Klausur zum PC-Grundpraktikum, Wintersemester 2002/2003
Aufgabe 1: Kalorimetrie/Wärmekapazität von Gasen
In einem frei dehnbaren Ballon des Volumens 24.5 l befindet sich ein unbekanntes Gas unter Standardbedingungen ( p = 1.01325 bar, T = 298 K ). Durch Verbrennung von 50 mg Propangas direkt unter dem Ballon steigt die Temperatur des Gases um 97 K. (Die Wärmekapazität der Ballonhülle wird vernachlässigt, die Verbrennungswärme von Propangas (C3H8) beträgt 2219 kJ/mol und wird zu 80 % während der Verbrennung an den Ballon abgegeben !)
(i) Um welches Gas könnte es sich handeln ? ( 19 Punkte ) (ii) Um wieviel würde die Temperatur steigen, wenn das Volumen des Ballons konstant
bleiben würde und sich stattdessen der Druck erhöht ? ( 8 Punkte ) (iii) Wie viel betragen die jeweiligen Temperaturanstiege in Aufgaben (i) und (ii), wenn
folgende Gase eingesetzt werden: H2 , CO2 , NH3.
( 15 Punkte ) Hinweis: Betrachten Sie sämtliche Gase als ideale Gase. Nehmen Sie weiterhin an, dass
sämtliche Freiheitsgrade der Gasmoleküle bei 298 K thermisch angeregt sind.
Summe der Punkte von Aufgabe 1: 42
Aufgabe 2: Phasengleichgewichte in 1-Komponentensystemen
Berechnung der Phasenbegrenzungslinien (flüssig-gasig, flüssig-fest, fest-gasig) über das währende chemische Gleichgewicht (dµ’ = dµ’’) und Skizze des Phasenverhaltens von Wasser im p-T-Diagramm :
(i) Leiten Sie über die chemischen Potentiale der flüssigen und der Dampfphase die Clausius-Clapeyron-Gleichung in integrierter Form her. ( 12 Punkte ) (ii) Leiten Sie analog die fest-flüssig Phasengrenze im p-T-Diagramm ab (Schmelzkurve).
( 12 Punkte )
(iii) Leiten Sie schließlich die fest-dampfförmig Phasengrenze im p-T-Diagramm ab
(Sublimationskurve). ( 12 Punkte )
(iv) Skizzieren sie das Phasendiagramm von Wasser im p-T-Diagramm und bezeichnen Sie die Phasengebiete entsprechend. ( 12 Punkte )
Summe der Punkte von Aufgabe 2: 48
Aufgabe 3: Phasengleichgewichte in Mischungen
Experimentelle Abkühlungskurven (idealisiert, d.h. ohne Unterkühlungseffekte) für 1- Komponentensysteme (reine Lösemittel), verdünnte Lösungen sowie Mischungen mit eutektischem Punkt, und experimentelle Bestimmung der Lage des eutektischen Punktes : (i) Skizzieren Sie die Abkühlkurve eines reinen Lösemittels unter Vernachlässigung von
Unterkühlungseffekten. ( 8 Punkte ) (ii) Skizzieren Sie die Abkühlkurve einer verdünnten Lösung und erläutern Sie ( knapp ! )
den Verlauf. ( 10 Punkte )
(iii) Skizzieren Sie die Abkühlkurve einer binären flüssigen Mischung mit eutektischem Punkt und erläutern Sie den Verlauf. ( 12 Punkte ) (iv) Schildern Sie möglichst knapp, wie sich der eutektische Punkt ( Temperatur und
Zusammensetzung der Mischung ! ) eines binären Gemisches experimentell
bestimmen lässt. ( 16 Punkte )
Summe der Punkte von Aufgabe 3: 46
