Compito di TERMODINAMICA Canale M

Compito di TERMODINAMICA
Canale M-Z
Appello 9 Aprile 2002
Problema n.ro 1
Determinare la temperatura di equilibrio termico di un cubo di rame di lato 5 cm inizialmente alla
temperatura di 20 °C che viene messo in contatto con un cubo di grafite di lato uguale inizialmente
alla temperatura di 800 °C. Considerare l’intero sistema adiabatico e le capacità termiche e le
densità indipendenti dalla temperatura.
Cu
C(grafite)
Cp/ JK-1mol-1
V°/ m3mol-1
24.435
8.527
7.09x10-6
5.30x10-6
Problema n.ro 2
Nel problema precedente calcolare la variazione di entropia.
Problema n.ro 3
La camera di combustione del motore a reazione di un jet lavora alla temperatura Tj. Esprimere il
rendimento termodinamico in funzione della quota di volo, h, sapendo che la temperatura, Ta,
dell’atmosfera dal livello del mare fino a 10000 m varia approssimativamente con la legge lineare
Ta = A – Bh. Calcolare, poi, il valore del rendimento al livello del mare ed a 8000 m sapendo che
A=20 °C e B = 6.25x10-3 °Cm-1 e Tj = 800 °C.
Problema n.ro 4
Calcolare !G, !G°, !H e !S per la trasformazione reversibile ed isoterma a –73 °C di 1 mole di H2,
considerato gas ideale, che viene portata da 2 a 20 bar. La trasformazione è spontanea ?
Problema n.ro 5
Verificare se la pressione di CO2 (g) di 2 bar consente a 850 °C la decomposizione di CaCO3 (s)
secondo la reazione
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g).
Calcolare, inoltre, la pressione di CO2 di equilibrio alla medesima temperatura nel caso in cui
CaCO3 è in soluzione solida con attività di 1x10-4. Il !rG° della reazione varia con la temperatura
secondo l’equazione
!rG° = 176400 – 160.59 T
J mol-1
Problema n.ro 6
Rappresentare su un grafico ln PCO vs 1/T la curva di equilibrio di una miscela solida di CaCO3 e
grafite. Il !rG° della reazione
C(grafite) + CO2 (g) = 2 CO (g)
in funzione della temperatura è !rG° = 174450 – 175.86 T
J mol-1
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
25.06.2002 / M-Z
1. Calcolare la variazione di energia interna nel riscaldamento di 1 mole di gas ideale da 25 a 500
°C per:
a. He;
b. CO2;
c. H2O.
2. Calcolare il lavoro nell’espansione di 1 mole di gas ideale da 0.01 a 0.1 m3 a 25°C:
a. contro una pressione esterna di 0.1 bar;
b. reversibilmente.
3. Il !fH°298 di formazione di NOCl (g) è 52.6 kJ mole-1. Considerando tutti i gas coinvolti nella
reazione come gas ideali, calcolare !U298.
4. Il calore di combustione dell’acido benzoico (P.M.. = 122) a 273 K è !rH°273 =-3227 kJ mole-1.
Calcolare !rH°298 assumendo i calori specifici indipendenti da T.
CO2(g) = 37.4 J K-1 mole-1; H2O(l) = 75.29 J K-1 mole-1; O2(g) = 29.35 J K-1 mole-1;
C6H5COOH (s) = 1.20 J K-1 g-1.
5. Calcolare il !rH°298 della reazione di sintesi di CH3OH (l) sapendo che –110.53 kJ mole-1 e –
238.66 kJ mole-1 sono rispettivamente i !fH°298 di CO (g) e CH3OH(l). Disegnare su un grafico,
scegliendo opportunamente gli assi, la dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura.
Rappresentare la curva anche nel caso di formazione di CH3OH(g).
6. Alla medesima temperatura, i seguenti ossidi di stechiometria Me2O3 hanno la pressione
parziale di equilibrio (in bar): 1.5x10-10; 3.0x10-8; 7x10-20; 5x10-25; 4x10-9. Calcolare il !fG°298
per ciascuno ed ordinarli in stabilità termodinamica crescente.
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
22.07.2002 / M-Z/
2. Calcolare la variazione di energia interna nel riscaldamento di 1 mole di gas ideale da 25 a 500
°C per:
d. He;
e. CO2;
f. H2O.
3. Calcolare il lavoro nell’espansione di 1 mole di gas ideale da 0.01 a 0.1 m3 a 25°C:
c. contro una pressione esterna di 0.1 bar;
d. reversibilmente.
7. Calcolare la variazione di entropia per la solidificazione di 1 mole di H2O liquida
sottoraffreddata a 263.15 K e 1 bar. Siano Cp(l) = 75.3 JK-1mol-1, Cp(s) = 37.6 JK-1mol-1 e
!fus273.15 = 6200 Jmol-1.
8. Il calore di combustione dell’acido benzoico (P.M.. = 122) a 273 K è !rH°273 =-3227 kJ mole-1.
Calcolare !rH°298 assumendo i calori specifici indipendenti da T.
CO2(g) = 37.4 J K-1 mole-1; H2O(l) = 75.29 J K-1 mole-1; O2(g) = 29.35 J K-1 mole-1;
C6H5COOH (s) = 1.20 J K-1 g-1.
9. Calcolare il !rH°298 della reazione di sintesi di CH3OH (l) sapendo che –110.53 kJ mole-1 e –
238.66 kJ mole-1 sono rispettivamente i !fH°298 di CO (g) e CH3OH(l). Disegnare su un grafico,
scegliendo opportunamente gli assi, la dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura.
Rappresentare la curva anche nel caso di formazione di CH3OH(g).
10. Calcolare "G#, "G e Keq per la reazione di formazione di una lega metallica
Me(a=1) $ Me(a=10-4)
a 1000 K ed a 1 bar.
Se XMe = 0.5 , quale è il valore del coefficiente di attività del metallo nella lega?
Alla temperatura data la pressione di vapore di Me puro è 10-10 bar ed il "H# di vaporizzazione
è 200 kJ/mol, calcolare la pressione di vapore a 1200 K.
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
17.09.2002 / M-Z
3. Calcolare la variazione di energia interna nel riscaldamento di 1 mole di gas ideale da 25 a 500
°C per:
g. He;
h. CO2;
i. H2O.
4. Calcolare il lavoro nell’espansione di 1 mole di gas ideale da 0.01 a 0.1 m3 a 25°C:
e. contro una pressione esterna di 0.1 bar;
f. reversibilmente.
11. Calcolare la variazione di entropia per la solidificazione di 1 mole di H2O liquida
sottoraffreddata a 263.15 K e 1 bar. Siano Cp(l) = 75.3 JK-1mol-1, Cp(s) = 37.6 JK-1mol-1 e
!fus273.15 = 6200 Jmol-1.
12. Il calore di combustione dell’acido benzoico (P.M.. = 122) a 273 K è !rH°273 =-3227 kJ mole-1.
Calcolare !rH°298 assumendo i calori specifici indipendenti da T.
CO2(g) = 37.4 J K-1 mole-1; H2O(l) = 75.29 J K-1 mole-1; O2(g) = 29.35 J K-1 mole-1;
C6H5COOH (s) = 1.20 J K-1 g-1.
13. Calcolare il !rH°298 della reazione di sintesi di CH3OH (l) sapendo che –110.53 kJ mole-1 e –
238.66 kJ mole-1 sono rispettivamente i !fH°298 di CO (g) e CH3OH(l). Disegnare su un grafico,
scegliendo opportunamente gli assi, la dipendenza della costante di equilibrio dalla temperatura.
Rappresentare la curva anche nel caso di formazione di CH3OH(g).
14. Calcolare "G#, "G e Keq per la reazione di formazione di una lega metallica
Me(a=1) $ Me(a=10-4)
a 1000 K ed a 1 bar.
Se XMe = 0.5 , quale è il valore del coefficiente di attività del metallo nella lega?
Alla temperatura data la pressione di vapore di Me puro è 10-10 bar ed il "H# di vaporizzazione
è 200 kJ/mol, calcolare la pressione di vapore a 1200 K.
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
26.03.2003 / M-Z
Problema n.ro 1
Calcolare la variazione di energia interna nel riscaldamento di 1 mole di gas da 25 a 500 °C per: He;
CO; H2O; Ar. Assumere il comportamento del gas ideale tenendo conto della loro struttura atomica
o molecolare.
Problema n.ro 2
In un recipiente adiabatico di 1 m3 di volume, la combustione di una sostanza solida riscalda 1 dm3
di acqua dalla temperatura di 20 °C a 80 °C. La pressione parziale di O2 nel recipiente si riduce da
0.21 bar a 0.15 bar. Calcolare il "H di combustione della sostanza per mole di O2. Considerare la
temperatura all’interno del recipiente costante ed uguale a 20 °C ed il gas ideale. Assumere, inoltre,
costante la pressione totale del gas nel recipiente. Cp (H2O) = 4.18 J*K-1*g-1
Problema n.ro 3
Un liquido è contenuto in un cilindro di 1 m3 di volume a 1 bar e 300 K. Se la pressione è
aumentata a 100 bar e la comprimibilità del liquido è 5% 10-10 m2/N, calcolare (a) il lavoro fatto e (b)
la variazione di volume
Problema n.ro 4
Calcolare il ! r H2"9 8 della trasformazione allotropica
S(rombico) = S(monoclino)
(1)
Sapendo che il ! r H2"9 8 per le reazioni:
S(rombico) + O2(g) = SO2(g)
(2)
S(monoclino) + O2(g) = SO2(g)
(3)
è rispettivamente -296.83 e -297.15 kJ mol-1. Valutare, inoltre, per tutte le reazioni (1-3) la
variazione di energia interna.
Problema n.ro 5
La variazione di energia libera standard a 700 K della reazione
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
è maggiore di zero. Spiegare perché nonostante ciò l’ammoniaca è prodotta industrialmente a 700 K
in gran quantità. Valutare se la costante di equilibrio dipende dalla pressione totale e con quale tipo di
legge. Cosa accadrebbe se l’ammoniaca fosse allo stato liquido? Considerare i gas come ideali.
Problema n.ro 6
Alla medesima temperatura, i seguenti ossidi di stechiometria Me2O3 hanno la pressione parziale di
equilibrio (in bar): 1.5x10-10; 3.0x10-8; 7x10-20; 5x10-25; 4x10-9. Calcolare il !fG°298 per ciascuno ed
ordinarli in stabilità termodinamica crescente.
Problema n.ro 7
Il !fH°298 di formazione di NOCl (g) è 52.6 kJ mole-1. Considerando tutti i gas coinvolti nella
reazione come gas ideali, calcolare !U298.
Problema n.ro 8
A 293 K ed alla pressione totale di 1 bar, la pressione di vapore di H2O (l) è 565.8 Nm-2. Calcolare
la pressione di vapore di H2O (l) alla pressione totale di 1x106 Nm-2. Il volume molare di H2O (l) è
dato per noto.
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
08.04.2003 / M-Z
Problema n.ro 1
Calcolare l'energia interna da fornire ad una certa quantità di He, contenuto in un recipiente di 2 l ed
alla pressione di 2 bar, per innalzare la temperatura del gas da 300 a 700 K.
Problema n.ro 2
Un uomo produce mediamente ca. 10 kJ di calore il giorno attraverso processi metabolici. Se
l'uomo fosse un sistema chiuso di 70 kg di massa, con Cp = 4.2 kJ K-1 kg-1, calcolare la crescita
della sua temperatura in un giorno. L'uomo è in realtà un sistema aperto. Il principale meccanismo
di perdita di calore è l'evaporazione d'acqua. Quanta acqua per giorno deve essere evaporata per
°
mantenere la temperatura corporea costante. [ ! vap H300
( H2 O) = 2450 kJ kg-1 ]
Problema n.ro 3
La densità di Al(s) a 20°C è 2.70 gcm-3 e quella di Al(l) a 660 °C è 2.38 gcm-3. Calcolare il lavoro
fatto sull'ambiente quando 1 kg di Al è riscaldato sotto la pressione di 100 kPa da 20 a 660 °C.
Problema n.ro 4
Il cloruro di vinile (C2H3Cl) può essere preparato mediante la reazione
°
C2H2(g) + HCl(g) = C2H3Cl(g)
! r H298
= "100 kJ mol-1 .
Calcolare la massa di acqua di raffreddamento a 15 °C necessaria per mantenere il recipiente di
reazione a 25 °C per kg di HCl usato nella reazione stechiometrica. (MHCl = 36.5 g mol-1; la
capacità termica di H2O è data per nota).
Problema n.ro 5
°
Hg bolle a P° e 630 K con ! vap H630
= 64.9 kJ mol -1 , Cp°298!630 (l) = 28.0 J K -1mol-1
Cp°630 !800 (g) = 20.8 J K -1mol-1 . Calcolare il !S° per la trasformazione
Hg(l, 300 K) = Hg (g, 700 K)
Problema n.ro 6
Un motore a vapore funziona tra 140 e 30 °C. Determinare la minima quantità di calore assorbita
dalla sorgente termica per dare 1 kJ di lavoro.
Problema n.ro 7
La densità & del diamante a 298 K 101.3 kPa è 3.513 gcm-3 mentre quella della grafite è 2.260
gcm-3. Assumendo che & e !H = 1900 J mol-1 siano indipendenti dalla pressione scrivere
l'equazione P vs T della curva di equilibrio C(diam.)/C(graf.).
Problema n.ro 8
Un recipiente sotto vuoto ed alla temperatura di 1000 K contiene una miscela solida Ni/NiO in un
dato rapporto. Nel recipiente è immessa una miscela gassosa CO/CO2 alla medesima T.
Determinare il rapporto CO/CO2 tale che la miscela solida mantenga il rapporto iniziale.
[! f G°(CO2 ) = "94200 " 0.2T cal mol-1;! f G°(CO) = "26700 " 20.95T cal mol -1;
! f G°( NiO) = "56010 + 20.37T cal mol -1 ]
e
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
11.07.2003 / M-Z
Problema n.ro 1
Determinare il lavoro fatto nelle seguenti trasformazioni:
4. 10 m3 sono compressi a 5 m3 sotto una pressione costante di 103 kPa;
5. 1 mole di gas ideale a 300 K viene compresso isotermicamente da 100 a 400 kPa con un
processo reversibile.
Problema n.ro 2
Nell'intervallo tra 180 e 310 K, la capacità termica standard in J K-1 mol-1 di CS2(l) è data dalla
relazione:
Cp° = 77.28 - 2.07x10-2T + 5.15x10-5T2.
Determinare il !H° di 1 mole di CS2(l) quando questa viene riscaldata da 180 a 310 K.
Problema n.ro 3
Calcolare il !rH nelle reazioni:
a. S(rombico) + O2(g) = SO2(g)
b. 3/2 H2(g) + 1/2 N2(g) = NH3(g)
!rU298 = -298 kJ mol-1;
!rU298 = -43.5 kJ mol-1
Problema n.ro 4
Un grande blocco di Cu a 1000 K è collegato per mezzo di una barra di Cu ad un altro grande
blocco di Cu a 500 K. La conduzione termica avviene nella misura di 104 Js-1. Di quanto aumenta al
secondo l'entropia dell'Universo a causa di questo processo ?
Problema n.ro 5
Il punto di ebollizione del benzene a P=101.3 kPa è 353.2 K. Calcolare a che pressione il benzene
bollirebbe a 330 K. !vH° (benzene) = 31.8 kJ mol-1.
Problema n.ro 6
Alla medesima temperatura, i seguenti ossidi di stechiometria Me2O3 hanno la pressione parziale di
equilibrio (in bar): 1.5x10-10; 3.0x10-8; 7x10-20; 5x10-25; 4x10-9. Calcolare il !fG°298 per ciascuno ed
ordinarli in stabilità termodinamica crescente.
Problema n.ro 7
Verificare se la pressione di CO2 (g) di 2 bar consente a 850 °C la decomposizione di CaCO3 (s)
secondo la reazione
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g).
Calcolare, inoltre, la pressione di CO2 di equilibrio alla medesima temperatura nel caso in cui
CaCO3 è in soluzione solida con attività di 1x10-4. Il !rG° della reazione varia con la temperatura
secondo l’equazione
!rG° = 176400 – 160.59 T
J mol-1
Problema n.ro 8
Calcolare !G, !G°, !H e !S per la trasformazione reversibile ed isoterma a –73 °C di 1 mole di H2,
considerato gas ideale, che viene portata da 2 a 20 bar. La trasformazione è spontanea ?
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
17.09.2003 / M-Z
Problema n.ro 1
Determinare il lavoro fatto nelle seguenti trasformazioni:
6. 10 m3 sono compressi a 5 m3 sotto una pressione costante di 103 kPa;
7. 1 mole di gas ideale a 300 K viene compresso isotermicamente da 100 a 400 kPa con un
processo reversibile.
Problema n.ro 2
Nell'intervallo tra 180 e 310 K, la capacità termica standard in J K-1 mol-1 di CS2(l) è data dalla
relazione:
Cp° = 77.28 - 2.07x10-2T + 5.15x10-5T2.
Determinare il !H° di 1 mole di CS2(l) quando questa viene riscaldata da 180 a 310 K.
Problema n.ro 3
Calcolare il !rH nelle reazioni:
a. S(rombico) + O2(g) = SO2(g)
b. 3/2 H2(g) + 1/2 N2(g) = NH3(g)
!rU298 = -298 kJ mol-1;
!rU298 = -43.5 kJ mol-1
Problema n.ro 4
Un grande blocco di Cu a 1000 K è collegato per mezzo di una barra di Cu ad un altro grande
blocco di Cu a 500 K. La conduzione termica avviene nella misura di 104 Js-1. Di quanto aumenta al
secondo l'entropia dell'Universo a causa di questo processo ?
Problema n.ro 5
Il punto di ebollizione del benzene a P=101.3 kPa è 353.2 K. Calcolare a che pressione il benzene
bollirebbe a 330 K. !vH° (benzene) = 31.8 kJ mol-1.
Problema n.ro 6
Alla medesima temperatura, i seguenti ossidi di stechiometria Me2O3 hanno la pressione parziale di
equilibrio (in bar): 1.5x10-10; 3.0x10-8; 7x10-20; 5x10-25; 4x10-9. Calcolare il !fG°298 per ciascuno ed
ordinarli in stabilità termodinamica crescente.
Problema n.ro 7
Verificare se la pressione di CO2 (g) di 2 bar consente a 850 °C la decomposizione di CaCO3 (s)
secondo la reazione
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g).
Calcolare, inoltre, la pressione di CO2 di equilibrio alla medesima temperatura nel caso in cui
CaCO3 è in soluzione solida con attività di 1x10-4. Il !rG° della reazione varia con la temperatura
secondo l’equazione
!rG° = 176400 – 160.59 T
J mol-1
Problema n.ro 8
Calcolare !G, !G°, !H e !S per la trasformazione reversibile ed isoterma a –73 °C di 1 mole di H2,
considerato gas ideale, che viene portata da 2 a 20 bar. La trasformazione è spontanea ?
PROVA SCRITTA DI TERMODINAMICA
15.04.2004 / M-Z
Problema n.ro 1
Calcolare la variazione di energia interna ed il calore necessario per riscaldare a volume costante 3
moli di gas ideale da 300 a 1000 K.
Problema n.ro 2
a) Mostrare su un piano P-V l'andamento di una trasformazione isoterma e di una trasformazione
adiabatica di un gas ideale. Giustificare le eventuali differenze.
b) Mostrare l'andamento dell'entropia in funzione della temperatura per l'acqua nell'intervallo 0 400 K.
Problema n.ro 3
Calcolare il !rH° della reazione di combustione di 1.23 g di acido benzoico C6H5COOH (P.M.=123
g mole-1) a P=cost. sapendo che a 298 K i !fH° di formazione di CO2(g) ed H2O(l) sono
rispettivamente -393.20 kJ mole-1 e -285.83 kJ mole-1.
Problema n.ro 4
L’andamento della pressione di vapore di Fe (s) nell’intervallo di temperatura ambiente fino al
punto di fusione 1808 K è dato dall’equazione
ln(p/bar)= -(48547/T)-2.14lnT+32.28
Calcolare il "H0 di vaporizzazione a 1000 K e la variazione di entropia all’equilibrio Fe(s)=Fe(g).
Problema n.ro 5
La variazione di energia libera standard a 700 K della reazione
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
è maggiore di zero.
Spiegare perché nonostante ciò l’ammoniaca viene prodotta industrialmente a 700 K in grande
quantità. Valutare se la costante di equilibrio dipende dalla pressione totale e con quale tipo di legge.
Cosa accadrebbe se l’ammoniaca fosse allo stato liquido? Considerare i gas come ideali.
Problema n.ro 6
Calcolare "G#, "G e Keq per la reazione di formazione di una lega metallica
Me(a=1) $ Me(a=10-4)
a 1000 K ed a 1 bar.
Se XMe = 0.5 , quale è il valore del coefficiente di attività del metallo nella lega? Alla temperatura
data la pressione di vapore di Me puro è 10-10 bar ed il "H# di vaporizzazione è 200 kJ/mol, calcolare
la pressione di vapore a 1200 K.
Compito di TERMODINAMICA CHIMICA
Canale M-Z
Appello 7 Luglio 2005
Problema n.ro 1
Calcolare il volume di CO2 a STP prodotto da una centrale termoelettrica alimentata a CH4 per la
generazione di 1 kWh di energia elettrica. Il rendimento reale della centrale è 0.4. Assumere la
temperatura di combustione 1000 K. ! f GT0 CH4 (g) = -85.06+0.1053T; ! f GT0 CO2 (g) = -394.13-4
0
T
[
[
]
-2
]
[
-1
]
8.37 x10 T; ! f G H2O( g) = -246.44+5.48x10 T. Tutti in kJ mol . Considerare i gas come ideali.
Problema n.ro 2
Nel problema precedente, calcolare la quantità di CH4 da bruciare per produrre 1 kWh di energia
elettrica se il rendimento termodinamico della centrale fosse 0.4. Nelle equazioni date nel problema
0
1, assumere l'intercetta coincidente con ! f H1000
. Considerare i gas come ideali e la pressione totale
1 bar.
Problema n.ro 3
Calcolare a 298 e 1000 K, la frazione molare massima di NO2 che si produce durante la
combustione di CH4 Assumere la composizione media dell'aria.
! f GT0 NO2 (g) =33.36+6.31x10-2T in kJ mol-1.
[
]
Problema n.ro 4
Un gas si espande a T costante (300 K) e per questa trasformazione !S=9.13 J K-1 e q=1663 J.
Stabilire se l'espansione è reversibile o irreversibile.
Problema n.ro 5
0
La dipendenza da T di ! vGT0 del processo FeCl2(l) $ FeCl2(g) è espressa dall'equazione ! vGT (J
mol-1) = 126539 - 97.33T. Determinare la temperatura standard di ebollizione ed i valori di ! v H 0 e
! v S 0 di ebollizione.
Problema n.ro 6
0
Il grafico rappresenta l'andamennto di ! rGT di una certa reazione in funzione di T. Riportare in
tabella i segni delle proprietà termodinamiche indicate.
! rGT0
T
T1
T2
T3
T4
T5
!G°
!S°
!H°
lnKeq
["!G°/"T] P ["!H°/"T] P
Compito di TERMODINAMICA CHIMICA
Canale M-Z
Appello 13 Settembre 2005
Problema n.ro 1
Per Ag, Cp = 21.3+8.54x10-3T+1.51x105T-2 (JK-1 mol-1). Se 100 g di Ag a 800 K sono immersi in 1
L di acqua a 300 K, calcolare la temperatura di equilibrio trascurando le perdite di calore.
(p.a.Ag=107.868 gmol-1; Cp300(H2O,l) = 75.3 JK-1 mol-1)
Problema n.ro 2
Calcolare il ! r H2"9 8 della trasformazione allotropica
S(rombico) = S(monoclino)
Sapendo che il ! r H2"9 8 per le reazioni:
S(rombico) + O2(g) = SO2(g)
S(monoclino) + O2(g) = SO2(g)
(1)
(2)
(3)
è rispettivamente -296.83 e -297.15 kJ mol-1. Valutare, inoltre, per tutte le reazioni (1-3) la
variazione di energia interna.
.
Problema n.ro 3
Una mole di H2O surriscaldata è fatta evaporare a 383 K e 101 kPa. Calcolare !S di H2O e
0
dell'ambiente e la variazione totale di entropia. ! v H373
= 47.3 kJ mol-1; Cp373(H2O,l) = 75.4 JK-1
mol-1; Cp(H2O,g) = 30.36+9.61x10-3T+1.18x10-6T2 (JK-1 mol-1).
Problema n.ro 4
Un refrigeratore mantiene una temperatura di 2°C in una stanza a 30°C. Il calore trasferito dal
refrigeratore alla stanza ammonta a 104 J min-1. Se l'unità può funzionare al 50% del suo rendimento
massimo, quale sarà la potenza richiesta?
Problema n.ro 5
Dimostrare che per un gas che obbedisce all'equazione di stato P(V-b)=RT, dove b dipende solo da
T, la fugacità f = Pexp(bP/RT).
Problema n.ro 6
Il "fH0298 di CoO (s) è –57.1 kcal mol-1 e la sua entropia a 298 K S0298 è 12.65 cal K-1 mol-1.
Calcolare il "fG0298 in kJ mol-1 di CoO (s) sapendo che S0298 di Co(s) è 7.18 cal K-1mol-1 e S0298 di
O2 (g) è 49.0 cal K-1 mol-1. Facendo uso del dato di "fG0298 ottenuto precedentemente calcolare la
pO2 di equilibrio a 1000 K (si consideri invariante il "fG0) ed il "G1000 se pO2 è 5 bar. Stabilire
inoltre il segno ed il valore della dipendenza di "fG0 da T.
.
Compito di TERMODINAMICA CHIMICA
Canale M-Z
Appello 15 Dicembre 2005
Problema n.ro 1
Un campione di 0.850 moli di un gas ideale, inizialmente alla pressione di 15.0 bar e a 300 K si
espande isotermicamente finchè la sua pressione finale è 1.00 bar. Calcolare il lavoro compiuto se
l’espansione è condotta (a) contro il vuoto, (b) contro una pressione costante di 1.00 bar e (c)
reversibilmente.
Problema n.ro 2
Un campione di 0.850 moli di un gas ideale, inizialmente alla pressione di 15.0 bar e a 300 K si
espande isotermicamente finchè la sua pressione finale è 1.00 bar. Calcolare il lavoro compiuto nel
caso in cui il processo avviene adiabaticamente ed in modo reversibile.
Problema n.ro 3
La fotosintesi produce glucosio, C6H12O6, secondo la reazione
6CO2(g) + 6 H2O(g) = C6H12O6(s) + 6O2(g).
(a) Come si potrebbe determinare sperimentalmente il !rH° per questa reazione? (b)
L’irraggiamento solare produce circa 7.0x1014 kg di glucosio per anno sulla Terra. Qual’è la
quantità di calore a pressione costante corrispondente prodotta per anno?
[!fH°( CO2)=-393.5 kJ mol-1; !fH°( H2O)=-241.8 kJ mol-1; !fH°(C6H12O6)=-1274.5 kJ mol-1]
Problema n.ro 4
Calcolare la variazione di entropia quando 2.0 moli di un gas ideale si espandono dal volume
iniziale di 1.5 L a 2.4 L. Calcolare la probabilità che il gas si contragga spontaneamente dal volume
finale al volume iniziale.
Problema n.ro 5
(a) Una data reazione è spontanea a 72 °C. Se !rH° è 19 kJ mol-1 quale è il valore minimo di !rS°?
(b) Una data reazione ha un valore di !rG° di –122 kJ mol-1. Dimostrare la condizione di fattibilità
termodinamica.
Problema n.ro 6
Il valore di !fG° a 298 K di butano ed isobutano è rispettivamente –15.9 e –18.0 kJ mol-1 .
Calcolare la frazione di moli delle due specie all’equilibrio e stabilire la specie termodinamicamente
più stabile.
Compito di TERMODINAMICA CHIMICA
Canale M-Z
28 Marzo 2006
Problema n.ro 1
Determinare la temperatura di equilibrio termico di un cubo di rame di lato 5 cm inizialmente alla
temperatura di 20 °C che viene messo in contatto con un cubo di grafite di lato uguale inizialmente
alla temperatura di 800 °C. Considerare l’intero sistema adiabatico e le capacità termiche e le
densità indipendenti dalla temperatura.
Cu
C(grafite)
Cp/ JK-1mol-1
V°/ m3mol-1
24.435
8.527
7.09x10-6
5.30x10-6
Problema n.ro 2
Nel problema precedente calcolare la variazione di entropia.
Problema n.ro 3
La camera di combustione del motore a reazione di un jet lavora alla temperatura Tj. Esprimere il
rendimento termodinamico in funzione della quota di volo, h, sapendo che la temperatura, Ta,
dell’atmosfera dal livello del mare fino a 10000 m varia approssimativamente con la legge lineare
Ta = A – Bh. Calcolare, poi, il valore del rendimento al livello del mare ed a 8000 m sapendo che
A=20 °C e B = 6.25x10-3 °Cm-1 e Tj = 800 °C.
Problema n.ro 4
Calcolare !G, !G°, !H e !S per la trasformazione reversibile ed isoterma a –73 °C di 1 mole di H2,
considerato gas ideale, che viene portata da 2 a 20 bar. La trasformazione è spontanea ?
Problema n.ro 5
Verificare se la pressione di CO2 (g) di 2 bar consente a 850 °C la decomposizione di CaCO3 (s)
secondo la reazione
CaCO3 (s) = CaO (s) + CO2 (g).
Calcolare, inoltre, la pressione di CO2 di equilibrio alla medesima temperatura nel caso in cui
CaCO3 è in soluzione solida con attività di 1x10-4. Il !rG° della reazione varia con la temperatura
secondo l’equazione
!rG° = 176400 – 160.59 T
J mol-1
Problema n.ro 6
Rappresentare su un grafico ln PCO vs 1/T la curva di equilibrio di una miscela solida di CaCO3 e
grafite. Il !rG° della reazione
C(grafite) + CO2 (g) = 2 CO (g)
in funzione della temperatura è !rG° = 174450 – 175.86 T
J mol-1