Δ sl H o 298 (H 2 O, l) = -285,8 kj mol -1. [Δ sl H o 298 (glukosa) = - 1,27 MJ mol -1 ]

Transkript

1 TERMODYNAMIKA 1. Sustava bsahující 1,0 ml mnatmickéh ideálníh plynu vykná evezibilně následující kuhvý děj: stav V/dm 3 // T/K,4 // 73,4 // ,8 // 546,4 // 73 Vypčítejte tlak sustavy v jedntlivých stavech, vyměněnu páci a tepl a změnu vnitřní enegie při jedntlivých dějích. Daný kuhvý děj znázněte na p-v diagamu.. Sustava bsahující 1,0 ml ideálníh plynu vyknala evezibilní iztemicku expanzi, při níž zvětšila svůj bjem desetkát. Vyknala při tm páci 7140 J. Pčáteční tlak v sustavě byl 101,3 kpa. Vypčítejte tepltu, T a pčáteční bjem, V 1, sustavy. [T = 373 K, V 1 = 30,6 dm 3 ] 3. Sustava bsahující 3,0 ml kyslíku byla při knstantním tlaku 3,5 atm zahřáta z teplty 60 K na 85 K. Mlání tepelná kapacita kyslíku při knstantním tlaku je 9,4 J K -1 ml -1. Vypčítejte Q, H a U při tmt ději. Předpkládejte, že chvání kyslíku se řídí stavvu vnicí ideálníh plynu a jeh tepelná kapacita v daném zmezí teplt na tepltě nezávisí. [Q = H =,1 kj, U = 1,58 kj] 4. V bjemu 1,0 dm 3 je při tepltě 0 C 1,0 ml ideálníh plynu. Pvnejte páci, kteu plyn vykná při iztemické evezibilní expanzi na knečný bjem 3,0 dm 3, s pací vyknanu při ievezibilní iztemické expanzi pti knstantnímu vnějšímu tlaku na stejný knečný bjem, tedy 3,0 dm 3. [evezibilní děj: W = -,68 kj, ievezibilní děj: W = - 1,6 kj] 5. V bjemu 1,0 dm 3 je při 0 C 1,0 ml mnatmickéh ideálníh plynu. Vypčítejte páci, kteu plyn vykná při adiabatické evezibilní expanzi na knečný bjem 3,0 dm 3. [W = - 1,90 kj] 6. Sustava bsahující 3,0 ml ideálníh plynu měla na pčátku tepltu 00 K a tlak,0 atm. Pté byla evezibilně adiabaticky stlačena. Knečná teplta dsáhla hdnty 50 K. Mlání tepelná kapacita danéh plynu při knstantním bjemu činí 7,5 J K -1 ml -1 a v daném bu teplt nezávisí na tepltě. Vypčítejte Q, W, U a H p daný děj a dále knečný bjem, V a knečný tlak, p, sustavy. [Q = 0, W = U = 4,13 kj, H = 5,37 kj, V = 11, m 3, p = 5,3 atm] 7. Sustava bsahující 10,0 ml ideálníh mnatmickéh plynu expandvala adiabaticky z půvdníh tlaku 5, Pa a bjemu 1,0 m 3 nevatně pti knstantnímu tlaku, Pa. Vypčítejte U a H p tent děj. [ U = - 18,0 kj, H = - 30,0 kj]

2 8. Jaké tepl je třeba při knstantním tlaku ddat 1,0 kg pa benzenu, aby se jejich teplta zvýšila z 80 C na 90 C? P tepltní závislst mlání tepelné kapacity při knstantním tlaku, c p,m, pužijte vztah c p,m = a + b T + c T. Knstanty a, b, c jsu uvedeny v tabulce. látka a /J K -1 ml -1 b 10 3 /J K - ml -1 c 10 7 /J K -3 ml -1 C 6 H 6 (g) -1,71 36, CH O (g) 18,8 58,38-156,06 CO (g) 6,50 7,683-11,7 H (g) 9,06-8,364 0,1 [Q = 1,9 kj] 9. Učete standadní slučvací tepl benzenu při tepltě 5 C, znáte-li Δ sp H 98 (C, s, gafit) = -393,6 kj ml -1 Δ sp H 98 (C 6 H 6, l) = -3 68,4 kj ml -1 Δ sl H 98 (H O, l) = -85,9 kj ml -1. [Δ sl H 98 (C 6 H 6, l) = 49,1 kj ml -1 ] 10. Jaké tepl předá d klí sustava, v níž djde ke spálení 73,3 l plynnéh ethenu (měřen při tepltě 5 C a tlaku 101,3 kpa) v kyslíku na pdukty CO (g) a H O (l)? Jsu známy hdnty slučvacích tepel Δ sl H 98 (C H 4, g) = 5,7 kj ml -1 Δ sl H 98 (CO, g) = -394,5 kj ml -1 Δ sl H 98 (H O, l) = -85,8 kj ml -1. Předpkládejte ideální chvání plynnéh ethenu. [Q p = - 4,3 MJ] 11. Vypčítejte standadní slučvací tepl gluksy při tepltě 5 C, víte-li, že se při spálení 0,31 g gluksy (M = 180,16) uvlní 4995 kj tepla. Δ sl H 98 (CO, g) = -393,5 kj ml -1 Δ sl H 98 (H O, l) = -85,8 kj ml -1. [Δ sl H 98 (gluksa) = - 1,7 MJ ml -1 ] 1. Standadní eakční tepl hydgenace ppenu C 3 H 6 (g) + H (g) = C 3 H 8 (g) má při tepltě 5 C hdntu -13,9 kj ml -1. Vypčítejte standadní spalné tepl ppenu, znáte-li p tutéž tepltu ještě Δ sl H 98 (H O, l) = -85,8 kj ml -1 Δ sp H 98 (C 3 H 8, g) = - 1,1 kj ml -1. [Δ sp H 98 (C 3 H 6 ) = kj ml 1 ] 13. Vypčítejte standadní eakční tepl eakce pbíhající pdle stechimetické vnice CO(g) + H (g) = CH O (g) při tepltě K. Máte k dispzici následující temchemická data: Δ sl H 98 (CO, g) = -110,5 kj ml -1 Δ sl H 98 (CH O, g) = -115,9 kj ml -1.

3 P tepltní závislst mlání tepelné kapacity při knstantním tlaku, c p,m, pužijte vztah c p,m = a + b T + c T. Knstanty a, b, c najdete v tabulce u příkladu 8. [Δ H 1000 = - 9,6 kj ml -1 ] 14. Sustava bsahující,0 ml ideálníh plynu tepltě 330 K a tlaku 3,5 atm byla iztemicky zkmpimvána. Její entpie přitm klesla 5,0 J K -1. Vypčítejte knečný tlak, p a G p daný děj. [p = 15,7 atm, G = 8,5 kj] 15. Vypčítejte S p děj, při kteém sustava bsahující 3,00 ml mnatmickéh ideálníh plynu byla zahřáta a zkmpimvána z 5 C a 1,00 atm na 15 C a 5,00 atm. [ S = -,1 J K -1 ] 16. Ideální mnatmický plyn expanduje ievezibilně adiabaticky pti knstantnímu vnějšímu tlaku Pa. Jeh pčáteční bjem byl 0,0 dm 3, tlak 10,135 MPa a teplta 00 C. Vypčítejte S p tent děj. Ověřte, že změna entpie by byla nulvá, kdyby daný plyn expandval evezibilně na knečný tlak Pa. [ S = 1,43 kj K -1 ] 17. Mlání bjem vdy v kapalném stavu při tepltě 100 C a tlaku 101,35 kpa je 18,0 cm 3 ml -1. Při stejných pdmínkách je mlání bjem vdní páy 30,0 dm 3 ml -1 a mlání výpaná entalpie vdy 40,0 kj ml -1. Vypčítejte U m, H m, S m a G m při vatné fázvé přeměně H O (l) = H O (g). [ U m = 37,0 kj ml -1, H m = 40,0 kj ml -1, S m = 107 J K -1 ml -1, G m = 0] 18. Vypčítejte změnu měné entpie, kteá dpvídá evezibilnímu hřátí 1,0 kg vdy tepltě 0 C na vdní páu tepltě 10 C při knstantním tlaku 0,10135 MPa. Měné výpané tepl vdy při nmálním bdu vau je,56 kj g -1, střední mlání tepelná kapacita vdy v kapalném stavu při knstantním tlaku je 75,36 J K -1 ml -1 a táž veličina p vdní páu nad nmálním bdem vau má hdntu 30,14 J K -1 ml -1. [ΔS sp = 7,14 kj K -1 kg -1 ] 19. Vypčítejte H a S tepelně izlvané sustavy, d kteé byly umístěny dvě měděné kstky hmtnsti 10,0 kg. Teplta jedné byla půvdně 100 C, duhé 0 C. Specifická tepelná kapacita mědi při knstantním tlaku je 0,385 J K -1 g -1 a v daném tepltním zsahu je knstantní. [ H = 0, S = 93,3 J K -1 ]

4 0. Sustava, bsahující 1,0 ml plynu pčáteční tepltě 5 C, expandvala vatně při knstantním tlaku na tjnásbek půvdníh bjemu. Vypčítejte Q, W, U a G při tmt ději. Uvažvaný plyn má mlání hmtnst,0 g ml -1 a za daných pdmínek splňuje stavvu vnici ideálníh plynu. P jeh mlání tepelnu kapacitu při knstantním tlaku, c p,m, platí c p,m = (7,3 + 3, T) J K -1 ml -1. Abslutní mlání entpie plynu byla v pčátečním stavu 130,6 J K -1 ml -1. [Q = 17,5 kj, W = - 4,96 kj, U = 1,5 kj, G = - 89,0 kj] 1. Vypčítejte změnu mlání Gibbsvy enegie a) kapalné vdy pkládané za nestlačitelnu kapalinu, b) vdní páy pkládané za ideální plyn při iztemické (t = 5 C) změně tlaku z 1,0 ba na,0 ba. (1 ba = 10 5 Pa, M (H O) = 18,0, ρ 98 (H O, l) = 0,9971 g cm -3 ) [ a) G m = 1,81 J ml -1, b) G m = 1,7 kj ml -1 ]. Vypčítejte změnu mlání Gibbsvy enegie ledu při iztemické (t = -10 C) změně tlaku z 1,0 ba na,0 ba. (M (H O) = 18,0, ρ 63 (H O,s) = 0,917 g cm -3 ) [ G m = 1,97 J ml -1 ] 3. P přechd CaCO 3 (aagnit) CaCO 3 (kalcit) je při standadním tlaku G m,98 = -800 J ml -1 a V m =,75 cm 3 ml -1. Za jakéh tlaku by se při tepltě 98 K stal aagnit stálu mdifikací? [p =, Pa] 4. Objem ztku, kteý získáme zpuštěním n M ml methanlu v 1,0 kg vdy, závisí při tepltě 5 C na n M takt V = (1, , n M n M ) m 3. a) Vypčítejte paciální mlání bjem methanlu v ztku methanlu ve vdě mlalitě 1,0 ml kg -1. b) Vypčítejte paciální mlání bjem vdy v ztku methanlu ve vdě mlalitě 3,0 ml kg -1. (M (H O) = 18,0, V m (CH 3 OH) = 40,7 cm 3 ml -1 ) [a) v = 36,0 ml ml -1, b) v = 17,99 ml ml -1 ] 5. Ve směsi ethanlu a vdy, kteá bsahuje 75 ml.% vdy, je paciální mlání bjem ethanlu 55,1 cm 3 ml -1 a hustta uvažvané směsi je 0,936 g cm -3. Vypčítejte paciální mlání bjem vdy. (M (H O) = 18,0, M (C H 5 OH) = 46,07) [v = 17,73 ml ml -1 ] 6. Nádba je zdělena na dvě části. Jedna bsahuje 3,0 ml H při tlaku 1,0 atm a tepltě 5 C, duhá bsahuje 1,0 ml N při tlaku 3,0 atm a tepltě 5 C. a) Vypčítejte směšvací Gibbsvu enegii při dstanění přepážky ddělující dané plyny. Předpkládejte ideální chvání plynů a nulvý bjem přepážky. b) Jaká by byla směšvací Gibbsva enegie, kdyby pčáteční tlaky bu plynů byly stejné při stejném bjemu nádby? [a) mix G = - 6,49 kj, b) mix G = - 5,58 kj]

5 7. Mějme nádbu bjemu 5,0 dm 3 zdělenu na dvě stejné části. Jedna bsahuje dusík tlaku 1,0 atm a tepltě 5 C, duhá bsahuje vdík stejném tlaku a tepltě. Vypčítejte směšvací Gibbsvu enegii a směšvací entpii při dstanění přepážky. [ mix G =- 351 J, mix S = 1,18 J K -1 ] 8. V jakém pměu musíte smíchat hexan (A) s heptanem (B), chcete-li dsáhnut nejvyšší směšvací entpie. Pmě vyjádřete mláním zlmke. Předpkládejte ideální chvání kapalné směsi. [x A = 0,50] 9. Při nmální tepltě tání tuti - 38,87 C je měný bjem tuti v pevné fázi 70,14cm 3 kg -1 a ve fázi kapalné 73,4 cm 3 kg -1. Měné tepl tání tuti je 11,63 kj kg -1. Vypčítejte tepltu tání tuti při tlaku 1,0 MPa za předpkladu, že její měný bjem ani měné tepl tání nezávisí na tepltě. [t = - 38,81 C] 30. Při jaké tepltě budu mít stejný tlak nasycené páy vdy a kyseliny ctvé? Nmální teplta vau vdy je 100 C a kyseliny ctvé 118 C. Střední hdnta výpanéh tepla vdy v uvažvaném zsahu teplt je 4,0 kj ml -1, kyseliny ctvé 5,0 kj ml -1. Dále spčítejte i příslušný tlak. [t = 76,3 C, p = 40,5 kpa] 31. Tenze páy kapalnéh naftalenu je 10,0 t při tepltě 85,8 C a 40,0 t při tepltě 119,3 C. Vypčítejte výpanu mlání entalpii, nmální tepltu vau a výpanu mlání entpii při nmální tepltě vau. Předpkládejte, že H f(t). (Pzn. C 10 H 8 má nmální tepltu tání 80, C.) [ výp H m = 48,5 kj ml -1, t = 16,3 C, výp S m = 99,0 J K -1 ml -1 ] 3. Odhadněte tepltu vau vdy v nadmřské výšce 3000 m při klní tepltě 10,0 C. Bametický tlak vypčítejte ze vztahu Mgh RT 0, p = p e ve kteém h je nadmřská výška, p 0 je tlak vzduchu na hladinu mře (h = 0 m) a M je mlání hmtnst vzduchu (pčítejte s přibližným slžením: 1 ml. % kyslíku a 79 ml. % dusíku. P měnu výpanu entalpii vdy pužijte hdntu 58 J g -1. [T = 363 K] 33. Při tepltě 90,0 C je tenze páy tluenu (T) 400 t a -xylenu (X) 150 t. Jaké je slžení kapalné směsi, kteá vře při 90,0 C, jestliže tlak je 0,50 atm. Jaké je slžení vznikající plynné fáze. Předpkládejte ideální chvání plynné i kapalné fáze. [ x = 0,90 T, y = 0, 968 ] T 34. Při tepltě 30,0 C má pentan tenzi pa 81,8 kpa a izpentan 109,1 kpa. Rzhdněte, v jaké fázi se nachází směs, kteá bsahuje 40,0 ml% pentanu při tlaku 95,0 kpa a 97,0 kpa. Pkud se bude směs nacházet v dvufázvé blasti, učete pmě látkvých mnžství příslušných fází. Předpkládejte ideální chvání plynné i kapalné fáze. n [95 kpa: g, 97 kpa: g = 1, 64 ] n l

6 35. Vypčítejte klik vzdušnéh kyslíku a dusíku se zpustí ve vdě při tepltě 0,0 C a tlaku vzduchu 101 kpa. Předpkládejte, že ve vzduchu je přítmn 1 ml% O a 78 ml% N. Mnžství zpuštěných plynů vyjádřete jejich mlalitami. Hdnty Henyh knstant při dané tepltě jsu uvedeny v následující tabulce. plyn K H 10-3 /MPa kyslík 4,06 dusík 8,14 [c m (O ), ml kg -1, c m (N ) 5, ml kg -1 ] 36. Odhadněte mlání kncentaci xidu uhličitéh v sdvé vdě připavené v sifnvé láhvi, kde je tlak CO 5 atm. K H (CO ) = 1, t při 98 K. 3 [ c = 0,17 ml dm ] 37. Učete elativní mlekulvu hmtnst neznámé látky, jestliže ztk bsahující 1, g tét látky a 94,8 g vdy měl při standadním tlaku tepltu tání - 0,405 C. Kyskpická knstanta vdy je 1,86 K kg ml -1. Předpkládejte, že daná látka je neelektlyt. [M = 59,1] 38. Jaká je expeimentální hdnta ebuliskpické knstanty vdy, jestliže ztk 0,450 g mčviny (M = 60,06) ve,5 g vdy (M = 18,0) vře při standadním tlaku při tepltě 100,17 C. [K e = 0,511 K kg ml -1 ] 39. Vypčítejte hmtnst H 3 BO 3 (M = 61,8), kteá zbyde v 50,0 cm 3 vdnéh ztku půvdní kncentaci 0,0 ml dm -3 p a) jedné extakci 150 cm 3 pentanlu, b) dvjí extakci vždy 50,0 cm 3 pentanlu? Při 0 cp C je zdělvací keficient p tut sustavu k = 10, 5. c p značí c CO = V kncentaci kyseliny bité v pentanlu, c v kncentaci kyseliny bité ve vdě. [ a) m V = 19,0 mg, b) m V = 4,67 mg] 40. P vnvážné kncentace látky B ve dvu nemísitelných zpuštědlech I, II platí: cb,i 1 =. Látka B hmtnsti 1,60 g byla půvdně zpuštěna ve 100 ml cb,ii 3 zpuštědla I. Tent ztk byl extahván dvakát vždy 100 ml zpuštědla II. a) Vypčítejte hmtnst látky B, kteá zbyde v zpuštědle I p duhé extakci? b) Vypčítejte hmtnst látky B, kteá přejde d zpuštědla II při pvní a při duhé extakci? [a) m I, = 0,10 g, b) m II,1 = 1,0 g, m II, = 0,30 g]

7 41. Při tlaku 1,5 kpa a tepltě 0 C se na 1 g silikagelu adsbuje 7,4 cm 3 CO (měřen při standadním tlaku a tepltě 0 C). Při tlaku 50 kpa a stejné tepltě dpvídá adsbvané mnžství CO 5 cm 3 (měřen za stejných pdmínek jak v předchzím případě). Vypčítejte a max a adspční keficient b za předpkladu platnsti Langmuivy iztemy. [a max = 1,1 10 cm 3 g -1, b = 5, Pa -1 ] 4. Mějme eakci, kteu vystihuje tat stechimetická vnice A + 3B = C + D. a) Pčáteční eakční směs bsahvala 1,0 ml látky A, 1,8 ml látky B a 1,0 ml látky D. V vnvážné eakční směsi byl nalezen 1,6 ml látky D. b) Pčáteční eakční směs bsahvala 1,0 ml látky A a 3,0 ml látky B. V vnvážné eakční směsi byl nalezen 1,0 ml látky D. Učete vnvážné slžení eakční směsi, zsah eakce a stupeň knveze těch slžek eakce, p kteé je definván. 43. Rvnvážná knstanta p disciaci amniaku pdle vnice NH 3 = N + 3H má při 500 K hdntu K p = 5,55. Vypčítejte a) hdntu standadní eakční Gibbsvy enegie, G, p tut tepltu, b) hdntu eakční Gibbsvy enegie, G, při tét tepltě p elativní tlaky slžek p el ( NH 3 ) = pel ( N ) = 0,, pel ( H ) = 0, 6, c) hdntu G p p el ( NH 3 ) = 0,04, pel ( N ) = 0,4, pel ( H ) = 0,7. Předpkládejte ideální chvání sustavy. [a) G = - 7,1 kj ml -1, b) G = - 6,80 kj ml -1, c) G = 9,61 kj ml -1 ] 44. Rvnvážná knstanta, K p, eakce N O 4 = NO, pbíhající v plynné fázi, je 0,14 při tepltě 5 C. Jaké budu vnvážné paciální tlaky N O 4 a NO, jestliže v nádbě knstantním bjemu 10,0 l byl na začátku pkusu puze NO tlaku 5,0 atm. Předpkládejte, že se plyny chvají ideálně. p N O =, atm] [ p ( ) = 0,558 atm, ( ) v NO 45. Reakce methanu s amniakem, pbíhající pdle vnice CH 4 (g) + NH 3 (g) = HCN(g) + 3 H (g), byla studvána za standadníh tlaku a teplty 60 C. Nástřik d eaktu bsahval 63 ml% amniaku a 37 ml% methanu, v vnvážné směsi byl zjištěn 6,6 ml% kyanvdíku. Vypčítejte vnvážnu knstantu eakce za předpkladu ideálníh chvání plynných slžek. [K= 4, ] 46. Rvnvážná knstanta, K x, p izmeizaci bnelu (C 10 H 17 OH) na izbnel při tepltě 503 K je 0,106. Směs bsahující 7,5 g bnelu a 14,0 g izbnelu byla v 5-l nádbě zahřáta na 503 K a nechána djít d vnváhy. Vypčítejte hmtnsti těcht dvu látek v vnváze. [m v ( izbnel) =,06 g, m v (bnel) = 19,44 g] v 4

8 47. D uzavřené nádby bjemu 5,0 dm 3 byl umístěn 10,0 g tuhéh chlidu amnnéh a nádba byla pté vyhřáta na tepltu 900 K. Chlid amnný se zkládá pdle vnice NH 4 Cl(s) = NH 3 (g) + HCl(g). Vypčítejte úbytek hmtnsti chlidu amnnéh p ustavení vnváhy. Rvnvážná knstanta zkladu má p tepltu 900 K hdntu 9, Předpkládejte ideální chvání plynných slžek. M (NH 4 Cl) = 53,49 [- m NH4C l = 0, 344 g] 48. P tepelný zklad uhličitanu vápenatéh pdle vnice CaCO 3 (s) = CaO(s) + CO (g) je při tepltě 98 K G = 130, kj ml -1. Vypčítejte paciální tlak CO při tét tepltě, pbíhá-li zklad v uzavřené nádbě knstantníh bjemu. p = 1, Pa] [ ( ) v CO 49. P eakci CO(g) + H O(g) = H (g) + CO (g) byly zjištěny hdnty K p při dvu hdntách teplt. Při tepltě T 1 = 98 K byla K p,1 = 1, , při tepltě T = 800 K byla K p, = 4,06. a) Vypčítejte p tent tepltní inteval střední hdnty H a S dané eakce. b) Vypčítejte G při tepltě 1000 K, za předpkladu lineání závislsti lnk p na 1/T. Předpkládejte ideální chvání sustavy. [a) H = - 40,1 kj ml -1, S = - 38,5 J K -1 ml -1, b) G = - 1,63 kj ml -1 ] 50. P disciaci fsgenu pdle vnice COCl (g) = CO(g) + Cl (g) byly zjištěny hdnty K p = 0,0195 při tepltě 635,7 K a K p = 0,1971 při tepltě 7, K. Vypčítejte a) H a S p tent tepltní inteval, b) G při tepltě 98 K za předpkladu lineání závislsti lnk p na 1/T. Předpkládejte ideální chvání sustavy. [a) H = 10 kj ml -1, S = 18 J K -1 ml -1, b) G = 64,0 kj ml -1 ] 51. Vypčítejte vnvážné knstanty, K, při tepltě 5 C p eakce a) C H 4 (g) + H (g) = C H 6 (g), b) CO(g) + 1/O (g) = CO (g). Standadní slučvací Gibbsvy enegie pvků jsu nulvé, p statní látky jsu uvedeny v tabulce. Předpkládejte ideální chvání plynných slžek. látka /kj ml -1 slučg C H 4 (g) 68,1 C H 6 (g) -3,90 CO(g) - 137,15 CO (g) - 394,36 [a) K = 5, , b) K = 1, ]