Allg. Hinweise zur Klausur am 11.12. (12 Uhr ct)

Allg. Hinweise zur Klausur am 11.12. (12 Uhr ct)
- Nicht vergessen: Studentenausweis (falls ohne Bild dann auch Führerschein oder Perso)
- Handies, Smartphones, Notepads, und dergleichen bleiben ausgeschaltet.
- Taschenrechner mitbringen.
- Suchen Sie sich einen Sitzplatz so, dass sich ein Lücke zum Nachbarn ergibt.
- Fangen Sie nicht mit der (für Sie) schwersten Aufgabe an, sondern mit den Aufgaben, bei
denen Sie sich am sichersten fühlen.
- Sollte es dennoch eng werden: Kommen Sie nicht gleich ins Schwitzen, sondern bleiben Sie
ruhig ☺
- Bedenken Sie, dass Sie nur bestehen müssen (Schein zählt, aber wird nicht benotet).
P-Kriterium: 40%
- Bei Verständnisfragen: Bitte beantworten Sie diese Fragen prägnant und schütten Sie nicht
Ihr gesamtes Wissen zum Thema aus.
FORMELSAMMLUNG:
pV = nRT ; R=8.3145 J/(K mol) ;
dU = dQ+dW
bei T=298.15K beträgt RT=2.479 kJ
da S = dQ/T und W = – pdV folgt
dU= T dS – pdV
H= U + PV
bzw.
dH =T dS + Vdp
G= H – TS
bzw.
dG = – S dT + Vdp = – (∂G/∂T)p dT + (∂G/∂p)T dp
Wärmekapazitäten
C= dQ/dT
CV=(∂U/∂T)V;
Cp=(∂H/∂T)p
ISOBAR:
dQ=dH=Cp dT => dT=dQ/Cp
ISOCHOR:
dQ=dU=CV dT => dT=dQ/CV
Adiabatisch:
dS=0 => dQ=0
Clapeyron:
dp/dT= 𝛥𝑆/𝛥𝑉= 𝛥𝐻/(𝑇𝛥𝑉)
Chemische Reaktionen:
Δ𝐻!! = Summeprodukte (νi 𝐻!! ) - Summeedukte (νj 𝐻!! )
Δ𝑆!! = Summeprodukte (νj 𝑆!! ) - Summeedukte (νj 𝑆!! )
Δ𝐺!! = Summeprodukte (νj 𝐺!! ) - Summeedukte (νj 𝐺!! ) = Δ𝐻!! - T Δ𝑆!!
Δ𝐺!! = −𝑅 𝑇 ln
Chem. Potential: 𝜇! = 𝜇!! + 𝑅𝑇𝑙𝑛
!!
!!
𝐶
𝐴
!
!
= 𝜇!! + 𝑅𝑇𝑙𝑛
𝐷
𝐵
!
!
!! !
! !!
= −𝑅𝑇 𝑙𝑛𝐾
!"
= 𝜇!! + 𝑅𝑇𝑙𝑛𝑥! + 𝑅𝑇𝑙𝑛
Einheiten des Drucks
1 Pa = 1 N/m2 =105 J/m3
1 Torr = 133.3224 Pa
1 atm = 1.01325 bar
1 bar = 105 Pa
Rechnen mit Logarithmen:
ln(xa yb) = a ln(x) + b ln(y)
ln(xa / yb) = a ln(x) – b ln(y)
Log10(z) = ln(z)/ln(10) mit ln(10) = 2.3026
!
!!
Aufgaben zur Probe:
1. a) Ein (ideales) Gas nehme das Volumen 1 m3 ein und erzeuge bei 298 K einen Druck von
100 bar. Welche Stoffmenge (in mol) liegt vor?
b) Das Gas werde nun von 298K auf 273 K abgekühlt. Welchen Druck erzeugt es nun?
2. Eine Wärmekraftmaschine entnimmt einem Wärmereservoir (Temperatur T1) Wärme, um
damit Arbeit zu verrichten (vom Betrag |W1|), durch reversible isotherme (bei T=T1)
Expansion des als ideal angenommenen Arbeitsgases. Bei der Temperatur T2 < T1 werde
das Arbeitsgas reversibel isotherm komprimiert. Der Arbeitskreislauf werde durch zwei
reversibel adiabatische Äste komplettiert, so dass die gesamte Entropieänderung des
Kreisprozesses gleich Null ist.
a) Skizzieren Sie den Kreisprozess in einem p(V) Diagramm (oder wahlweise T(S) ) und
zeichnen Sie Pfeile ein, um den Umlaufsinn zu kennzeichnen.
b) Berechnen Sie die Wärmemenge Q2 (in Einheiten von W1, T1, T2), die an das kalte
Reservoir abgegeben wird! Bedenken Sie hier, dass die Entropieaufnahme S1 gleich der
Entropieabgabe S2 sein soll (reversibler Kreisprozeß). Benutzen Sie den 1. Hauptsatz, um
S1 mit W1 bzw. S2 mit W2 in Relation zu setzen.
c) Berechnen Sie den Wirkungsgrad, (|W1|-|W2|)/|Q1| (in Einheiten von T1, T2).
3. Analysieren Sie die folgende Reaktion hinsichtlich ihrer Thermodynamik:
CO2 + 4 H2 => CH4 + 2 H2O
a) Berechnen Sie hierzu die Reaktions-Enthalpie, -Entropie und Freie Enthalpie der
Reaktion! Gegeben sind:
CO2(g):
S0 = 213,74 J/(mol K),
H0 = -393,51 kJ/mol
H2(g):
S0 = 130.68 J/(mol K),
H0 =
CH4(g):
S0 = 186,26 J/(mol K),
H0 = -74,81 kJ/mol
H2O(l):
S0 = 69,91 J/(mol K),
H0 = -285,83 kJ/mol
0 kJ/mol
b) Wo liegt das Gleichgewicht und wie wirkt sich Druckerhöhung auf das chemische
Gleichgewicht aus?
4)
a) Erklären Sie mit eigenen Worten, was das chemisches Potential einer Flüssigkeit
anschaulich darstellt, und zwar am Beispiel eines reinen Stoffes (Einkomponentensystem)
b) Wann liegt Gleichgewicht zwischen zwei Phasen (Aggregatzuständen) vor (im
Einkomponentensystem)? Wie lautet die allg. Bedingung ausgedrückt in Form der
chemischen Potentiale?
c) Wie kann man bei isothermen Bedingungen das chemische Potential einer Flüssigkeit
ändern? Und wie lässt sich die Änderung experimentell messen?
5) Der Dampfdruck von SO2 folgt dem Gesetz
log10(p/Torr) = 10,5916 – 1871,2 K/T
log10(p/Torr) = 8,3186 – 1425,7 K/T
für festes SO2
für flüssiges SO2
750 Torr=1 bar
a) Berechnen Sie die Tripelpunkt-Temperatur (in K)
b) Berechnen Sie den Tripelpunkt-Druck (in bar).