Übungen zur Vorlesung Physikalische Chemie I
- Thermodynamik, Kinetik  -

Besprechung am Do 07.02.2002



Übungsblatt 14

Aufgabe 1
In einer Druckflasche (V = 50 L) befindet sich Stickstoff bei 200 bar und Raumtemperatur (25°C). Im Folgenden soll der Stickstoff als ideales Gas betrachtet werden.
a) Wieviel Mol befinden sich in der Druckflasche?
b) Wieviele Moleküle befinden sich in einem cm3?

Aufgabe 2
a) Wenn dieselben Bedingungen aus der Aufgabe 1 gelten, wieviel Energie wird in der Druckflasche gespeichert?
b) Wie groß ist die mittlere freie Weglänge und die Zeit zwischen zwei Stößen? (σStickstoff = 0.4 nm2)

Aufgabe 3
Zwei Mol eines idealen Gases (einatomiges Gas, CV,m = 3R/2) durchlaufen ausgehend vom Standardzustand (p = 105 Pa, T = 25°C) den folgenden Zyklus, wobei alle Einzelschritte reversibel geführt werden:
  I) isotherme Kompression auf den doppelten Druck,
 II) isobare Temperaturzunahme um 100°C,
III) zurück zum Ausgangszustand über den "Druckweg" p = a + bT, wobei a und b Konstanten sind.

a) Zeichen Sie den Zyklus in einem p-T-Diagramm.
b) Berechnen Sie die Änderung der inneren Energie ΔU für jeden der Teilschritte.
c) Berechnen Sie die Arbeit w, die Wärme q und die Änderung der Entropie ΔS für jeden der Teilschritte und für den Gesamtprozeß.

Aufgabe 4
Bei 25°C nimmt der Dampfdruck von Chloroform um 4% pro °C zu. Berechnen Sie daraus die Verdampfungsenthalpie ΔHv von Chloroform.

Aufgabe 5
Bei welcher Temperatur haben Wasser (Siedepunkt 100 °C) und Chloroform (Siedepunkt 60 °C) den gleichen Dampfdruck? Die Verdampfungsenthalpien betragen ΔHv = 50.2 kJ/mol für Wasser und ΔHv = 29.3 kJ/mol für Chloroform.

Aufgabe 6
Die Wärmeleitfähigkeit κ vom Helium (einatomiges Gas) beträgt bei 25°C 0.1074 J/K·m·s. Welche Viskosität η und welche spezifische elektrische Leitfähigkeit σ hat Helium bei dieser Temperatur?

Aufgabe 7
Die Dissoziationskonstante Kc der Propionsäure ist 1.34·10-5 bei 25°C. Die Grenzwerte der molaren Leitfähigkeiten bei unendlicher Verdünnung der Wasserstoff- und Propionat-Ionen betragen 349.8 bzw. 35.8 Ω-1 cm2 mol-1 . Berechnen Sie den spezifischen Wiederstand einer 0.1 M Lösung von Propionsäure.

Aufgabe 8
In eine Tasse wird heißer Kaffe eingeschenkt. Die Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur (25°C) sei ΔT. Man beobachtet, dass die Abnahme von ΔT pro Zeiteinheit, also dΔT/dt , proportional zu ΔT ist.
a) Wie lautet das Zeitgesetz für die Temperaturabnahme, d.h. ΔT(t)?
b) Man beobachtet, dass nach 10 Minuten die Temperatur der frisch gefüllten Tasse von 65°C auf 45°C gesunken ist. Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante für den Abkühlungsprozess?
c) Wann beträgt die Temperatur noch laue 35°C?

Aufgabe 9
Der H-D-Austausch des benzylischen Protons im Benzoin mit Methanol D4 wird durch Basen katalisiert. Die untersuchte Reaktion ist also:

Aus den mit Hilfe der H-NMR Spektroskopie gewonnenen Integralen (das Integral einer H-NMR ist der Konzentration proportional) soll die Geschwindigkeitskonstante dieses H-D-Austausches bestimmt werden. (T = 297 K; c0Benzoin = 4.73·10-2 mol/L; c0NaOH = 1.5·10-2 mol/L)

t [s]
68
324
968
1284
1600
1916
2232
2548
NMR Integral
400.5
321.1
209.0
159.9
121.3
104.7
82.7
70.9

Welche Reaktionsordnung liegt vor?

Aufgabe 10
Wie groß ist der Quotient k1/k2 bei einer Erhöhung der Temperatur von 300 K auf 310 K für die Aktivierungsenergien E = 50 kJ/mol bzw. E = 70 kJ/mol?