Lista 3. Zadania z chemii fizycznej dla III roku Chemii Biologicznej

Lista 3. Zadania z chemii fizycznej dla III roku Chemii Biologicznej
(17-10-2013), termochemia, kalorymetria, prawo Kirchoffa
1. W fazie stałej furan tworzy dwie odmiany polimorficzne α i β. Temperatura i entalpia przemiany polimorficznej
(p=1.00 bar) wynoszą odpowiednio Tp=150.0 K oraz 2.048 kJ⋅mol-1. Temperatura topnienia i entalpia topnienia wynoszą
odpowiednio: Tt=187.55 K oraz 3.805 kJ⋅mol-1; zaś normalna temperatura wrzenia -304.5 K. a) Wykreślić i
przeanalizować zależność Cp(T). b) Obliczyć nadwyżkę entalpii ciekłego furanu w temperaturze 298.15 K ponad entalpię
kryształów w temperaturze zera absolutnego:
T [K]
T [K]
Cp [ J/mol⋅K]
Cp [ J/mol⋅K]
11.72
3.848
153.27
71.883
14.58
6.473
154.41
72.340
17.74
9.491
158.66
73.252
22.45
14.168
160.77
73.788
28.15
19.464
169.39
76.099
34.50
24.865
178.58
79.386
50.49
35.203
183.75
85.799
54.80
37.221
191.00
99.884
57.26
38.100
200.31
100.441
59.20
38.606
210.04
101.157
69.97
41.115
233.64
103.644
89.03
46.813
256.25
106.931
112.51
51.054
266.22
108.576
126.11
53.830
282.29
111.494
132.58
55.345
294.77
114.295
142.18
57.983
299.09
114.889
2. W zamkniętym naczyniu Dewara znajdowało się 200 g lodu o temperaturze -10ºC. Za pomocą drutu oporowego o
oporności 10 Ω przepuszczano prąd pod stałym napięciem 100 V przez 8 minut. Zakładając, iż przewody doprowadzające
napięcie mają pomijalnie małe pojemności cieplne oraz zakładając brak strat cieplnych w układzie oraz adiabatyczność i
szczelność naczynia Dewara obliczyć temperaturę końcową H2O. Standardowe entalpie topnienia lodu i parowania wody
-1
wynoszą odpowiednio: 6,008 i 40,655 kJ·mol . Średnie ciepła molowe lodu, wody i pary wodnej wynoszą odpowiednio:
-1 -1
37,70; 75,30; 33,57 J·mol ·K .
3.Sillen 1a:9. Obliczyć ciepło powstawania pod stałym ciśnieniem 1 mola rozcieńczonego kwasu siarkowego(VI) z siarki
rombowej, wodoru i tlenu, jeżeli dla reakcji: 1) S(r)+O2(g) → SO2(g), 2) SO2(g)+aq → SO2(aq), 3) SO2(aq)+Cl2(g)+2H2O(c)
→ H2SO4(aq)+2HCl(aq), 4) H2(g)+1/2O2(g) → H2O(c), 5) 1/2Cl2(g)+1/2H2(g) → HCl(g), 6) HCl(g)+aq → HCl(aq). (-∆H) w
o
kcal w około 18 C wynosi: 1) 71.08, 2) 7.70, 3) 73.907, 4) 68.357, 5) 22.0, 6) 17.315.
4. Sillen 1b:5. Kalorymetr lodowy składa się z otwartego, cienkościennego naczynia A zanurzonego w zamkniętym
naczyniu K, wypełnionym całkowicie mieszaniną lodu, wody i rtęci. Gdy ciepło zostaje doprowadzone z A do K, lód topi
się, wskutek czego więcej rtęci zostaje wessane do K za pośrednictwem rurki włoskowatej. W czasie trzech różnych
doświadczeń w naczyniu A znajdowało się 10 ml roztworu S, który zawierał I2, ICl3 oraz HCl. Gdy w roztworze tym
rozpuszczono: 1) 98.6 mg Au, 2) 60.9 mg Cl2 oraz 3) 171.0 mg AuCl, zostało wessane do K: 1) 143.6, 2) 187.9 oraz 3)
195.8 mg Hg. Znaleźć ∆H reakcji Au+1/2Cl2→AuCl. W obliczeniach można przyjąć, że w roztworze jod i złoto
o
3 -1
występowały jedynie jako I2, ICl4 oraz AuCl4 . Objętość właściwa lodu i wody w 0 C wynosi 1.0907 oraz 1.0001 cm ·g ,
-1
ciepło topnienia lodu równe jest 79.67 cal·g .
5. Sillen 1c:4. Bomba kalorymetryczna początkowo zawierała 780.4 mg kwasu benzoesowego, pewna ilość boru,
o
nadmiar wody i tlen w temperaturze około 25 C. Mieszaninę zapalono iskrą, która doprowadziła 22.0 cal. Na skutek
o
reakcji temperatura kalorymetru podniosła się o 2.328 C. Do utworzonego roztworu kwasu borowego dodano nadmiar
mannitu, który z 1 molem H3BO3 tworzy mocny jednozasadowy kwas. Roztwór zobojętniono 34.54 ml 0.1106 molowego
o -1
o
NaOH. Pojemność cieplna kalorymetru z zawartością wynosiła 2413.0 cal· C . W 25 C ∆U spalania 1 mola kwasu
benzoesowego na dwutlenek węgla i wodę wynosi –772.2 kcal. Przy rozpuszczaniu w wodzie 1 mola B2O3 wydziela się
o
10.8 kcal. Znaleźć ∆H tworzenia 1 mola B2O3 w temperaturze doświadczenia tj. w 25 C.
-1
6. Standardowa entalpia tworzenia NH3(g) wynosi –46.19 kJ·mol . Obliczyć entalpię tworzenia gazowego amoniaku w
o
temperaturze 400 C. Odpowiednie ciepła molowe izobaryczne wynoszą:
-3
5 -2
-1 -1
Cp(NH3)=29.80+22.48·10 ·T-1.67·10 ·T [J·mol ·K ]
-3
-1 -1
Cp(N2)=27.87+4.27·10 ·T
[J·mol ·K ]
-3
5 -2
-1 -1
Cp(H2)=27.28+3.26·10 ·T+0.502·10 ·T
[J·mol ·K ]
7. KF3c:5. W temperaturze 500ºC, w obecności katalizatora, heksan ulega dehydratacji z utworzeniem benzenu.
Standardowe ciepła tworzenia gazowych reagentów (heksanu, benzenu i wodoru) wynoszą odpowiednio: -167,19,
-1
-3
82,93 i 0 kJ·mol . Pojemności cieplne tych reagentów można opisać odpowiednio zależnościami: 3,08+565,8·10 ·T-6 2
-9 3
-3
-6 2
-9 3
-3
-7 2
300,4·10 ·T +62,06·10 ·T ; -33,9+471,87·10 ·T-298,34·10 ·T +70,84·10 ·T ; 29,066-0,834·10 ·T+20,125·10 ·T .
Znaleźć: a) Zależnośc ΔHº reakcji od temperatury, b) wartość ΔHº w 500ºC.