Probeklausur Wintersemester 2016/2017, Fragen PDF

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Universität Hamburg – Fachbereich Chemie Übungsklausur PCM I – Wintersemester 2016/17 ! PC1: 2.5 mol Argon werden bei 298 K reversibel von einem Anfangsvolumen von 10 L solange expandiert, bis der Enddruck 1 bar beträgt. Um diesen Vorgang bei einer konstanten Temperatur durchzuführen, wird ein umgebendes Wärmebad auf konstanter Temperatur gehalten. a) Berechnen Sie die verrichtete Arbeit. Um das Wasserbad bei einer konstanten Temperatur zu halten, wird dieses durch das Verbrennen von Benzen bei Sauerstoffüberdruck beheizt. b) Wie hoch ist die molare Verbrennungsenthalpie des Benzens? c) Wie viele Liter Benzen müssen bei konstantem Druck verbrannt werden, um das Wasserbad bei konstanter Temperatur zu halten? (Rechnen Sie näherungsweise mit Standardbedingungen. Die Dichte von Benzen beträgt bei 298 K ρ = 0.88 g⋅cm-3.)

PC2: Sie wollen Ethen in einem Hochdruckverfahren bei 3500 bar und 150 °C radikalisch polymerisieren. Der Reaktor fasst ein konstantes Volumen von 15 L. Nehmen Sie an, Ethen verhalte sich wie ein ideales Gas. a) Welche Masse an Ethen muss dafür verwendet werden, wenn der Reaktor ausschließlich mit Ethen befüllt wird? b) Welche Wärmemenge muss dem System zugeführt werden, um das Reaktionsgemisch von 25 °C auf die Reaktionstemperatur zu erhitzen? c) Wie hoch ist die Änderung der inneren Energie? d) Wie hoch ist die verrichtete Arbeit? e) Wie hoch ist die Enthalpieänderung?

Universität Hamburg – Fachbereich Chemie Übungsklausur PCM I – Wintersemester 2016/17 ! PC3: Betrachten Sie einen Carnot’schen Kreisprozess, in dem 5 mol eines einatomigen, idealen Gases adiabatisch von 9.0 L auf 2.1 L komprimiert werden. Der Enddruck beträgt 27 bar. Im folgenden Schritt wird das Gas isotherm auf 13 L expandiert. a) Berechnen Sie das vierte Volumen. b) Berechnen Sie die Temperaturen Tw und Tk. c) Berechnen Sie die gesamte Arbeit des Systems Wges. d) Berechnen Sie den Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine.

PC4: Eines der wichtigsten Lösungsmittel in der organischen Chemie ist der Diethylether, dessen Dampfdruck bei 20 °C 0.586 bar und bei 50 °C 1.698 bar beträgt. Sein Gefrierpunkt liegt bei -116 °C. Berechnen Sie den Siedepunkt, die Verdampfungsenthalpie und die Verdampfungsentropie am Siedepunkt.

PC5: Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie Δr H der Bildung von festem Benzophenon (C13H10O) aus festem Diamant, gasförmigem Wasserstoff und gasförmigem Sauerstoff anhand der folgenden Daten. 1) CDiamant + O2(g) → CO2(g) 2) H2(g) +

1 2

O2(g) → H2 O(l)

3) C13 H10 O(s) + 15 O2(g) → 13 CO2(g) + 5 H2 O(l)

∆c H0 =-395.41 kJ·mol-1 ∆c H0 =-285.84 kJ·mol-1 ∆c H0 =-395.41 kJ·mol-1

Universität Hamburg – Fachbereich Chemie Übungsklausur PCM I – Wintersemester 2016/17 ! Physik: Ein unerfahrener Schütze versucht, mit einer Steinschleuder eine 5 m hoch hängende Melone mit einem Durchmesser von 30 cm vom Baum zu schlagen. Der Schütze steht 3 m von der Stelle entfernt, an der die Melone auftreffen würde, und zielt exakt auf die Mitte der Melone. a) Trifft dieser Amateur, wenn er den 500 g schweren Stein aus einer Höhe von 1.5 m und mit einer Geschwindigkeit von 15 m⋅s-1 abfeuert? b) Beim zweiten Versuch verändert er den Schusswinkel und trifft. Wie lange hat er nach seinem Treffer Zeit um die 5 kg schwere Melone zu fangen, bevor sie auf dem Boden zerschellt? Wie schnell muss er mindestens laufen? Zusatzfrage: Was macht diese Aufgabe unlogisch?

M1: Die Halbwertszeit der Konzentration c(t) einer instabilen Verbindung beträgt 14 min. a) Stellen Sie die Abnahme der Konzentration c(t) als Funktion der Zeit mithilfe von Exponentialfunktionen, einmal zur Basis e und einmal zur Basis 10, dar. b) Berechnen Sie die jeweiligen Geschwindigkeitskonstanten k der Funktionen. c) Wie hoch ist die Anfangskonzentration c0 der Verbindung, wenn nach zwei Stunden Reaktionszeit eine Konzentration von 6 ⋅ 10-4 mol ⋅ L-1 bestimmt wird? Rechnen Sie mit beiden Exponentialfunktionen!

M2: Bilden Sie das totale Differential zu folgender Funktion: 1

f(x,y,z) = z ⋅ ey

- x2

Universität Hamburg – Fachbereich Chemie Übungsklausur PCM I – Wintersemester 2016/17 ! M3: Berechnen Sie die folgenden Integrale: a)

∞ -x -e dx 0

b)

c)

π 2 ln(5) cos(z)e-x y2 dxdydz 0 1 0

d)

2

3x2 (x3 +4) dx 7 3x-6 dx 5 3x2 -6x-12

M4: Gegeben ist folgende Differentialgleichung: y' = y⋅cos(x) a) Um welchen Typ einer Differentialgleichung handelt es sich? (Gewöhnliche oder partielle Differentialgleichung? Ordnung? Linear oder nicht-linear?) Begründen Sie Ihre Angaben. b) Wie lautet die allgemeine Lösung dieser Differentialgleichung? c) Wie lautet die spezielle Lösung, wenn im AWP ein Anfangswert von y(2π) = 5 vorgegeben ist?

Universität Hamburg – Fachbereich Chemie Übungsklausur PCM I – Wintersemester 2016/17 ! Formelsammlung:

Standard-Bildungsenthalpien:

Δ Q = n cV T2 - T1

Substanz

ΔB H0

W = n cp T2 - T1

C6H6 (l)

49.0

C6H6 (g)

82.93

C6H12O6 (s)

-1274

cV = n CV

CO2 (g)

-393.51

Cp - CV = R

H2O (l)

-285.84

H2O (g)

-241.82

cV =

f R 2

W=-

p dV

W = -n R T ln

V2 V1

ΔU = W + Q ΔG = ΔH - T ΔS ΔH = ΔU + Δ(p V) U=

f nRT 2

pV=nRT η=1-

ln

p2 p1

Tk Tw =-

VA TE = VE TA

ΔH 1 1 R T2 T1 cp -1 cV

kJ mol...