Tentamen i Termodynamik, KFK080
041019 kl 8-13
Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare ( med tillhörande handbok ), utdelat formelblad med tabellsamling.
Slutsatser skall motiveras och beräkningar redovisas.
För godkänt krävs att poängantalet på inlämningsuppgifter + tentamen är minst 30.
1.
Vattnets autoprotolys beskrivs med följande reaktionsformel:
2 H 2 O(aq) " H 3 O + (aq) + OH ! (aq)
Beräkna jämviktskonstanten för denna reaktion vid 37.0 oC med hjälp av följande data som är
uppmätta vid 25 oC.
ämne
H2 O(aq)
+
-
H3 O (aq) + OH (aq)
ΔfHo / ( kJ mol-1)
So / ( J K-1 mol-1)
Cp / ( J K-1 mol-1)
-285.83
69.91
75.29
-515.82
59.16
-73.21*
*
Observera att partiella molära C p för ett ämne i en 1-molar lösning kan vara negativ. För ett rent ämne kan aldrig Cp
vara negativ.
Ansätt att Cp värdena är konstanta i det aktuella temperaturintervallet.
2.
(6 p)
I en ångmaskin omvandlas en del av den termiska energin i den producerade vattenångan till
mekaniskt arbete. Den ångmaskin som studeras i denna uppgift producerar ånga i en ångpanna
där temperaturen är 320 o C. Temperaturen på ångan som lämnar ångmaskinen, efter utfört
arbete, är 100 oC.
Hur stor är den minsta värmemängd, q, som måste tillföras maskinen för att
producera 1 kJ arbete? ΔHång kan sättas till 40 kJ / mol.
(6 p)
3.
Ångtrycket över ren koldisulfid, CS2(l), vid 25°C är 11.386 kPa. När 2.000 g svavel, S, löses i
100.0 g CS2 sjunker ångtrycket av CS2 till 11.319 kPa. Antag att lösningen är ideal och
beräkna ur dessa data molvikten för den förening av svavelatomer som bildas i lösningen.
Molvikten för S är 32.06 g /mol och för CS2 är MCS2 = 76.15 g /mol.
(6 p)
4.
Rita ut ett skalriktigt fasdiagram för FeCl2-KCl systemet i temperaturintervallet 300 – 800 oC.
Skalan på diagrammet skall vara 10 cm = 0 – 100 mol% och 10 cm = 300 – 800 oC ( använd
linjal ). Följande data gäller för systemet:
FeCl2 smälter vid 677 °C och KCl vid 776 °C.
FeCl .KCl är en stabil förening som smälter kongruent vid 400°C och
2
FeCl2.(KCl)2 är en stabil förening som smälter inkongruent vid 380 °C i ett
peritektikum med sammansättningen 35 mol% FeCl2.
Vid 351 °C finns ett eutektikum med sammansättningen 38 mol% FeCl2 och
vid 390 °C finns ett eutektikum med sammansättningen 54 mol% FeCl2.
Ur diagrammet skall framgå vilka faser som finns i de olika områdena.
(6 p)
5.
100 ml av vardera av de två icke blandbara vätskorna H2O och C6 H14 ( hexan ) sprutas in i en
två liters evakuerad kolv. Vad blir trycket i kolven vid 40°C om kokpunkterna vid en atmosfärs
tryck är 373.15 K och 342.1 K för vatten respektive hexan. För H2 O är ∆Hång = 41 kJ / mol och
för C6 H14 är ∆Hång = 29 kJ / mol i det aktuella temperaturintervallet.
(6 p)
6.
För att bestämma molvikten på en organisk förening, B, tillverkades fyra lösningar med olika
koncentrationer av föreningen. Lösningsmedlet var rent vatten och lösningarna förvarades hela
tiden vid temperaturen 0°C. Med hjälp av en osmometer bestämdes sedan det osmotiska trycket
i de fyra lösningarna. Följande värden erhölls:
wt% B
1.0
3.0
5.0
7.0
∏, (kPa)
67
207
356
512
Densitet för rent vatten vid 0°C är 999.9 kg / m3
Vilken molvikt på B ger dessa data?
7.
(8 p)
Beräkna S0(273.15K) för ämnet A med hjälp av följande data:
I temperaturintervallet 0 – 35.61 K är C p =
5.76 !10 "3 ! T 3
J·K-1·mol-1,
1 + 1.41!10 "4 ! T 3
∆fasövergångH0( 35.61 K) = 229 J·mol -1
I temperaturintervallet 35.61 - 63.14 K är Cp = 40.82 J·K-1·mol-1
∆smältH0( 63.14 K) = 719 J·mol -1,
för flytande A är Cp = 56.3 J·K-1·mol -1 ,
∆vapH0 ( 77.32K) = 5586 J·mol-1 ,
och för gasformig A är Cp = 28.58 + 3.77·10-3 · T
8.
Den kemiska reaktionen:
(8 p)
I2(g) ↔ 2 I (g)
studerades genom att mäta hur trycket i en 342.68 cm3 behållare innehållande de två
komponenterna förändrades med temperaturen. Totala massan av de två komponenterna i
behållaren var 62.7 mg och följande totala tryck av de två komponenterna erhölls vid två olika
temperaturer:
T = 973K p = 6325 Pa ,
T = 1173K p = 9300 Pa
Beräkna utgående från de erhållna trycken värdet på K( T ) och därmed ∆rG°(T) för
reaktionen vid de båda temperaturerna. Beräkna även ∆ rS° i temperaturintervallet.
Antag i beräkningarna att gasblandningen är ideal. Molvikten för I2 är 253.8 g / mol.
(8 p)
