Übungen zur Vorlesung Physikalische und Theoretische Chemie I
- Thermodynamik, Kinetik  -





Besprechung am Do 22.11.2001


Übungsblatt 5

Aufgabe 1
Ein BigMac eines bekannten "Gourmet"-Betriebes enthält ca. 2100 kJ, die der menschliche Körper aufnehmen kann. Nehmen Sie nun an, dass Sie diese Energie nicht im Körper speichern können, sondern duch Schwitzen die Körpertemperatur konstant halten. Wieviel Wasser (in L) wird verdampft, wenn die Verdampfungsenthalpie H2O(l) → H2O(g)   ΔH310  =  44 kJ/mol beträgt (Dichte von H2O = 1 g / mL)?

Aufgabe 2
Die Verbrennungsenergie des Acetylens (C2H2) zu CO2 und flüssigem Wasser beträgt bei 25°C ΔRU° = -1295.9 kJ/mol. Wie groß ist die Verbrennungsenthalpie ΔRH° und die Standardbildungsenthalpie ΔBH° von Acetylen, wenn die Standardbildungsenthalpie von CO2 ΔBH° = -393.51 kJ/mol und die von H2O(l) ΔBH° = -285.84 kJ/mol beträgt?

Aufgabe 3
a) Berechnen Sie die freiwerdende Enthalpie bei der Verbrennung von Butan und Ethan zu gasförmigen H2O (g) und CO2. Die Bildungsenthalpien betragen: ΔH(C4H10) = -126.15 kJ/mol; ΔH(C2H6) = -84.68 kJ/mol; ΔH(H2O, g) = -241.82 kJ/mol; ΔH(CO2) = -393.51 kJ/mol.
b) Um wieviel Prozent kann man die Energieausbeute erhöhen, wenn man die Kondensationswärme des Wassers für eine Heizung zusätzlich ausnützt?

Aufgabe 4
a) Leiten Sie aus dem totalen Differential der Enthalpie H den Joule-Thomson-Koeffizienten ab. Berücksichtigen Sie dabei, dass die Expansion durch die Drossel isenthalpisch abläuft.
b) Reale Gase lassen sich erst unterhalb der Inversionstemperatur Ti verflüssigen, bei der µJT das Vorzeichen wechselt. Mit Hilfe des Virialansatzes und der van-der-Waals-Gleichung erhält man für −(∂H/∂p)T den Ausdruck  (2a / RT) − b . Berechnen Sie Ti von He:  a = 3.503 x 10-3 m6 Pa mol-1, b = 2.370 x 10-5 m3 mol-1.

Aufgabe 5
Bestimmen Sie für die folgende Reaktion ΔRH bei RT und bei 400°C:
                  SO2(g) + 0.5 O2(g) →  SO3(g)
Die Bildungswärmen ΔBH° von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid unter Standardbedingungen betragen -296.9 kJ mol-1 und -395.1 kJ mol-1. Die Wärmekapazitäten sind gegeben durch:
SO2:   CP = (43.43 + 10.63 x 10-3 T - 5.94 x 105 T −2) J mol-1 K-1
SO3:   CP = (57.33 + 26.86 x 10-3 T - 13.06 x 105 T −2) J mol-1 K-1
O2:   CP = (29.96 + 4.18 x 10-3 T - 1.67 x 105 T −2) J mol-1 K-1