Zadanie 1. Zadanie: Odpowiedź: ΔU = 2, J

Transkrypt

1 Tomasz Lubera

2 Zadanie: Zadanie 1 Autoklaw zawiera 30 dm 3 azotu o temperaturze 15 o C pod ciśnieniem 1,48 atm. Podczas ogrzewania autoklawu ciśnienie wzrosło do 3800,64 mmhg. Oblicz zmianę energii wewnętrznej gazu jeśli molowa pojemność cieplna azotu wyraża się wzorem: C p = 27, , T J mol 1 K 1 ΔU = 2, J Fotografia: Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 2

3 Zadanie 2 Zadanie: W naczyniu znajduje się 1 kg azotu pod ciśnieniem 1 bar w temperaturze 40 o C. Molowa pojemność cieplna azotu wyraża się wzorem: C p = 27, , T J mol 1 K 1. Oblicz Q, ΔU, L dla: a) izochorycznego wzrostu ciśnienia do 2, Pa. b) Trzykrotnego, izobarycznego wzrostu objętości. a) ΔU = Q V = 2, J, L = 0 b) ΔU = 4, J, Q p = 6, J, L = 1,85803J Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 3

4 Zadanie: Zadanie 3 Jeden mol jednoatomowego gazu doskonałego poddawany jest zamkniętemu cyklowi trzech odwracalnych przemian A, B i C przedstawionych na poniższym wykresie i osiąga kolejno stany I, II i III. Oblicz ciśnienie panujące w układzie w każdym stanie i ΔU, Q, L przemian A, B i C. I/A II/B III/C p, atm Q, J L, J ΔU, J Fotografia: Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 4 44,8 V, dm 3 mol -1 22,4 I C A III 273 T, K 546 II B

5 Zadanie: Oblicz pracę: a) nieodwracalną b) odwracalną Zadanie 4 Wykonaną na 2 kg wodoru (traktowanego jako gaz doskonały) sprężającego się w temperaturze 400 K od 2 do 6 atmosfer. a) L = 6, J b) L = 3, J Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 5

6 Zadanie: Zadanie 5 Oblicz zmianę energii wewnętrznej podczas odparowywania 50 g etanolu w temperaturze wrzenia od ciśnieniem normalnym. Ciepło parowania etanolu wynosi 39,455 kj mol -1, objętość molowa pary jest równa 27, m 3 mol -1 a objętość cieczy można pomiąć. ΔU = 3, J Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 6

7 Zadanie: Zadanie 6 Oblicz pracę objętościową reakcji syntezy amoniaku, przebiegającej przy stałym ciśnieniu w temperaturze 400 o C, jeśli użyto w niej 2 mol azotu i stechiometrycznie odpowiednią ilość wodoru. L = 22,38 kj Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 7

8 Zadanie: Zadanie 7 Kwas solny reaguje z magnezem zgodnie z równaniem: Mg(s) + 2HCl(aq) H 2 (g) + MgCl 2 (aq) Oblicz pracę objętościową wydzielającego się gazu jeśli do rozcieńczonego kwasu solnego wrzucono 15 g magnezu a reakcję prowadzono w temperaturze 25 o C pod ciśnieniem 1 atm. L = 1, J Fotografia: Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 8

9 Zadanie: Zadanie 8 Dwa mole gazu rozprężano w temperaturze 300 K od ciśnienia 4 atm do ciśnienia 1 atm na drodze: a) Przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu 1 atm b) W dwóch etapach: przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu 3 atm i 1 atm c) W trzech etapach: przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu 3 atm, 2 atm, 1 atm d) Odwracalnie Oblicz wartość wykonanej pracy objętościowej. Odpowiedź: L a = 3,7 kj; L b = 4,6 kj; L c = 5,4 kj; L d = 6,9 kj; Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 9

10 Zadanie: Zadanie 9 Próbka gazu doskonałego znajdująca się początkowo pod ciśnieniem 102 at ulega odwracalnemu, izotermicznemu rozprężaniu od objętości początkowej V 1 do końcowej 10V 1 wykonując przy tym pracę 41,8 kj. a) Oblicz wartość V 1 b) Wiedząc że w przemianie biorą udział 2 mol gazu oblicz temperaturę procesu Odpowiedź: a) V 1 = 1, m 3 b) T = 1, K Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 10

11 Zadanie 10 Zadanie: Wpływ temperatury na molową pojemność cieplna gazu opisuje równanie c p = 20, T J mol 1 K 1. Ogrzano mol tego gazu od 0 do 100 a) pod stałym ciśnieniem, b) w stałej objętości. Oblicz Q, L, ΔU i ΔH dla obu procesów. a) Q = H = 2, J U = 1317,85 J L = 831,4 J b) Q = U = 1317,85 J H = 2, J L = 0 J Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Pierwsza zasada termodynamiki - zadania 11

12 U, cal początek skali przyjęto umownie Zadanie: Zadanie 11 Jeden mol jednoatomowego gazu doskonałego, początkowo znajdujący się w warunkach normalnych, poddawany jest cyklowi odwracalnych przemian A, B i C przedstawionych na wykresie i osiąga kolejno stany I, II i III. Oblicz T i p panujące w układzie w każdym stanie i ΔU, Q, L przemian I, II i III. I/A II/B III/C p, atm; T, K 1; 273 0,5; 273 1; 546 Q, J L, J ΔU, J Fotografia: Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej - Powtórka tematów 2 i I C A III 22,4 V, dm 3 44,8 II B

13