Tentamen Chemische Thermodynamica Vrijdag 2 juli 2010

Transcriptie

1 Tentamen Chemische Thermdynamica Vridag 2 uli 2010 Opgave 1 (gewicht 2.5 uit 10 punten) vr MST/LST 1. Het mlair vlume van lucht bi kamertemperatuur en mgevingsdruk kan, bi benadering, berekend wrden als RT / p 25 m /ml. RT / p 25 dm /ml. RT / p 2,5 dm /ml. RT / p 25 cm /ml. 2. Bi de Byle-temperatuur dmineren de aantrekkende mleculaire krachten. dmineren de afsttende mleculaire krachten. gedraagt een willekeurig gas zich als een ideaal gas. gedraagt een gas zich als een biling fluid.. De Gibbs energie is een testandsfunctie die niet van waarde verandert bi cnstante druk, vlume en dichtheid. druk, temperatuur en mlair vlume. druk, temperatuur en samenstelling. druk, entrpie en samenstelling. 4. De uitdrukking dg = Vdp SdT + μ dn hudt in dat vr het Gibbs energieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt GB GA ( SB SA) T GB GA ( SB SA) Δ T GB GA ΔS( TB TA) GB GA S( TB TA) 5. De Eerste Hfdwet van de Thermdynamica hudt in dat wanneer zwel niet-expansie-arbeid als warmte met een systeem wrdt uitgewisseld de enthalpie van het systeem niet verandert zlang zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden tegevegd. de aan het systeem tegevegde arbeid vlledig wrdt mgezet in warmte. de aan het systeem tegevegde arbeid vlledig wrdt mgezet in expansie-arbeid. zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden nttrkken. 6. De uitdrukking dh = ( 1 αt ) Vdp + cpdt + Δ fh dn hudt in dat vr het enthalpieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt B A + ( p, B p, A) B A ( p, B p, A) H H c c T H H + c c Δ T HB HA +Δcp( TB TA) HB HA + cp( TB TA) 7. In de uitdrukking dh = ( 1 αt ) Vdp + cpdt + Δ fh dn is α 1 dv T = de thermische uitzettingscëfficiënt. Vr vleistffen en vaste stffen is daardr de drukafhankelikheid van de enthalpie V dt 0 temperatuur-nafhankelik. afhankelik van het mlair vlume. nafhankelik van het mlair vlume. 1 van

2 8. Het maximale rendement van een spntaan verlpend endtherm prces met Gibbs energieverandering ΔG en enthalpieverandering ΔH is 0. ΔG/ΔH. ΔH/ΔG De relatie van Gibbs-Helmhltz en de ngelikheid van Clausius zin twee verschillende uitspraken. gelik vr irreversibele prcessen. gelik vr reversibele prcessen. identiek. 10. De uitspraak de entrpie van het heelal neemt cnstant te is pertinent nuist. waar mdat elk prces entrpie prduceert. waar mdat elk prces entrpie met de mgeving uitwisselt. waar mdat elk prces energie met de mgeving uitwisselt. 11. De evenwichtscnstante van een chemische reactie is gelik aan exp Δ R. { G r } exp{ G ( RT r )} Δ. exp{ Δ G RT r }. ( ) exp{ Δ GT r }. 12. Drukafhankelikheid van de evenwichtscnstante van een chemische reactie is niet aanwezig. vindt alleen plaats bi spntane reacties. vindt alleen plaats als er gassen bi de reactie betrkken zin. speelt een rl als bi de mzetting meer f minder mleculen ntstaan dan er gecreëerd wrden. 1. Het cëxistentiegebied is de verzameling evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar in evenwicht kunnen bestaan. de prectie van een tweefasenlin p een extensieve variabele. het gebied waarin met de hefbmregel de cmpsitie van de fasen bepaald kan wrden. de verzameling niet-evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar bestaan znder in evenwicht te zin. 14. Met de Clapeyrn vergeliking kan met de helling van de fasenlin de rde van de fasenvergang bepaald wrden. het teken van de fasenvergang bepaald wrden. de stabiliteit van de fasen bepaald wrden. de aard van de mlaire vlumeverandering bepaald wrden. 15. De Wet van de Crrespnderende Testanden zegt dat een systeem zich veral in de wereld p dezelfde manier gedraagt. alle vleistf-dampsystemen zich hetzelfde gedragen. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen identiek zin mits zi wrden geschaald met de kritische temperatuur, druk en mlair vlume. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen p elkaar afgebeeld kunnen wrden als de kkpunten gelik wrden gelegd. 16. De kklin ligt ten pzichte van de damplin hger in een Tx-diagram en hger in een px diagram. hger in een Tx-diagram en lager in een px diagram. lager in een Tx-diagram en hger in een px diagram. lager in een Tx-diagram en lager in een px diagram. 2 van

3 17. Vr ideale menging is de enthalpieverandering evenredig met de plsbaarheidsparameter. evenredig met het aantal mleculaire AB-paren Van t Hff s wet vr de smtische druk geldt vr ideale gassen. gassen bi de Byle-temperatuur. verdunde plssingen. ideale plssingen. 19. De fugaciteit van een gas wrdt bi lagere druk gelik aan de partiële druk van het gas. de fugaciteitscëfficiënt van het gas. 20. De activiteit van een cmpnent in een plssing heeft de dimensie ml/l. de dimensie ml/kg. dezelfde dimensie als de cncentratie. geen dimensie. 21. Vr een geslten en geïsleerd systeem is de inwendige energie cnstant. minimaal. maximaal. een tenemende functie. 22. De entrpie van een geslten en geïsleerd systeem streeft naar een minimum. neemt te. neemt af. streeft naar een maximum. 2. Met Legendre transfrmaties kan men vergaan van een geslten naar een pen systeem. testandsvariabelen manipuleren. van testandsfunctie veranderen. Maxwell relaties vinden. 24. Met behulp van Euler s therema kan een differentiaalvergeliking geïntegreerd wrden. een differentiaalvrm ver de extensieve variabelen geïntegreerd wrden. een differentiaalvrm ver de intensieve variabelen geïntegreerd wrden. een integraalvrm naar de extensieve variabelen gedifferentieerd wrden. 25. Maxwell relaties geven verbanden tussen thermdynamische variabelen van verschillende systemen. intensieve thermdynamische variabelen van een testandsfunctie. extensieve thermdynamische variabelen van een systeem. thermdynamische variabelen van een testandsfunctie. van

4 Tentamen Chemische Thermdynamica Vridag 2 uli 2010 Opgave 2 (gewicht 2.5 uit 10 punten) Δ (kj/ml) Δ (kj/ml) S (J/(K ml)) c (J/(K ml)) H f f G C (s) O 2 (g) CO 2 (g) De Direct Carbn Fuel Cell (DCFC) zet klstfrik materiaal direct m in CO 2. De ttaalreactie is C + O 2 CO 2. De brandstfcel werkt bi 0.0 C en standaarddruk; zie bven vr thermdynamische gegevens. Neem aan dat CO 2 en O 2 niet mengen. a. [0%] Verifieer, bivrbeeld dr een reactie-entrpie langs twee wegen te bepalen, dat bvenstaande tabel met thermdynamische gegevens intern cnsistent is. b. [10%] Geef de deelreacties die aan de elektrden ptreden en bepaal de stïchimetrische cëfficiënt van de elektrnen. c. [60%] Bereken de pen spanning en het maximale rendement van de DCFC. Opgave (gewicht 2 uit 10 punten) Een vrraadvat van 12 L bevat is bi 25 C gevuld met 5.2 kg prpaan (mlaire massa 44.0 g/ml, massadichtheid 0.49 kg/l, dampspanning 8.6 Bar, verdampingsenthalpie 15.7 kj/ml). a. [40%] In het znlicht wrdt de temperatuur van het vat 5 C. Bereken de druk in het vat bi die temperatuur. b. [20%] Welk deel van het vlume van het vat is gevuld met vleistf bi 5 C. c. [40%] Schets het relevante deel van het fasendiagram (pv) en geef daarin het berekende punt aan. Waar ligt het punt? Tweefasengebied. Eenfasengebied. Fasenlin. Kritisch punt. Opgave 4 (gewicht 2 uit 10 punten) Op het frum van vinden we de vlgende vraag en antwrd: Welke functie heeft teveging van zut bi het kkprces van aardappelen? Dr het tevegen van zut aan het kkwater verhgt het kkpunt van water, zdat de aardappels sneller gaar zin. a. [40%] Laat met een berekening zien, dat het effect van 1 eetlepel keukenzut (11 gram, mlmassa g/ml) in een liter kkwater (verdampingswarmte 40.6 kj/ml) veel te gering is m waar te nemen? b. [40%] Elders vinden we als verklaring, dat dr het smtische effect grenten steviger bliven. Bereken het smtische effect van 1 eetlepel keukenzut p een liter kkwater. c. [20%] Men wil geen zut tevegen. He kan dan hetzelfde smtische effect bereikt wrden? Met een snelkkpan (hgedrukpan). Met een andere plsbare stf, zals suiker. Met een niet-plsbare stf, zals lie. Dat kan niet. Beargumenteer krt het antwrd. Opgave 5: Essay (gewicht 1 uit 10 punten) Behandel in een essay (maximaal één A4-kante) een nderwerp dat u interessant vindt, met behulp van de therie die tt de stf van het cllege behrt. Een berekening maakt essentieel deel uit van het essay. Gebruik hiervr een apart vel tentamenpapier en schrif daar géén stukken van andere vraagstukken p! Alleen handgeschreven essays zullen berdeeld wrden. De ingeleverde essays zullen k wrden berdeeld p riginaliteit en inventiviteit. Het beste essay zal de Van t Hff award wrden uitgereikt. A p

5 Tentamen Chemische Thermdynamica Vridag 2 uli 2010 Opgave 1 (gewicht 2.5 uit 10 punten) vr MST/LST 1. Het mlair vlume van lucht bi kamertemperatuur en mgevingsdruk kan, bi benadering, berekend wrden als RT / p 25 m /ml. RT / p 25 dm /ml. RT / p 2,5 dm /ml. RT / p 25 cm /ml. 2. Bi de Byle-temperatuur dmineren de aantrekkende mleculaire krachten. dmineren de afsttende mleculaire krachten. gedraagt een willekeurig gas zich als een ideaal gas. gedraagt een gas zich als een biling fluid.. De Gibbs energie is een testandsfunctie die niet van waarde verandert bi cnstante druk, vlume en dichtheid. druk, temperatuur en mlair vlume. druk, temperatuur en samenstelling. druk, entrpie en samenstelling. 4. De uitdrukking dg = Vdp SdT + μ dn hudt in dat vr het Gibbs energieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt GB GA ( SB SA) T GB GA ( SB SA) Δ T GB GA ΔS( TB TA) GB GA S( TB TA) 5. De Eerste Hfdwet van de Thermdynamica hudt in dat wanneer zwel niet-expansie-arbeid als warmte met een systeem wrdt uitgewisseld de enthalpie van het systeem niet verandert zlang zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden tegevegd. de aan het systeem tegevegde arbeid vlledig wrdt mgezet in warmte. de aan het systeem tegevegde arbeid vlledig wrdt mgezet in expansie-arbeid. zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden nttrkken. 6. De uitdrukking dh = ( 1 αt ) Vdp + cpdt + Δ fh dn hudt in dat vr het enthalpieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt B A + ( p, B p, A) B A ( p, B p, A) H H c c T H H + c c Δ T HB HA +Δcp( TB TA) HB HA + cp( TB TA) 7. In de uitdrukking dh = ( 1 αt ) Vdp + cpdt + Δ fh dn is α 1 dv T = de thermische uitzettingscëfficiënt. Vr vleistffen en vaste stffen is daardr de drukafhankelikheid van de enthalpie V dt 0 temperatuur-nafhankelik. afhankelik van het mlair vlume. nafhankelik van het mlair vlume. 1 van 12

6 8. Het maximale rendement van een spntaan verlpend endtherm prces met Gibbs energieverandering ΔG en enthalpieverandering ΔH is 0. ΔG/ΔH. ΔH/ΔG De relatie van Gibbs-Helmhltz en de ngelikheid van Clausius zin twee verschillende uitspraken. gelik vr irreversibele prcessen. gelik vr reversibele prcessen. identiek. 10. De uitspraak de entrpie van het heelal neemt cnstant te is pertinent nuist. waar mdat elk prces entrpie prduceert. waar mdat elk prces entrpie met de mgeving uitwisselt. waar mdat elk prces energie met de mgeving uitwisselt. 11. De evenwichtscnstante van een chemische reactie is gelik aan exp Δ R. { G r } exp{ G ( RT r )} Δ. exp{ Δ G RT r }. ( ) exp{ Δ GT r }. 12. Drukafhankelikheid van de evenwichtscnstante van een chemische reactie is niet aanwezig. vindt alleen plaats bi spntane reacties. vindt alleen plaats als er gassen bi de reactie betrkken zin. speelt een rl als bi de mzetting meer f minder mleculen ntstaan dan er gecreëerd wrden. 1. Het cëxistentiegebied is de verzameling evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar in evenwicht kunnen bestaan. de prectie van een tweefasenlin p een extensieve variabele. het gebied waarin met de hefbmregel de cmpsitie van de fasen bepaald kan wrden. de verzameling niet-evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar bestaan znder in evenwicht te zin. 14. Met de Clapeyrn vergeliking kan met de helling van de fasenlin de rde van de fasenvergang bepaald wrden. het teken van de fasenvergang bepaald wrden. de stabiliteit van de fasen bepaald wrden. de aard van de mlaire vlumeverandering bepaald wrden. 15. De Wet van de Crrespnderende Testanden zegt dat een systeem zich veral in de wereld p dezelfde manier gedraagt. alle vleistf-dampsystemen zich hetzelfde gedragen. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen identiek zin mits zi wrden geschaald met de kritische temperatuur, druk en mlair vlume. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen p elkaar afgebeeld kunnen wrden als de kkpunten gelik wrden gelegd. 16. De kklin ligt ten pzichte van de damplin hger in een Tx-diagram en hger in een px diagram. hger in een Tx-diagram en lager in een px diagram. lager in een Tx-diagram en hger in een px diagram. lager in een Tx-diagram en lager in een px diagram. 2 van 12

7 17. Vr ideale menging is de enthalpieverandering evenredig met de plsbaarheidsparameter. evenredig met het aantal mleculaire AB-paren Van t Hff s wet vr de smtische druk geldt vr ideale gassen. gassen bi de Byle-temperatuur. verdunde plssingen. ideale plssingen. 19. De fugaciteit van een gas wrdt bi lagere druk gelik aan de partiële druk van het gas. de fugaciteitscëfficiënt van het gas. 20. De activiteit van een cmpnent in een plssing heeft de dimensie ml/l. de dimensie ml/kg. dezelfde dimensie als de cncentratie. geen dimensie. 21. Vr een geslten en geïsleerd systeem is de inwendige energie cnstant. minimaal. maximaal. een tenemende functie. 22. De entrpie van een geslten en geïsleerd systeem streeft naar een minimum. neemt te. neemt af. streeft naar een maximum. 2. Met Legendre transfrmaties kan men vergaan van een geslten naar een pen systeem. testandsvariabelen manipuleren. van testandsfunctie veranderen. Maxwell relaties vinden. 24. Met behulp van Euler s therema kan een differentiaalvergeliking geïntegreerd wrden. een differentiaalvrm ver de extensieve variabelen geïntegreerd wrden. een differentiaalvrm ver de intensieve variabelen geïntegreerd wrden. een integraalvrm naar de extensieve variabelen gedifferentieerd wrden. 25. Maxwell relaties geven verbanden tussen thermdynamische variabelen van verschillende systemen. intensieve thermdynamische variabelen van een testandsfunctie. extensieve thermdynamische variabelen van een systeem. thermdynamische variabelen van een testandsfunctie. van 12

8 Opgave 1 (gewicht 2.5 uit 10 punten) vr TA1 1. Bi tenemende temperatuur en cnstante druk neemt het mlair vlume van lucht te. niet af f te, blift dezelfde. p. af. 2. De viriaalexpansie, gegeven dr RT B 2 p = 1+ +, Vm Vm kan gezien wrden als een crrectie p de ideale gaswet. Die crrectie is klein, zlang het gas een Byle gas is. niet kkt. ngeladen is. ver van een fasenvergang is.. Een prces kan spntaan verlpen van een testand A naar een testand B als het Gibbs energieverschil Δ G = GB GA < 0 = 0 0 > 0 4. De uitdrukking dg = Vdp SdT + μ dn hudt in dat vr het Gibbs energieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de druk verschilt geldt Δ G = ( VB VA) p Δ G = ΔV( pb pa) Δ G = ( VB VA) Δ p Δ G = V( p p ) B A 5. De uitdrukking dg = Vdp SdT + μ dn hudt in dat vr het Gibbs energieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt Δ G = ( SB SA) T Δ = ( B A) Δ Δ G = S( TB TA) Δ G = ΔS( T T ) G S S T B A 6. Vr een mengsel van n cmpnenten met mlfracties x geldt vr de mlaire Gibbs vrmingsenergie n Gm xμ = 1 G RT x ln x n m = 1 n m μ + ln = 1 G x RT x n m μ + ln = 1 G x RT x 7. De Eerste Hfdwet van de Thermdynamica hudt in dat wanneer zwel niet-expansie-arbeid als warmte met een systeem wrdt uitgewisseld de enthalpie van het systeem niet verandert zlang zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden tegevegd. de aan het systeem tegevegde warmte vlledig wrdt mgezet in arbeid. de aan het systeem tegevegde warmte vlledig wrdt mgezet in uitzetting. zwel de warmte als de arbeid aan het systeem wrden nttrkken. 4 van 12

9 dh = T Vdp + cpdt + Δ fh dn hudt in dat vr het enthalpieverschil tussen twee testanden A en B van een vleistf waarbi alleen de temperatuur verschilt geldt 8. De uitdrukking ( 1 α ) Δ = ( pb, pa, ) H c c T Δ H = c ( T T ) p B A ( pb, pa, ) Δ H = c c Δ T Δ H = Δcp ( TB TA) 9. Het maximale rendement van een spntaan verlpend extherm prces met Gibbs energieverandering ΔG en enthalpieverandering ΔH is 0 ΔG/ΔH ΔH/ΔG Met de relatie van Gibbs-Helmhltz kan uit de Gibbs energie en de enthalpie de abslute vrmingsentrpie van een stf bepaald wrden de entrpieverandering van een prces bepaald wrden. de vrmingstemperatuur van een stf bepaald wrden. de vrmingstemperatuurverandering van een stf bepaald wrden. 11. De ngelikheid van Clausius hudt in dat bi een prces entrpie wrdt geprduceerd. warmte wrdt geprduceerd. arbeid wrdt geprduceerd. enthalpie wrdt geprduceerd. 12. De uitspraak bi elk prces wrdt entrpie geprduceerd is waar, mdat bi elk prces massa-, warmte- f andere strmen bestaan. waar, mdat bi elk prces nderdelen bewegen. waar, mdat elk prces warmte met de mgeving uitwisselt. niet waar, mdat er prcessen zin die geen warmte prduceren. 1. De reactie enthalpie geeft het verschil tussen begin- en eindtestand van een chemische reactie. de verandering van de enthalpie met de reactievrtgang. de maximale heveelheid arbeid die uit een reactie kan vrtkmen. aan f een chemische reactie reversibel f irreversibel is. 14. De dimensie van de mlaire reactie Gibbs energie is J / K J / (K ml) J / ml J / K ml 15. De evenwichtscnstante van een chemische reactie is gelik aan exp { S r ( )} exp { H r ( )} exp { G r ( )} exp { A r ( )} Δ. Δ. Δ. Δ. 16. De dimensie van de evenwichtscnstante van een chemische reactie hangt af van de reactie zelf. is ml/l. is er niet (dimensiels). is kg/ml. 17. Een evenwichtscnstante is niet drukafhankelik mdat die verwaarlsbaar is. 5 van 12

10 die gedefinieerd is bi standaard druk. gassen niet bi een reactie betrkken wrden. bi de reactie andere mleculen verdwinen dan er gecreëerd wrden. 18. De reactie-enthalpie bepaalt van de evenwichtscnstante de drukafhankelikheid. de reversibiliteit. de vlume-verandering. de temperatuur-afhankelikheid. 19. Het cëxistentiegebied is de verzameling evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar in evenwicht kunnen bestaan. de prectie van een tweefasenlin p een extensieve variabele. het gebied waarin met de hefbmregel de cmpsitie van de fasen bepaald kan wrden. de verzameling niet-evenwichtstestanden waarbi twee fasen naast elkaar bestaan znder in evenwicht te zin. 20. Met de Clapeyrn vergeliking kan met de helling van de fasenlin de rde van de fasenvergang bepaald wrden. het teken van de fasenvergang bepaald wrden. de stabiliteit van de fasen bepaald wrden. de aard van de mlaire vlumeverandering bepaald wrden. 21. De Wet van de Crrespnderende Testanden zegt dat een systeem zich veral in de wereld p dezelfde manier gedraagt. alle vleistf-dampsystemen zich hetzelfde gedragen. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen identiek zin mits zi wrden geschaald met de kritische temperatuur, druk en mlair vlume. de fasendiagrammen van vleistf-dampsystemen p elkaar afgebeeld kunnen wrden als de kkpunten gelik wrden gelegd. 22. De kklin ligt ten pzichte van de damplin hger in een Tx-diagram en hger in een px diagram. hger in een Tx-diagram en lager in een px diagram. lager in een Tx-diagram en hger in een px diagram. lager in een Tx-diagram en lager in een px diagram. 2. Vr ideale menging is de enthalpieverandering evenredig met de plsbaarheidsparameter. evenredig met het aantal mleculaire AB-paren Van t Hff s wet vr de smtische druk geldt vr ideale gassen. gassen bi de Byle-temperatuur. verdunde plssingen. ideale plssingen. 25. De activiteit van een cmpnent in een plssing heeft de dimensie ml/l. de dimensie ml/kg. dezelfde dimensie als de cncentratie. geen dimensie. 6 van 12

11 Opgave 2 (gewicht 2.5 uit 10 punten) Δ (kj/ml) Δ (kj/ml) S (J/(K ml)) c (J/(K ml)) H f f G C (s) O 2 (g) CO 2 (g) De Direct Carbn Fuel Cell (DCFC) zet klstfrik materiaal direct m in CO 2. De ttaalreactie is C + O 2 CO 2. De brandstfcel werkt bi 0.0 C en standaarddruk; zie bven vr thermdynamische gegevens. Neem aan dat CO 2 en O 2 niet mengen. p a. [0%] Verifieer, bivrbeeld dr een reactie-entrpie langs twee wegen te bepalen, dat bvenstaande tabel met thermdynamische gegevens intern cnsistent is. We kiezen de reactie-entrpie vr de genemde reactie. Directe berekening uit de standaardentrpiewaarden geeft S Δ r = J/(K ml) = 2.9 J/(K ml) Berekening met behulp van de Gibbs-Helmhltz-relatie geeft ΔrH ΔrG Δ rs = = J/(K ml) =.0 J/(K ml) T 298 Deze getallen zin binnen de nauwkeurigheid van de tabel gelik en daarmee cncluderen we dat de tabel intern cnsistent is. b. [10%] Geef de deelreacties die aan de elektrden ptreden en bepaal de stïchimetrische cëfficiënt van de elektrnen. De deelreacties zin O 2 + 4e - 2O 2- C + 2O 2- CO 2 + 4e - en daaruit vlgt dat de stïchimetrische cëfficiënt van de elektrnen gelik is aan 4. c. [60%] Bereken de pen spanning en het maximale rendement van de DCFC. Methde: De pen spanning wrdt gegeven dr ΔrG E = ν ef met Δ G r de Gibbs reactie-energie bi temperatuur T berekend als Δ GT ( ) = ν Δ G T T S r ( r ( ) ) Het maximale rendement wrdt berekend met ΔrG ηmax = min,1 ΔrH met Δ G de Gibbs reactie-energie bi temperatuur T berekend als bven en Δ H r r de reactie-enthalpie bi temperatuur T berekend als Δ HT ( ) = ν Δ H + T T C ( ( ) ) r r p 7 van 12

12 Uitwerking: ( ) ΔrG E = = V = V ν F η max e ( ) ΔrG = = min,1 = 1 Δr H ( ) Beschuwing: De pen spanning is nrmaal vr brandstfcellen, ter vergeliking vr de waterstf brandstfcel vindt men 1.2 V. Het rendement is 100%, er wrdt een klein beete warmte aan de mgeving nttrkken m dit prces te laten verlpen. Het aantal significante cifers is in vereenstemming met de gegevens à 4 p grnd van de nauwkeurigheid van de gegevens. 8 van 12

13 Opgave (gewicht 2 uit 10 punten) Een vrraadvat van 12 L bevat is bi 25 C gevuld met 5.2 kg prpaan (mlaire massa 44.0 g/ml, massadichtheid 0.49 kg/l, dampspanning 8.6 Bar, verdampingsenthalpie 15.7 kj/ml). a. [40%] In het znlicht wrdt de temperatuur van het vat 5 C. Bereken de druk in het vat bi die temperatuur. Methde: Gebruik de Clausius-Clapeyrn-relatie ΔvapH 1 1 pt ( ) = p exp R T T Uitwerking: p(5 C) = 8.6exp Bar 10.6 Bar 8.14 = Beschuwing: De druk is, zals te verwachten is, significant hger dan bi kamertemperatuur. De nauwkeurigheid is p grnd van de gegevens significante cifers. b. [20%] Welk deel van het vlume van het vat is gevuld met vleistf bi 5 C. Methde: Zi VL = M/ ρ het mlair vlume van de vleistf en Vv = RT / pen verder nl het aantal ml in de vleistffase en n nl het aantal ml in de dampfase, waarbi n = m/m het ttaal aantal ml prpaan is, dan is nl te berekenen uit massa- en vlumebehud dat V nvv nl = VL VV met V het ttale vlume van het vat. De vulling is dan gegeven dr nv L L / V Uitwerking: nv L L M V m M RT p = = = 87.4% V V M RT p 2 / ρ / / / / ( )/( ) 2 / ρ / / ( )/( ) Beschuwing: Het vat is redelik vl; de nauwkeurigheid is 2 à significante cifers. Het kan verigens veel sneller dr aan te nemen dat het gas niets weegt. In dat geval is de vulling gelik aan m/ρ en de gevraagde fractie is dan 87.9%. c. [40%] Schets het relevante deel van het fasendiagram (pv) en geef daarin het berekende punt aan. Waar ligt het punt? Tweefasengebied. Eenfasengebied. Fasenlin. Kritisch punt. 9 van 12

14 10 van 12

15 Opgave 4 (gewicht 2 uit 10 punten) Op het frum van HUwww.zut.beUH vinden we de vlgende vraag en antwrd: Welke functie heeft teveging van zut bi het kkprces van aardappelen? Dr het tevegen van zut aan het kkwater verhgt het kkpunt van water, zdat de aardappels sneller gaar zin. a. [40%] Laat met een berekening zien, dat het effect van 1 eetlepel keukenzut (11 gram, mlmassa g/ml) in een liter kkwater (verdampingswarmte 40.6 kj/ml) veel te gering is m waar te nemen? Methde: 2 RTvap De kkpuntsverhging kan wrden berekend met Δ T = Δ vaph x waarin x de mlfractie pgelste stf is. Uitwerking: / Δ T = K = 0.2 K (factr 2 vanwege splitsing in inen) /18.0 Beschuwing: Het effect p de kktemperatuur van 100 C is biznder klein,, 1 significant cifer is vldende m dit aan te tnen. b. [40%] Elders vinden we als verklaring, dat dr het smtische effect grenten steviger bliven. Bereken het smtische effect van 1 eetlepel keukenzut p een liter kkwater. Methde: De smtische druk van een plssing Π= 2 RT xnacl (Van t Hff factr 2 vanwege psplitsing in inen) VH2O Uitwerking: Π= 8.14 * 7 11/ Pa 1.2 MPa /18.0 = Beschuwing: Een aanzienlike smtische druk van 12 Bar, 2 significante cifers vanwege de nauwkeurigheid van de ingewgen heveelheid zut. c. [20%] Men wil geen zut tevegen. He kan dan hetzelfde smtische effect bereikt wrden? Met een snelkkpan (hgedrukpan). Met een andere plsbare stf, zals suiker. Met een niet-plsbare stf, zals lie. Dat kan niet. Beargumenteer krt het antwrd. 0BHetzelfde smtische effect bereikt men alleen met een stf die vergelikbaar veel inen/mleculen in plssing brengt. 11 van 12

16 Opgave 5: Essay (gewicht 1 uit 10 punten) Behandel in een essay (maximaal één A4-kante) een nderwerp dat u interessant vindt, met behulp van de therie die tt de stf van het cllege behrt. Een berekening maakt essentieel deel uit van het essay. Gebruik hiervr een apart vel tentamenpapier en schrif daar géén stukken van andere vraagstukken p! Alleen handgeschreven essays zullen berdeeld wrden. De ingeleverde essays zullen k wrden berdeeld p riginaliteit en inventiviteit. Het beste essay zal de Van t Hff award wrden uitgereikt. 12 van 12