Kapitel 2

Übungsaufgaben zur Vorlesung
„Physikalische Chemie PC0“
Kapitel 2
Aufgabe 1:
Wenn eine konstante Menge eines idealen Gases in einem abgeschlossenen Volumen erwärmt wird, dann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . der Druck.
Aufgabe 2:
Die Gaskonstante R hat die Einheit: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgabe 3:
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Änderung der
inneren Energie U gleich
1. dem Druck mal dem Volumen ist (p · V).
2. der Summe der mit der Umgebung ausgetauschten Wärme und
der am System verrichteten Arbeit ist (∆Q + W).
3. das Produkt aus Stoffmenge, Gaskonstante und Temperatur ist
(n · R · T).
4. der Summe der Partialdrücke ist (p1 + p2 + p3 + ...).
5. dem Quotienten aus Enthalpie und Temperatur ist (H · T−1).
Aufgabe 4:
Bei adiabatischen Prozessen
1. führen nur am oder vom System verrichtete Arbeit (∆W) zu einer Änderung der inneren Energie (∆U).
2. findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt (∆Q = 0).
3. sinkt immer die Temperatur (∆T < 0).
4. findet keine Änderung des Volumens statt (∆V = 0).
5. bleibt das Produkt aus Druck mal Volumen konstant
(p · V = konstant).
Hinweis: Mehr als eine Antwort kann richtig sein.
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Aufgabe 5:
Ergänze in der nachfolgenden Tabelle die Werte der fehlenden Zustandsgrößen für ein ideales Gas.
p
50,0 kPa
600 kPa
500 mbar
V
1,00 ℓ
50,0 ml
3,52 m3
n
10,0 mmol
2,50 mol
0,40 mol
T
100 K
50,0°C
120°C
Der Wert für die Gaskonstante R lautet: R = 8,3145.
Die Einheit sollte nach Aufgabe 2 bekannt sein.
Aufgabe 6:
Benjamin stellt eine Gasmischung her, die neben Helium eine kleine
Menge Benzol (C6H6) mit einem Partialdruck von 80 mbar enthält. Die als
ideales Gas angenommene Mischung befindet sich in einer 10Liter
Gasflasche und hat bei 20°C einen Druck von 10,0 bar. Wieviel Gramm
Benzol und Helium benötigt Benjamin zur Herstellung der Gasmischung?
Aufgabe 7:
Ein kleiner Despot will von den einflussreichen Ländern dieser Welt ernst
genommen werden und möchte daher in seinem Schurkenstaat kernwaffenfähiges Uran (235U) anreichern. Dazu wird gasförmiges Uranhexafluorid (UF6), welches die beiden Isotope 235U und 238U enthält, durch eine Membran geleitet. Bei diesem Prozess gelte das Grahamsche Effusionsgesetz. Wie verhalten sich die Effusionsraten für 235UF6 und 238UF6
zueinander? Wenn das ursprüngliche Uranhexafluorid zu 99,3% aus
238
UF6 und zu 0,7% aus 235UF6 besteht, sind wieviele Membrandurchläufe notwendig, um Uranhexafluorid mit einem Anteil von 85% 235UF6 zu
erhalten?
Hinweis: Verwende die aus der Schule bekannte Formel für die Zinsund Zinseszinsrechnung.
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Aufgabe 8:
Daniel hat es sich mit einem Gläschen Pinot Grigio auf der Couch gemütlich gemacht und fragt sich welche Wärmemenge bei der alkoholischen Gärung von Glucose (C6H12O6) umgesetzt wird, um 700ml Wein
zu erhalten. Dabei enthalte der Wein 11 Volumenprozent Alkohol
(C2H5OH). Die Dichte von Alkohol beträgt 0,79g cm−3. Die alkoholische
Gärung verläuft dabei wie folgt: C6H12O(s) → 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g).
Die Reaktionsenthalpie beträgt: ∆H = −67,0kJ · mol−1.
Aufgabe 9:
Welche Wärmemenge ist erforderlich um 1 Liter Wasser von 20°C auf
90°C erhitzen? Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt:
CWasser = 4,184 J · g−1 · K−1. Wie lange könnte eine 11 Watt Energiesparlampe mit dieser Energie leuchten? Dabei ist 1Watt = 1Js−1.
Aufgabe 10:
Berechne den Druck, den 1 mol N2 (g) in einem Volumen von 1ℓ bei 0°C
ausübt:
a) Nach dem idealen Gasgesetz
b) Nach der van der Waals Gleichung, wobei für N2(g)
a = 140,8 kPa·dm6 · mol−2 und
b = 0,0391dm3 · mol−1 ist.
c) Führe die gleichen Berechnungen für 1mol N2(g) in 10ℓ bei 0°C
durch.
d) Führe die gleichen Berechnungen für 1mol N2(g) in 10ℓ bei
100°C durch.
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