Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 282

Alle Gase sollen als ideal angenommen werden und die thermochemischen Daten beziehen sich auf 298.15 K, wenn nicht anders vermerkt.

1 A3.1a Einem großen Block aus Eisen wird eine Wärmemenge von 25 kJ reversibel und isotherm bei (a) 0°C, (b) 100°C zugeführt. Berechnen Sie die Änderung der Entropie.

2 A3.1b Einem großen Block aus Kupfer wird eine Wärmemenge von 50kJ reversibel und isotherm bei (a) 0°C, (b) 70°C zugeführt. Berechnen Sie die Änderung der Entropie.

3 A3.2a Die molare Entropie einer Probe Neon bei 298 K beträgt 146.22 J K–1 mol–1. Wie groß ist sie, nachdem das Gas bei konstantem Volumen auf 500 K erhitzt wurde?

4 A3.2b Die molare Entropie einer Probe Argon bei 298 K beträgt 154.84J K–1 mol–1. Wie groß ist sie, nachdem das Gas bei konstantem Volumen auf 250 K abgekühlt wurde?

5 A3.3a 3.00 mol eines einatomigen idealen Gases mit werden von 25 °C auf 125 °C erhitzt und gleichzeitig von 1.00 atm auf 5.00 atm komprimiert. Berechnen Sie ΔS (für das System); wie erklären Sie das Vorzeichen Ihres Ergebnisses?

6 A3.3b 2.00 mol eines zweiatomigen idealen Gases mit werden von 25 °C auf 135 °C erhitzt und gleichzeitig von 1.50 atm auf 7.00 atm komprimiert. Berechnen Sie ΔS (für das System); wie erklären Sie das Vorzeichen Ihres Ergebnisses?

7 A3.4a 3.00 mol eines zweiatomigen idealen Gases werden reversibel und adiabatisch komprimiert, bis die Temperatur von 200 K auf 250 K gestiegen ist. Berechnen Sie q, w, ΔH, ΔU und ΔS. Gegeben sei CV,m = 27.5 J K–1 mol–1.

8 A3.4b 2.00 mol eines zweiatomigen idealen Gases werden reversibel und adiabatisch komprimiert, bis die Temperatur von 250 K auf 300 K gestiegen ist. Berechnen Sie q, w, ΔH, ΔU und ΔS. Gegeben sei CV,m = 27.5 J K–1 mol–1.

9 A3.5a Zwei jeweils 10.0 kg schwere Kupferblöcke mit einer Temperatur von 0°C bzw. 100°C werden so in einen isolierten Behälter gelegt, dass sie miteinander in direktem Kontakt stehen. Berechnen Sie ΔH und ΔSgesamt. Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer beträgt 0.385 J K–1 g–1 und soll im betrachteten Temperaturbereich als konstant angenommen werden.

10 A3.5b Zwei jeweils 1.00 kg schwere Eisenblöcke mit einer Temperatur von 200°C bzw. 25 °C werden so in einen isolierten Behälter gelegt, dass sie miteinander in direktem Kontakt stehen. Berechnen Sie ΔH und ΔSgesamt. Die spezifische Wärmekapazität von Eisen beträgt 0.449 J K–1 g–1 und soll im betrachteten Temperaturbereich als konstant angenommen werden.

11 A3.6a Wir betrachten ein System aus 2.0mol CO2 in einem durch einen beweglichen Kolben abgeschlossenen zylindrischen Behälter mit einer Grundfläche von 10 cm2 unter den Anfangsbedingungen T = 25 °C und p = 10 atm. Nun dehnt sich dieses Gas gegen einen äußeren Druck von 1.00 atm so lange adiabatisch aus, bis sich der Kolben um 20 cm nach außen bewegt hat. Berechnen Sie für diesen Prozess (a) q, (b) w, (c) ΔU, (d) ΔT, (e) ΔS. Behandeln Sie Kohlendioxid als ideales Gas mit CV,m = 28.8 J K–1 mol–1.

12 A3.6b Wir betrachten ein System aus 1.5 mol CO2 in einem durch einen beweglichen Kolben abgeschlossenen zylindrischen Behälter mit einer Grundfläche von 100 cm2 unter den Anfangsbedingungen T = 15 °C und p = 9.0 atm. Nun dehnt sich dieses Gas gegen einen äußeren Druck von 1.5 atm so lange adiabatisch aus, bis sich der Kolben um 15 cm nach außen bewegt hat. Berechnen Sie für diesen Prozess (a) q, (b) w, (c) ΔU, (d) ΔT, (e) ΔS. Behandeln Sie Kohlendioxid als ideales Gas mit CV,m = 28.8J K–1 mol–1.

13 A3.7a Die Verdampfungsenthalpie von Chloroform (CHCl3) am Siedepunkt (334.88 K) beträgt 29.4 kJ mol–1.(a) Wie groß ist seine Verdampfungsentropie bei dieser Temperatur? (b) Berechnen Sie die Entropieänderung der Umgebung.

14 A3.7b Die Verdampfungsenthalpie von Methanol (CH3OH) am Siedepunkt (64.1 °C) beträgt 35.27 kJ mol–1.(a) Wie groß ist seine Verdampfungsentropie bei dieser Temperatur? (b) Berechnen Sie die Entropieänderung der Umgebung.

15 A3.8a Berechnen Sie die Standardreaktionsentropie bei 298 K für die Reaktionen: (a) 2 CH3CHO(g) + O2(g) → 2CH3COOH(l), (b) 2AgCl(s) + Br2(l) → 2AgBr(s) + Cl2(g) und (c) Hg(l) + Cl2(g) → HgCl2(s).

16 A3.8b Berechnen Sie die Standardreaktionsentropie bei 298 K für die Reaktionen: (a) Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s), (b) C12H22O11(s) + 12O2(g) → 12CO2(g) + 11 H2O(l).

17 A3.9a Bestimmen Sie für die Reaktionen aus Aufgabe A3.8a die Freien Standardreaktionsenthalpien bei 298 K durch Kombination der berechneten Reaktionsentropien und der Reaktionsenthalpien.

18 A3.9b Bestimmen Sie für die Reaktionen aus Aufgabe A3.8b die Freien Standardreaktionsenthalpien bei 298 K durch Kombination der berechneten Reaktionsentropien und der Reaktionsenthalpien.

19 A3.10a Berechnen Sie die Freien Standardreaktionsenthalpien der Reaktionen aus Aufgabe A3.8a bei 298 K mithilfe der Freien Standardbildungsenthalpien der beteiligten Substanzen.

20 A3.10b Berechnen Sie die Freien Standardreaktionsenthalpien der Reaktionen aus Aufgabe A3.8b bei 298 K mithilfe der Freien Standardbildungsenthalpien der beteiligten Substanzen.

21 A3.11a Berechnen Sie für die Reaktion 4HCl(g) + O2(g) → 2Cl2(g) + 2H2O(l) die Freie Standardreaktionsenthalpie bei 298 K aus den Standardentropien und Standardbildungsenthalpien der beteiligten Substanzen. Die benötigten Zahlenwerte finden Sie im Tabellenteil.

22 A3.11b Berechnen Sie für die Reaktion CO(g) + CH3OH(l) → CH3COOH(l) die Freie Standardreaktionsenthalpie bei 298 K aus den Standardentropien und Standardbildungsenthalpien der beteiligten Substanzen. Die benötigten Zahlenwerte finden Sie im Tabellenteil.

23 A3.12a Die Standardverbrennungsenthalpie von festem Phenol (C6H5OH) bei 298 K beträgt –3054 kJ mol–1,seine molare Standardentropie ist 144.0J K–1 mol–1. Berechnen Sie die Freie Standardbildungsenthalpie von Phenol bei 298 K.

24 A3.12b Die Standardverbrennungsenthalpie von festem Harnstoff (CO(NH2)2) bei 298 K beträgt –632 kJ mol–1,seine molare Standardentropie ist 104.60J K–1 mol–1. Berechnen Sie die Freie Standardbildungsenthalpie von Harnstoff bei 298 K.

25 A3.13a Das Volumen einer Probe von 14g gasförmigem Stickstoff bei 298 K und 1.00 bar verdopple sich durch (a) isotherme reversible Expansion, (b) isotherme irreversible Expansion gegen pex = 0, (c) reversible adiabatische Expansion. Berechnen Sie jeweils die Änderungen der Entropie im System und in der Umgebung.

26 A3.13b Das Volumen einer Probe von 21 g gasförmigem Argon bei 298 K und 1.50 bar steige durch (a) isotherme reversible Expansion, (b) isotherme irreversible Expansion gegen pex = 0, (c) reversible adiabatische Expansion von 1.20 dm3 auf 4.60 dm3. Berechnen Sie jeweils die Änderungen der Entropie im System und in der Umgebung.

27 A3.14a Berechnen Sie die maximale Nichtvolumenarbeit pro Mol Brennstoff, die man aus einer Brennstoffzelle gewinnen kann; der Energielieferant sei die Verbrennung von Methan bei 298 K.

28 A3.14b Berechnen Sie die maximale Nichtvolumenarbeit pro Mol Brennstoff, die man aus einer Brennstoffzelle gewinnen kann; der Energielieferant sei die Verbrennung von Propan bei 298 K.

29 A3.15a (a) Zu bestimmen ist der thermodynamische (Carnot-) Wirkungsgrad einer einfachen Dampfmaschine, die mit Dampf von 100 °C arbeitet, der bei 60 °C wieder abgegeben wird. (b) Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem Wirkungsgrad einer modernen Dampfturbine, die mit 300°C heißem Dampf arbeitet, der bei 80 °C abgegeben wird.

30 A3.15b Eine Wärmekraftmaschine arbeite zwischen 1000 K und 500 K. (a) Wie hoch ist ihr maximaler thermodynamischer Wirkungsgrad? (b) Berechnen Sie die maximale Arbeit, die man pro 1.0 kJ zugeführter Wärme gewinnen kann. (c) Wie viel Wärme wird pro 1.0 kJ aus dem warmen Reservoir entnommener Wärme an das kalte Reservoir abgegeben, wenn der Prozess reversibel verläuft?

31 A3.16a 3.0 mmol N2(g) nehmen bei 300 K ein Volumen von 36 cm3 ein. Berechnen Sie ΔG für die Expansion auf 60 cm3.

32 A3.16b 2.5 mmol Ar(g) nehmen bei 300 K ein Volumen von 72 cm3 ein. Berechnen Sie ΔG für die Expansion auf 100 cm3.

33 A3.17a Für einen bestimmten Prozess, der unter konstantem Druck abläuft, wurde die Beziehung ΔG/J = –85.40 + 36.5(T/K) gefunden. Berechnen Sie ΔS für diesen Prozess.

34 A3.17b Für einen bestimmten Prozess, der unter konstantem Druck abläuft, wurde die Beziehung ΔG/J = –73.1 + 42.8(T/K) gefunden. Berechnen Sie ΔS für diesen Prozess.

35 A3.18a Der Druck einer Probe von 35 g Ethanol steige isotherm von 1 atm auf 3000 atm. Berechnen Sie die Änderung der Freien Enthalpie! Die Dichte von Ethanol beträgt 0.789 g cm–3.

36 A3.18b Der Druck einer Probe von 25 g Methanol (Dichte 0.791 gcm–3) steige isotherm von 100 kPa auf 100 MPa. Berechnen Sie die Änderung der Freien Enthalpie! Verwenden Sie kT = 1.26 × 10–9 Pa–1.

37 A3.19a Berechnen Sie die Änderung des chemischen Potenzials eines idealen Gases, wenn man es bei 40°C isotherm von 1.8 atm auf 29.5 atm komprimiert.

38 A3.19b Berechnen Sie die Änderung des chemischen Potenzials eines idealen Gases, wenn man es bei 50°C isotherm von 92.0 kPa auf 252 kPa komprimiert.

39 A3.20a Der Fugazitätskoeffizient eines Gases bei 200 K und 50 bar beträgt0.72.Wieunterscheidet sich die molare Freie Enthalpie dieses Gases von derjenigen eines idealen Gases im gleichen Zustand?

40 A3.20b Der Fugazitätskoeffizient eines Gases bei 290 K und 2.1 MPa beträgt 0.68. Wie unterscheidet sich die molare Freie Enthalpie dieses Gases von derjenigen eines idealen Gases im gleichen Zustand?

41 A3.21a Zu berechnen ist die Änderung der Freien Enthalpie von 1.0 dm3 Benzol, dessen Druck von 1.0 atm auf 100 atm erhöht wird.

42 A3.21b Zu berechnen ist die Änderung der Freien Enthalpie von 1.0 dm3 Wasser, dessen Druck von 100 kPa auf 300 kPa erhöht wird.

43 A3.22a Gasförmiger Wasserstoff wird bei 298 K isotherm von 1.0 atm auf 100.0 atm komprimiert. Wie ändert sich dabei seine molare Freie Enthalpie?

44 A3.22b Gasförmiger Sauerstoff wird bei 500 K isotherm von 50.0 kPa auf 100.0 kPa komprimiert. Wie ändert sich dabei seine molare Freie Enthalpie?