Esercizi riassuntivi

ESERCIZI RIASSUNTIVI PER LA PREPARAZIONE ALLA
PROVA PRATICA. LA CONSEGNA DEGLI ESERCIZI
RISOLTI E'FACOLATATIVA
ESERCIZIO 1
Consideriamo i seguenti dati di viscosità (micropoise) e temperatura (K) per il metano gassoso
t/ 0C
η / µp
------------------------------------------------------34.8
-181.6
76
-78.5
102.6
0
108.7
20
133.1
100
160.5
200.5
181.3
284
202.6
380
226.4
499
Considerate i due modelli in alternativa
modello A
ηA = ks⋅ T
modello B
ηB =
ks⋅ T
1+
1.
2.
3.
S
T
sono costanti e T
è la temperatura
assoluta (K)
Scrivete le equazioni dei due modelli come funzioni della temperatura assoluta cioè ad
esempio ηA ( T) := .... e
ηB( T) := ..
Riportate in un grafico i punti sperimentali e le equazioni dei due modelli (in tutti e tre i
casi riportate tutto in funzione delle temperatura
Quale modello riproduce meglio i dati sperimentali? (Visulalizzazione grafica, analisi
degli scarti e deviazione standard)
TRALASCIATE LE UNITA'Di MISURA
ESERCIZIO 2. Dato l'
equilibrio
4 HCl( gas) + O2 ( gas) = 2Cl2 ( gas) + 2H2 O( gas)
Calcolate la frazione molare e la pressione parziale di Cl2 all'
equilibrio in corrispondenza di pressioni totali di 6, 12 e 22
atm. Considerate una miscela equimolecolare di reagenti. Kp=23.14 atm-1
Traccia. Procedete come nell'
esercizio precedente. Per utilizzare la K dovete esprimere tutto in frazioni molari e/o in
pressioni parziali
ESERCIZIO 3
L'
azoto liquido il cui punto normale di ebollizione (nb) è Tnb= 77.33 K, viene comunemente utilizzato in laboratorio come
bagno crioscopico. Per raggiungere temperature ancora più basse si può ridurre la pressione dell'
ambiente.
1.
2.
Stimare la temperatura di ebollizione dell'
azoto alla pressione di 100 torr sapendo che la sua entalpia
standard di vaporizzazione alla temperatura normale di ebollizione è 5.577 kJ/mol
L'
entalpia in realtà non e'costante al variare della temperatura. A basse Temperatura è possibile
2.
L'
entalpia in realtà non e'costante al variare della temperatura. A basse Temperatura è possibile
riconoscere una forma funzionale di tipo lineare tra entalpia e temperatura. Utilizzando i dati in tabella
individuate la relazione tra ∆H e T e usando tale espressione ricalcolate la temperatura di ebollizione
dell'
azoto alla pressione di 100 torr
T
∆H
-----------------------------------------------------50
6460
55
6300
60
6160
65
5970
70
5830
75
5665
80
5500
85
5350
90
5180
95
5010
100
4870
dlnP
Traccia. Si utilizza la formula di Clausius-Clapeyron
dT
=
∆H
RT
2
che integrata
per ∆H costante
P2
ln
P1
=
−∆H
R
1
⋅
T2
−
1
T1
per ∆H=a+b*T
ln
P2
P1
=
−a
R
⋅
1
T2
−
1
+ b ⋅ R⋅ ln
T1
T2
T1
ESERCIZIO 4
Consideriamo la reazione Fisher-Tropsch per la produzione di metano dal carbone. Il problema è molto comlesso perchè
richiede la risoluzione di un gruppo di reazioni simultanee. Illustriamo il metodo risolvendo due reazioni del processo ( a
700 K)
K1=3.88*103
K2=9.32
CO+3H2=CH4+H2O
CO+H2O=H2+CO2
Calcolare le frazioni molari all'
equilibrio
Le costanti di equlibrio fanno riferimento a gas ideali con P0 =1 bar. P sono le pressioni parziali, X le frazioni molari, N il
numero di moli
K1 =
Pch4⋅ Ph2O
=
3
Pco⋅ Ph2
K2 =
Ph2⋅ Pco2
Pco⋅ Ph2o
Xch4⋅ Xh2O
3
Xco⋅ Xh2
=
Xh2⋅ Xco2
Xco ⋅ Xh2o
=
⋅
1
2
=
Nch4⋅ Nh2O Ntotal
⋅
3
2
Nco⋅ Nh2
P0
2
P0
Nh2⋅ Nco2
Nco⋅ Nh2o
Consideriamo le moli iniziali
COini := 2
H2Oini := 1
H2ini := 1
All'
equilibrio x moli di CO vengono trasformate secondo la reazione 1 e y secondo la reazione 2. Quindi all'
equilibrio
Nco=2-x-y
Nh2=1-3x+y
Nh2o=1-y+x
Nco2=y
Nch4=x
Si imposta quindi un sistema di due equazioni in due incognite. Si risolve facilmente usando Given...Find.
Verficate la corretezza delle soluzioni utilizzando le frazioni molari calcolate per ottenere le costanti di equilibrio K1 e K2.
ESERCIZIO 5
Per la CO2 un esperimento ha fornito i seguenti dati tensione di vapore di vapore-temperatura
T /K
p /atm
--------------------------------------------216.55
5.1102
222.05
6.4439
227.61
8.0430
233.16
9.9211
238.73
12.0985
244.27
14.6230
249.83
17.5082
255.38
20.7880
260.94
24.5101
266.49
28.7017
272.05
33.3968
277.61
38.6364
283.16
44.4747
288.72
50.9390
294.27
58.0702
299.83
65.9159
304.16
72.7681
1.
2.
5.
6.
Assumendo l'
entalpia di vaporizzazione costante con la temperatura è assumibile una relazione lineare tra lnP e 1/T?
1
Se si calcolate l'
equazione della retta lnP( T) := a + b ⋅
Usa.
T
Modelli migliori per la tensione di vapore tengono conto della variazione di ∆H con la temperatura. Ad esempio
c1
lnP( T) := c0 +
+ c2⋅ lnT + c3⋅ T
T
Usando i dati in tabella calcolate la relazione tra lnP e T usando la formula sopra riportata (usate linfit).
Confrontate la qualità delle due regressioni (visualizzazione grafica, analisi degli scarti e deviazione standard). Quale
dei due modelli è migliore?
Usando i due modelli calcolare la tensione di vapore a 70 Celsius