 l eines einatomigen idealen Gases mit der molaren Wärmekapazität cv = 12,48 JK-1mol-1
befinden sich zunächst bei einer Temperatur von 298 K und einem Druck von 1 bar. Wie groß
ist der Unterschied für die Arbeit, die aufgewendet werden muss, um das Gas einmal
reversibel isotherm zum anderen reversibel adiabatisch auf 1 l zu komprimieren?
Aufgabe 2:
Zur isothermen Kompression eines idealen Gases wird bei 270 K eine Arbeit von 246 J
benötigt. Das Volumen nimmt dabei um zwei Drittel seines ursprünglichen Volumens ab. Um
wie viel Mol Gas hat es sich bei dem Versuch gehandelt?
Übungsblatt 6 vom 30.11.2005
Aufgabe 1:
Mit Hilfe eines Gaskochers sollen 0,5 Liter Wasser (25°C) unter Normaldruck zum Kochen
gebracht werden. Die Verbrennungsenthalpie von Butan (C4H10) beträgt –2877 kJ/mol. Wie
viel Gramm Butan müssen mindestens verbrannt werden? (Wärmeverluste sollen
vernachlässigt werden) cp(H2O) = 4,184 J g-1 K-1, MC = 12 g mol-1, MH2 = 2 g mol-1
Aufgabe 2:
Die Schmelzenthalpie von 1 kg Eis bei 0°C beträgt 334 kJ. Auf welche Temperatur kann man
1 mol flüssiges Wasser das bei 0°C vorliegt mit einer Energiemenge erhitzen, die zum
Schmelzen von 1 mol Eis benötigt wird?
Die molare Wärmekapazität von flüssigem Wasser beträgt cp,fl = 75,29 J mol-1 K-1.
Aufgabe 3:
Wie hoch ist der thermodynamische Wirkungsgrad einer einfachen Dampfmaschine, die mit
Dampf von 100° C arbeitet, der bei 60° C wieder abgegeben wird? Vergleichen Sie das
Ergebnis mit dem Wirkungsgrad einer modernen Dampfturbine, die mit 300° C heißem
Dampf arbeitet, der bei 80° C abgegeben wird.
Übungsblatt 5 vom 23.11.2005
Aufgabe 1:
Durch Verdampfen flüssigen Methans bei dessen Siedetemperatur von 112 K wird ein Stoff
abgekühlt. Wie viel Methangas muss bei einem Druck von 1 bar gebildet werden, wenn man
dem Stoff 32,5 kJ Wärmeenergie entziehen will? (Standardverdampfungsenthalpie von CH4:
vH : 8,18 kJ mol –1)
Aufgabe 2:
Berechnen Sie die Standard-Bildungsenthalpien von KClO3 (s), NaHCO3 (s) und NOCl (g)
aus den Daten der Tabelle und den folgenden Angaben:
2 KClO3 (s)  2 KCl (s) + 3 O2 (g)
c = - 89,4 kJ
H (T)
NaOH (s) + CO2 (g)  NaHCO3 (s)
c = -127,5 kJ
H (T)
2 NOCl (g)  2 NO (g) + Cl2 (g)
c =
H (T)
Tabelle: Standard-Bildungsenthalpien:
bH / kJ mol -1
KCl (s)
O2 (g)
O3 (g)
NaOH (s)
CO2 (g)
NO (g)
NH3 (g)
Cl2
- 436,75
0
142,70
- 425,61
- 393,51
90,25
- 46,11
0
75,5 kJ
H2O (l)
H2O (g)
- 285,83
- 241,82
Übungsblatt 4 vom 16.11.2005
Aufgabe 1:
An die elektrische Heizquelle eines Bombenkalorimeters wird eine Spannung von 16 V
angelegt. Es fließt 45 s lang ein Strom von 2,5 A. Die Temperatur des Kalorimeters erhöht
sich dabei um 2,4 K. Wie groß ist seine Wärmekapazität ?
Aufgabe 2:
Beim Erhitzen von 3 mol O2 steige die Temperatur des Gases von 260 K auf 285 K; der
Druck sei konstant 3,25 atm. Berechnen Sie Q, H und U bei gegebener Wärmekapazität
von O2 bei konstantem Druck (cp = 29,4 J K-1 mol-1).
Aufgabe 3:
1 mol eines komprimierten idealen Gases steht bei 25°C unter dem Druck pi = 106 Pa. Wieviel
Wärmeenergie nimmt dieses Gas bei der isothermen Expansion gegen den konstanten
Außendruck pex = 105 Pa bis zum vollständigem Druckausgleich aus der Umgebung auf?
Übungsblatt 3 vom 9.11.2005
Aufgabe 1:
Ein Glaskolben ist bei 20°C und 1 bar mit Helium gefüllt. Wie groß ist die mittlere kinetische
Energie pro mol? Wie groß ist die mittlere Molekülgeschwindigkeit? Um welchen Faktor
ändert sich diese bei Druckzunahme auf 10 bar?
Aufgabe 2:
Im Volumen V = 1,0 dm3 befinden sich 0,5 mol eines realen Gases. Der Durchmesser der als
kugelförmig angenommen Gasteilchen beträgt d = 310 pm. Wieviel Prozent des Gasvolumens
stehen für die freie Translationsbewegung der Teilchen zur Verfügung? Welchen Wert hat die
Konstante b der van der Waals-Zustandsgleichung für dieses Gas?
Aufgabe 3:
Berechnen Sie den Druck, den 1 mol Ethylen (a) als ideales Gas, (b) als van-der-Waals-Gas
ausübt, wenn es bei einer Temperatur von 1000 K in einem Volumen von 100 cm3
eingeschlossen wird.
(van-der-Waals-Konstanten f. Ethylen: a = 4,52 l2 bar mol-2, b = 0,057 l mol-1)
Übungsblatt 2 vom 2.11.2005
Aufgabe 1:
Ein Glaskolben wiegt unter Standardbedingungen (0°C, 1013 mbar) mit Luft gefüllt
201,292g, vollständig evakuiert 200,0 g. Das Gefäß wird bei 35 °C mit einem sich ideal
verhaltenden Gas unter Standarddruck beschickt und wiegt dann 202,804 g. Wie groß ist die
Molmasse dieses Gases? Um welches zweiatomige Gas handelt es sich?
Aufgabe 2:
Ein Gefäß von 50 l enthält bei 20 oC ein Gasgemisch aus 10 g He und 5 g H2 der Molmassen
(MG) 4 bzw. 2 g mol-1. Wie groß sind die Partialdrucke der beiden Gase, die Molenbrüche
und der Gesamtdruck (ideales Verhalten vorausgesetzt)?
Übungsblatt 1 vom 26.10.2005
Aufgabe 1:
Zwei ideale Gase A und B mit Massen von jeweils 2 g haben die Temperatur 320 °C und den
Druck 10 bar. Das Gas A hat unter diesen Bedingungen das fünffache Volumen von Gas B.
Wie groß ist das Verhältnis der Molmassen MGA/MGB von Gas A zu Gas B?
Aufgabe 2:
In einer 10-Liter Stahlflasche befindet sich 1 bar Wasserstoff bei einer Temperatur von 5°C.
In einer gleich großen Stahlflasche befindet sich 1 bar Argon ebenfalls bei 5°C (MH2 = 2,016
g/mol; MAr = 39,948 g/mol).
a) Berechnen Sie die Stoffmenge in beiden Flaschen.
b) Berechnen Sie die Masse des jeweiligen Gases.
c) Wie hoch ist der Druck in den Flaschen, wenn die Temperatur von beiden auf 283°C
erhöht wird?