Physikalische Chemie für Pharmazeuten SS 2001

Physikalische Chemie für Pharmazeuten SS 2004
Übungsblatt 12 vom 30. 6. 2004
Aufgabe 1:
Für eine Reaktion in flüssiger Lösung lautet die stöchiometrische Reaktionsgleichung:
A + 2B  P + Q. Die Geschwindigkeit dieser Reaktion wird durch d[P]/dt = k 1 [A] [B]
beschrieben mit k1 = 3,6710-3 l mol-1 s-1. Zu Beginn werden 0,255 mol A mit 0,605 mol B in
1,7 dm3 Lösungsmittel vermischt. Berechnen Sie die Anfangswerte von d[A]/dt, d[B]/dt,
d[P]/dt und d[nB]/dt.
Aufgabe 2:
Für eine Dimerisierungsreaktion sei die Geschwindigkeitskonstante 310-4 l mol-1s-1. Nach
welcher Zeit ist die Konzentration der Ausgangssubstanz von 0,3 auf 0,01 mol/l abgefallen?
Aufgabe 3:
Die Halbwertszeit für den radioaktiven Zerfall von 14C beträgt 5730 Jahre. Bei einer
Holzprobe, die einem Archäologen vorgelegt wird, beträgt der 14C-Gehalt nur 72% des
Wertes, den man bei lebenden Bäumen findet. Wie alt ist die Probe?
Übungsblatt 11 vom 23. 6. 2004
Aufgabe 1:
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion 2CO (g) + O2 (g) ↔ 2CO2 (g)
für Standardbedingungen bei 298,15 K. Die freie Standardbildungsenthalpie für CO beträgt
bG = -137,2 kJ mol-1, diejenige für CO2 bG = -394,4 kJ mol-1.
Aufgabe 2:
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstanten Kp (Partialdrucke) und Kx (Molenbrüche) der
Reaktion 2 NO2 (g) ↔ N2O4 (g) unter Standardbedingungen. Wie groß sind Kp und Kx bei
350 K und 1 bar? Gegeben sind die Freie Standard-Reaktionsenthalpie rG = -4,73 kJ mol-1
und die Standard-Reaktionsenthalpie rH = -57,20 kJ mol-1.
Um welche Faktoren verändern sich Kp und Kx für diese Reaktion bei Erhöhung des
Gesamtdrucks auf 10 bar?
Aufgabe 3:
Wie verändert sich die Gleichgewichtskonstante einer endothermen Reaktion bei
Temperaturerhöhung?
Übungsblatt 10 vom 16. 6. 2004
Aufgabe 1:
Ethanol und Methanol bilden miteinander nahezu ideale Mischungen. Bei 20°C hat reines
Ethanol einen Dampfdruck von 59,33 mbar und reines Methanol einen Dampfdruck von
118,26 mbar.
a) Berechnen Sie die Molenbrüche in einer Mischung die 60g Ethanol (C2H5OH) und
40g Methanol (CH3OH) enthält.
b) Berechnen Sie den Gesamtdampfdruck und die Partialdrücke über dieser Lösung.
c) Wie groß sind die Molenbrüche der Komponenten in der Gasphase?
Aufgabe 2:
Es werden 1,5 mol Naphthalin in 1 kg Benzol aufgelöst. Der Dampfdruck von reinem Benzol
beträgt 0,126 bar bei 25°C. Wie groß ist der partielle Dampfdruck des Benzols in Lösung?
Aufgabe 3:
Durch Zugabe von 100g einer Substanz zu 750g CCl4 wird der Gefrierpunkt von CCl4 um
10,5 K erniedrigt. Welche Molmasse hat der gelöste Stoff ? (Kkr CCl4: 30 K kg mol-1)
Übungsblatt 9 vom 9. 6. 2004
Aufgabe 1:
Ein Feststoff mit Molvolumen 219,5 cm3 schmilzt bei 1 bar und 280,3 K. Das Molvolumen
der flüssigen Phase beträgt im Gleichgewicht 220,3 cm3. Erhöht man den Druck auf 150 bar,
dann steigt der Schmelzpunkt um 0,7 K. Wie groß sind molare Schmelzentropie und
Schmelzenthalpie bei linearer Änderung des Schmelzdruckes mit der Temperatur?
Aufgabe 2:
Eine Verbindung besitzt bei 24°C einen Dampfdruck von 535 mbar. Und bei 30°C einen
solchen von 675 mbar. Wie groß ist die Verdampfungsenthalpie?
Aufgabe 3:
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?
Übungsblatt 8 vom 2. 6. 2004
Aufgabe 1:
Aus einem Becherglas verdunstet Wasser. Machen Sie Aussagen über die Entropie, die
Reaktionsenthalpie und die Freie Enthalpie bei diesem Prozess. Wie sind diese drei Größen
miteinander verknüpft?
Aufgabe 2:
Wie groß ist die Freie Standard-Reaktionsenthalpie bei der Wasserbildung?
2 H2 (g) + O2 (g)  2 H2O (l)
Verwenden Sie dabei die dazu in Aufgabe 2 /Übungsblatt 7 berechneten Enthalpie- und
Entropieänderungen.
Aufgabe 3:
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.
Übungsblatt 7 vom 26. 5. 2004
Aufgabe 1:
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 2:
Berechnen Sie die Entropieänderung bei der Bildung von flüssigem Wasser aus den
Elementen
2 H2 (g) + O2 (g)  2 H2O (l)
aus den Standard-Bildungsenthalpien und den molaren Entropien unter Standardbedingung
und T = 25°C.
Sm⊖ H2O (l) = 69,91 J mol –1 K-1
Sm⊖ H2 (g) = 130,684 J mol –1 K-1
Sm⊖ O2 (g) = 205,138 J mol –1 K-1
bH⊖ H2O (l) = -285,83 kJ mol –1
Übungsblatt 6 vom 19. 5. 2004
Aufgabe 1:
Ein Mol eines idealen Gases mit der Anfangstemperatur T1 = 273 K wird einmal reversibel
isotherm, ein anderes Mal reversibel adiabatisch auf die Hälfte des Volumens komprimiert.
Wie groß ist der Unterschied der Kompressionsarbeiten bei den beiden Prozessen? Für die
Molwärme gilt: cv = 3R/2.
Aufgabe 2:
Wie groß ist die bei der reversiblen adiabatischen Kompression aufzuwendende Arbeit, wenn
1 mol Helium auf die Hälfte seines Volumens komprimiert und dabei die Temperatur T1 =
473 K erreicht wird?
( Cv,m = 12,48 J / K mol ; Cp,m = 20,79 J / K mol )
Aufgabe 3:
Das kältere Reservoir einer reversibel arbeitenden Wärmekraftmaschine hat eine Temperatur
von T2 = 303 K. Wie groß muß T1 sein, daß ein Wirkungsgrad von 35% erreicht wird?
Übungsblatt 5 vom 12. 5. 2004
Aufgabe 1:
Berechnen Sie die Standard-Bildungsenthalpien von KClO3 (s) und NaHCO3 (s) 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)
_
Tabelle: Standard-Bildungsenthalpien:
_
bH / kJ mol -1
KCl (s)
O2 (g)
NaOH (s)
CO2 (g)
- 436,75
0
- 425,61
- 393,51
Aufgabe 2:
Bei der Verbrennung von Naphthalin (C10H8) unter Atmosphärendruck bei 25°Cwird eine
Reaktionswärme von 5152 kJ/mol freigesetzt. Gehen Sie davon aus, dass eine vollständige
Umwandlung zu H2O (l) (Hb = -285,8 kJ/mol) und CO2 (g) (Hb = -393,5 kJ/mol) erfolgt.
a)
Wie groß ist die Standardbildungsenthalpie von Naphthalin?
b)
Azulen, mit identischer Summenformel aber anderer Struktur als Naphthalin hat
eine Standardbildungsenthalpie von Hb = 212 kJ/mol. Welche Substanz hat den
höheren „Heizwert“?
Aufgabe 3:
Die Sublimationsenthalpie von 1 kg Eis beim Tripelpunkt beträgt 2592,44 kJ, die
Schmelzenthalpie von 1 kg Eis 333,76 kJ. Wie groß ist die molare Verdampfungsenthalpie in
kJ/mol ?
Übungsblatt 4 vom 5. 5. 2004
Aufgabe 1:
Ein zerstreuter Professor möchte Tee kochen und erhitzt dazu einen Liter Wasser
(Anfangstemperatur T = 20°C) mit einem Tauchsieder (Leistung P = 2 kW). Geistesabwesend
verlässt er das Zimmer und kehrt nach einer halben Stunde zurück. Ist dann noch Wasser im
Topf ? (Wärmekapazität von Wasser: 75,48 J K-1 mol-1, Verdampfungsenthalpie von Wasser:
40,565 kJ mol-1)
Aufgabe 2:
Ein Mol eines idealen Gases wird reversibel von einem Anfangsdruck von 10.0 bar auf einen
Enddruck von 400 mbar expandiert. Die Temperatur (298K) wird während des Experiments
konstant gehalten.
a)
Wie groß sind U und H bei diesem Prozess ?
b)
Wie groß ist die geleistete Arbeit ?
c)
Wie viel Wärme nimmt das Gas aus seiner Umgebung auf ?
Aufgabe 3:
Beim Erhitzen von 3 mol O2 steige seine Temperatur von 260 K auf 285 K; der Druck sei
konstant 3,25 bar. Berechnen Sie Q, H und U bei gegebener Wärmekapazität von O2 bei
konstantem Druck (cp = 29,4 J K-1 mol-1).
Übungsblatt 3 vom 28.04.2004
Aufgabe 1:
Ein Gasgemisch bestehe aus drei Komponenten. Der Molenbruch der Komponente A betrage
0,30. Die Komponente B habe einen Partialdruck von 0,25 bar. Die Komponente C sei
Stickstoff. Wie viel Gramm Stickstoff enthält das Gasgemisch, wenn der Gesamtdruck 1,0 bar
das Gesamtvolumen 1,0 m3 und die Temperatur 298 K betragen ?
Aufgabe 2:
Die kritischen Konstanten von Methan sind pk = 46,2 bar, Vk = 98,7 cm3 mol-1 und
Tk = 191 K. Bestimmen Sie Hilfe der van-der-Waals Parameter das Volumen und den Radius
der Gasmoleküle. (Die Form eines Methanmoleküls kann dabei als Kugel betrachtet werden)
Aufgabe 3:
Berechnen Sie den Druck, den 1 mol Ethylen (a) als perfektes Gas, (b) als van-der-Waals-Gas
ausübt, wenn es unter den folgenden Bedingungen eingeschlossen wird: (i) bei 273,15 K in
22,414 dm3, (ii) bei 1000 K in 100 cm3.
(van-der-Waals-Konstanten f. Ethylen: a = 4,52 l2 bar mol-2, b = 0,057 l mol-1)
Übungsblatt 2 vom 21.04.2004
Aufgabe 1:
Eine Gasmischung besteht aus 320 mg Methan, 175 mg Argon und 225 mg Neon. Der NeonPartialdruck beträgt 15,2 kPa und die Temperatur ist 300 K. Berechnen Sie a) das Volumen
und b) den Gesamtdruck der Mischung.
Aufgabe 2:
a) Wie groß ist die mittlere kinetische Energie eines CO2 Moleküls bei 25°C ?
b) Wie groß ist die aus a) berechnete Geschwindigkeit?
c) Wie verändert sich die Geschwindigkeit bei einer abgesenkten Temperatur von -25°C?
d) Wie groß wäre sie bei einem Druck von 10 bar?
Aufgabe 3:
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?
Übungsblatt 1 vom 14.04.2004
Aufgabe 1:
In einer Stahlflasche von 10 l Inhalt steht Sauerstoff bei 20°C unter einem Druck von 200 bar.
Bei welcher Temperatur beträgt der Druck 600 bar? Ideales Verhalten des Gases wird
vorausgesetzt.
Aufgabe 2:
Zwei ideale Gase „a“ und „b“ besitzen bei einer Temperatur von 150C und einem Druck von
200 Torr jeweils ein Volumen von 2 l. Das Massenverhältnis des Gases „a“ zum Gas „b“
betrage 1:1,8. Wie groß ist das Molmassenverhältnis von „a“ zu „b“ ?
Aufgabe 3:
In einem Kolben von 500 ml Volumen herrscht bei 20°C ein Druck von 933 mbar. Die
eingebrachte Gasmenge beträgt 1,23 g. Wie groß ist die Molmasse des Gases?