ChFA 2 1114 N01 ----Note 1-----

1 Themenbereich: Ideale und reale Gase
Aufgabe 1.1:
1. Die Luft in einem Trockenschrank (Lange = 40 cm, Breite = 40 cm, Hohe = 30 cm) wird von 20 °C auf 200 °C erwarmt. Der Luftdruck betragt zu Anfang 1 bar. Wie gros ist der Druck beim Erreichen der Endtemperatur, wenn der Schrank luftdicht verschlossen ist?
2. Welches Luftvolumen entweicht beim gleichen Aufwarmvorgang aus diesem Trockenschrank, wenn er nicht luftdicht ist, sondern die Luft ungehindert he-rausstromen kann?

Aufgabe 1.2:
Am Boden eines Sees herrscht eine Temperatur von 4 °C und ein Druck von 5 bar. Es bildet sich eine Gasblase mit einem Volumen von 100 cm3, die nach oben steigt.
1. Berechnen Sie unter Anwendung der allgemeinen Gasgleichung das Volumen der Blase beim Erreichen der Wasseroberflache, wenn dort ein Druck von 1013 mbar herrscht und das Gas sich beim Aufsteigen auf 15 °C erwarmt hat.
2. Berechnen Sie unter Anwendung des idealen Gasgesetzes, welche Stoffmenge Gas sich in der Blase befindet.

Aufgabe 1.3:
20 mol Kohlenstoffdioxid werden auf ein Molvolumen von 0,5 Liter pro Mol kom-primiert. Dabei stellt sich ein Druck von 42 bar ein. Welche Temperatur hat das Gas dann?
1. Berechnen Sie die Temperatur zunachst unter der Annahme idealen Verhaltens des Gases.
2. Berechnen Sie die Temperatur dann unter Verwendung der Van-der-Waals-Glei-chung mit den Konstanten a = 3,64 barl2/mol2 und b = 0,0427 l/mol.
3. Vergleichen Sie die Ergebnisse, die Sie in a) und b) erhalten. Wie sind diese Werte zu interpretieren? Was kann man daraus fur den tatsachlichen Druck schliesen?
4. Berechnen Sie aus den gegebenen Van-der-Waals-Konstanten die kritischen Da-ten VM,k, pK und Tk von Kohlenstoffdioxid.


2 Themenbereich: Erster Hauptsatz der Thermodynamik
Aufgabe 2.1:
300 g Ethanol mit einer spezifischen Warmekapazitat von 2,428 JK-1g-1 werden bei konstantem Druck von 20 °C auf 50 °C erwarmt. Welche Warmemenge ist hierzu er-forderlich und um welchen Betrag andert sich die Enthalpie des Systems?
5 Pkt.
Aufgabe 2.2:
Bei der Entnahme aus einer Druckflasche wird CO2 bei einer Temperatur von 22 °C von einem Druck von 50 bar auf 1 bar entspannt. Auf welche Temperatur kuhlt sich das Gas dabei ab, wenn der Joule-Thomson-Koeffizient konstant 0,68 K/bar betragt?
5 Pkt.
Aufgabe 2.3:
Ein Mol eines idealen Gases mit der mittleren molaren Warmekapazitat bei konstan-tem Volumen Cv,n = 16 Jmol-1K-1 wird ausgehend von einem Anfangsvolumen von 20 l adiabatisch komprimiert. Die Anfangstemperatur betragt dabei 20 °C, die End-temperatur 380 °C. Wie gros ist das Volumen am Ende der Kompression?
5 Pkt.
Aufgabe 2.4:
Bei einer chemischen Reaktion, in der gasformige Endprodukte gebildet werden, kann es zu einer deutlichen Volumenvergroserung kommen. Wenn die Reaktions-energie einer solchen Reaktion UR = 185 kJ betragt und die Reaktionsenthalpie HR = 234 kJ bei einer Temperatur von 25 °C betragt, welche Stoffmenge (idealer) Gase wurde dann dabei gebildet?
3 Themenbereich:
Anwendungen des zweiten und dritten Hauptsatzes
Aufgabe 3.1:
Die molare Verbrennungsenthalpie von Methan betragt HR = – 890 kJ/mol, die Entropieanderung SR = 186 J/(K  mol). Wie gros ist die maximale Arbeitsleistung dieser Verbrennung bei Normaldruck und einer Temperatur von 20 °C?
5 Pkt.
Aufgabe 3.2:
Bei einer kryoskopischen Molmassebestimmung werden 2 g der Probe in 20 g Campher gelost. Die kryoskopische Konstante von Campher betragt KKr = 39,7 K ・ kg/mol. Welche molare Masse hat die Probesubstanz, wenn man eine Gefrierpunktserniedrigung von 40 K feststellt?
5 Pkt.
Aufgabe 3.3:
Wie hoch ist der osmotische Druck einer Glucoselosung bei einer Temperatur von 20 °C, wenn 40 g Glucose in 0,8 l Wasser gelost sind? (Die molare Masse von Glucose betragt 180,16 g/mol.)
5 Pkt.
Summe: 15 Pkt.
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ChFA 2 5
4 Themenbereich: Reaktionskinetik
Aufgabe 4.1:
Ein Gemisch zweier Stoffe A und B mit jeweils der Konzentration 2 mol/l wird zur Reaktion gebracht. Nach zwei Stunden sind noch 30 Prozent von Substanz A vor-handen, der Rest wurde in einer Reaktion erster Ordnung umgesetzt. Berechnen Sie durch Ermittlung der Geschwindigkeitskonstante, wie gros die Konzentration der Substanz nach drei Stunden ist.
5 Pkt.
Aufgabe 4.2:
Eine chemische Reaktion hat bei einer Temperatur von 500 K die Geschwindigkeits-konstante 810-4 s-1. Bei 300 K betragt die Geschwindigkeitskonstante nur noch 310-4 s-1. Wie gros ist die Aktivierungsenergie der Reaktion?
5 Pkt.
Aufgabe 4.3:
Die Reaktion PCl5 (g) ⇋ PCl3 (g) + Cl2 (g) hat bei einer Temperatur von 250 °C die Gleichgewichtskonstante Kc = 4,16  10-2 mol/l. In einem gegebenen Gleichgewicht betragen die Partialdrucke von PCl3 und Cl2 jeweils p = 0,2 bar. Bestimmen Sie den Partialdruck von PCl5, indem Sie die Gleichgewichtskonstante Kp fur die Partialdru-cke der Gase berechnen.
5 Pkt.
Summe: 15 Pkt.
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ChFA 2 6
5 Themenbereich: Elektrochemie
Aufgabe 5.1:
Ein Leitfahigkeitsmessgerat zeigt bei der Eichung mit einer 0,1 molaren KCl-Losung (Leitfahigkeit: 0,01167 Ω-1 cm-1) einen Widerstand von 132 Ω an. Bestimmen Sie die Leitfahigkeit einer Probelosung, fur die mit diesem Gerat ein Widerstand von 2,7 kΩ gemessen wird, indem Sie zunachst die Geratekonstante bestimmen und diese dann auf die Probe anwenden.
5 Pkt.
Aufgabe 5.2:
Zwei Elektroden mit einer angelegten Spannung von 3 V tauchen im Abstand von 8 cm in eine verdunnte Kalilauge ein. Wie lange braucht ein K+-Ion, um von einer Elektrode zur anderen zu wandern? (Berechnen Sie die Wanderungsgeschwindigkeit unter Verwendung der Ionenbeweglichkeit v = 6,7  10-4 cm2 s-1 V-1.)
5 Pkt.
Aufgabe 5.3:
Bei einem Abscheidungsprozess mit konstanter Stromstarke werden aus einer AuCl3-Losung in 30 Sekunden 45 mg Gold abgeschieden. Welche Stromstarke muss dafur fliesen? (Die Molmasse von Gold betragt 196,97 g/mol.)
5 Pkt.
Aufgabe 5.4:
Die Reaktion 2 Cr3+ + 21 H2O → Cr2O72- + 14 H3O+ + 6 e- hat bei einer Temperatur von 20 °C das Standardpotenzial 1,33 V. Die Konzentrationen von Cr2O72- und Cr3+ sollen jeweils 1 mol/l betragen. Berechnen Sie mithilfe der Nernst-Gleichung das Potenzial, wenn der pH-Wert auf 1 gesenkt wird.
5 Pkt.
Aufgabe 5.5:
Eine Elektrolyse lauft mit einer Klemmenspannung von 3,6 V und einem Elektroly-sestrom von 0,4 A ab. Die Zersetzungsspannung der Reaktion ist 1,9 V, die Katho-denreaktion hat eine Uberspannung von –1,1 V, die Anodenreaktion verlauft unge-hemmt. Wie gros ist der Elektrolytwiderstand der Zelle?