Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 330

1 4.1 Die Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks von festem Schwefeldioxid wird näherungsweise durch die empirische Formel log(p/Torr) = 10.5916 – 1871.2/(T/K) beschrieben. Die entsprechende Beziehung für flüssiges Schwefeldioxid lautet log(p/Torr) = 8.3186 – 1425.7/(T/K). Bei welchem Druck und welcher Temperatur liegt der Tripelpunkt von Schwefeldioxid?

2 4.2 Freon-12 (CF2Cl2) war als Treibgas in Spraydosen sehr verbreitet, bevor seine schädigende Wirkung auf die Ozonhülle der Erde bekannt wurde. Seine Verdampfungsenthalpie am Normalsiedepunkt, –29.2 °C, beträgt 20.25 kJ mol–1. Welchen Druck muss eine Dose Haarspray aushalten, nachdem sich ihr Inhalt in der Sonne auf 40°C erwärmt hat? Nehmen Sie ΔVH im betrachteten Temperaturbereich als konstant an und setzen Sie den für –29.2 °C gegebenen Wert ein.

3 4.3 Experimentell wurde die Verdampfungsenthalpie einer flüssigen Probe an ihrem Normalsiedepunkt (180 K) zu 14.4 kJ mol–1 bestimmt. Das molare Volumen der Flüssigkeit und des Dampfs am Siedepunkt beträgt 115 cm3 mol–1 bzw. 14.5 dm3 mol–1. (a) Bestimmen Sie die Ableitung dp/dT aus der Clapeyron-Gleichung. (b) Wie groß ist der prozentuale Fehler, wenn Sie stattdessen die Clausius–Clapeyron-Gleichung verwenden?

4 4.4 Wie unterscheiden sich die Steigungen des chemischen Potenzials als Funktion der Temperatur auf beiden Seiten (a) des Standardgefrierpunkts und (b) des Standardsiedepunkts von Wasser? Um wie viel größer ist das chemische Potenzial von auf –5 °C unterkühltem Wasser im Vergleich zu dem von Eis bei derselben Temperatur?

5 4.5 Berechnen Sie den Unterschied in der Steigung des chemischen Potenzials als Funktion des Drucks auf beiden Seiten (a) des Standardgefrierpunkts und (b) des Standardsiedepunkts von Wasser. Gegeben sind folgende Dichten: Eis bei 0°C (0.917 g cm–3), Wasser bei 0°C (1.000 g cm–3), Wasser bei 100°C (0.958 g cm–3), Wasserdampf bei 100°C (0.598 g dm–3). Um wie viel ist das chemische Potenzial von Wasserdampf bei 1.2 atm und 100 °C größer als das von flüssigem Wasser?

6 4.6 Quecksilber schmilzt bei 234.3 K, dabei nimmt sein molares Volumen um 0.517 cm3 mol–1 zu. Die Schmelzenthalpie beträgt 2.292 kJ mol–1. Bei welcher Temperatur beginnt das Quecksilber am Boden einer 10 m hohen Hg-Säule zu erstarren? Die Dichte von Quecksilber ist 13.6 g cm–3.

7 4.7 50.0 L trockene Luft leitet man langsam durch 250 g Wasser mit einer Anfangstemperatur von 25 °C; das Becherglas, in dem der Vorgang stattfindet, sei thermisch isoliert. Berechnen Sie die Endtemperatur des Wassers. (Der Dampfdruck des Wassers ist während des Prozesses konstant gleich 3.17kPa; die Wärmekapazität von H2O ist 75.5J K–1 mol–1. Wir nehmen an, dass sich die Temperatur der Luft während des Vorgangs nicht ändert; Wasserdampf wird als ideales Gas behandelt.)

8 4.8 Der Dampfdruck p von Salpetersäure nimmt in Abhängigkeit von der Temperatur folgende Werte an:θ/°C0204050708090100p/kPa1.926.3817.727.762.389.3124.9170.9Bestimmen Sie daraus (a) den Standardsiedepunkt und (b) die Verdampfungsenthalpie der Säure.

9 4.9 Das Keton Carvon (M = 150.2 g mol–1 ) ist in Pfefferminzöl enthalten. Sein Dampfdruck wurde bei verschiedenen Temperaturen gemessen:θ/°C57.4100.4133.0157.3203.5227.5p/Torr1.0010.040.0100400760Berechnen Sie daraus (a) den Standardsiedepunkt und (b) die Verdampfungsenthalpie des Ketons.

10 4.10 Konstruieren Sie das Phasendiagramm von Benzol im Bereich um seinen Tripelpunkt (36 Torr, 5.50°C) unter Verwendung der folgenden Angaben: ΔSmH = 10.6 kJ mol–1, ΔVH = 30.8 kJ mol–1, ρ(s) = 0.891 g cm–3, = 0.879 g cm–3.

11 4.11 ‡ In einer Arbeit über thermochemische Eigenschaften von Toluol gibt R. D. Goodwin Ausdrücke für zwei Phasengrenzen an (J. Phys. Chem. Ref. Data 18 (1989) 1565). Die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase ist durchmit x = T/ T3 – 1 gegeben; am Tripelpunkt ist p3 = 0.4362 μbar und T3 = 178.15 K. Die Grenze zwischen flüssiger Phase und Dampfwird durchmit y = T/Tkrit = T/(593.95 K) beschrieben. (a) Stellen Sie beide Phasengrenzen grafisch dar. (b) Wo liegt der Standardschmelzpunkt von Toluol? (c) Wo liegt der Standardsiedepunkt von Toluol? (d) Berechnen Sie die Standardverdampfungsenthalpie von Toluol. Gegeben sind die molaren Volumina der Flüssigkeit und des Dampfs am Normalsiedepunkt, 0.12 dm3 mol–1 bzw. 30.3 dm3 mol–1.

12 4.12 ‡ In einer Arbeit zum Dampfdruck von Chlormethan geben A. Bah und N. Dupont-Pavlovsky den Dampfdruck über festem Chlormethan bei verschiedenen Temperaturen an (J. Chem. Eng. Data 40 (1995) 869). Ausgewählte Werte finden Sie in der Tabelle. Berechnen Sie die Standardsublimationsenthalpie von Chlormethan bei 150 K. (Das molare Volumen des Dampfs soll demjenigen eines idealen Gases entsprechen; das molare Volumen der festen Phase dürfen Sie vernachlässigen.)T/K145.94147.96149.93151.94153.97154.94p/Pa13.0718.4925.9936.7650.8659.56