První věta termodynamiky - J. Heyrovský Institute of Physical

Cvičení Fyzikální chemie I, 3. týden První věta termodynamiky ZS 2013/2014 J.Lengyel jozef.lengyel@jh‐inst.cas.cz 1) (ATKINS 2.19.b*) Spálením 2,25 mg antracénu C14H10(s) o molární hmotnosti 172,23 g mol‐1 v kalorimetrické bombě vzrostla teplota o 1,35 K. Tepelná kapacita kalorimetru je 68,3 J K‐1. Předpokládejte ideální spalování. Vypočtete standardní molární spalné teplo za konstantního objemu ΔU°m,sp a standardní molární spalné teplo za konstantního tlaku ΔH°m,sp. Neuvažujte žádné korekce. 2) (ATKINS 3.5.b*) Vypočítejte ΔH, když dva železné bloky, každý s hmotností 1 kg, jeden s teplotou 200 °C, druhý 25 °C se dají do vzájemného kontaktu v tepelně izolované nádobě. Specifická tepelná kapacita Fe je 0,449 J K‐1 g‐1 a můžeme předpokládat, že je v daném teplotním rozsahu konstantní. 3) (PFCH 4.58.) K 60 g ledu o počáteční teplotě −8 °C bylo přidáno takové množství vody o teplotě 25 °C, aby při 0 °C polovina ledu roztála. Vypočtěte hmotnost přidané vody při tomto ději. Teplo vyměněné s okolím je nulové. cp(H2O, s)=2,07 J K‐1 g‐1, cp(H2O, l)=4,18 J K‐1 g‐1, ΔHtání=336,4 J g‐1. 4) (Sbírka 3.16) Vypočítejte (a) na jakou teplotu se ohřeje vzduch ve válci s pohyblivým pístem při vratné adiabatické kompresi, (b) jaký je ve válci tlak po kompresi, (c) vnitřní energii, teplo, objemovou práci a entalpii. Počáteční teplota vzduchu je 350 K, počáteční tlak je 100 kPa a objem před kompresí je 506,3 cm3. Poměr maximálního a minimálního objemu má hodnotu 18. Při výpočtu uvažujte ideální stavové chování. Poissonova konstanta pro vzduch je 1,4. 5) (Sbírka 3.18). Určete konečný stav systému a práci vykonanou při nevratné adiabatické expanzi 1 mol ideálního plynu. Počáteční stav systému: p1 = 0,2 MPa, Vm1 = 5 dm3 mol–1, CVm○ = 20,8 J K–1 mol–1. Expanze probíhá proti stálému vnějšímu tlaku po= 0,16 MPa 6) (Sbírka 3.20) Jeden mol ideálního plynu byl převeden vratně z tlaku p1 = 2 MPa a objemu Vm1 = 1 dm3 mol–1 na objem Vm2 = 2 dm3 mol–1 podél křivky, kterou lze vyjádřit vztahem 1
0,5.
0.5
kde p je tlak v MPa, V molární objem v dm3 mol–1. Určete objemovou práci. (*Atkins, P.; de Paula, J., Atkins’ Physical Chemistry. 8th ed. Oxford University Press: New York, 2006)