Tentamen Chemische Thermodynamica voor LST/MST Maandag 2 Mi 2012

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Tentamen Chemische Thermodynamica voor LST/MST Maandag 2 Mi 2012"

Robert Arthur van de Veen
6 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Tentamen Chemische Thermodynamica voor LST/MST Maandag 2 Mi 2012 Meerkeuze vragen (2.5pt) Maak een kolom met antwoorden in de vorm: Vraag X=A,B>C of D Vraag 1 De Debye afschermingslengte is klein bij: A. lage concentraties zout. B. bij hoge concentraties zout. C. bij zuiver water. D. bij demiwater. Vraag 2: De Gibbs-Duhem relatie voor de chemische potentiaal luidt: A. YX M^k dnk = O bij constante druk en entropie. B. l^k dnk = O bij constant volume en temperatuur. C. YX Xk dnk = O bij constant volume en entropie D. M^k dnk = O bij constante druk en temperatuur. Vraag 3: Voor een mengsel van twee componenten met molfracties XA en XB geldt voor de molaire Gibbs energie B G, ~ RT (XA ln XA + XB ln XB) C G,n ~ XA pt + RT (XA ln XA + XB ln XB) D G, -XAfiA^ + XB jiib^ + RT (XA ln XA + XB ln XB) Vraag 4 De Van der Waalsvergelijking is gegeven door p = RT/(Vni - b) - anm waarin de coëfficiënten a, b en Vm staan voor: A de attractie, repulsie en uitgesloten volume van de gasmoleculen. B de repulsie, attractie en molair volume van de gasmoleculen. C de attractie en uitgesloten volume van de gasmoleculen en het molair volume van het gas. D de attractie en het molair volume van de gasmoleculen en het uitgesloten volume van het gas. Vraag 5 De Wet van de Corresponderende Toestanden zegt dat: A. een systeem zich overal in de wereld op dezelfde manier gedraagt. B. alle vloeistof-dampsystemen zich hetzelfde gedragen. C. de fasendiagrammen van vloeistof-dampsystemen identiek zijn mits zij worden geschaald met de kritische temperatuur, druk en molair volume. D. de fasendiagrammen van vloeistof-dampsystemen op elkaar afgebeeld kunnen worden als de kookpunten gelijk worden gelegd. Vraag 6 De activiteit van een component in een oplossing heeft: A. de dimensie mol/l. B. de dimensie mol/kg. C. dezelfde dimensie als de concentratie. D. geen dimensie.

2 Vraag 7 De arbeid W die een proces, dat verloopt van toestand A naar toestand B, kan leveren is gegeven door het verschil AG = GB - GA als: A. W < AG B. W = AG C. W «AG D. W > AG Vraag 8 De entropie van een gesloten en geïsoleerd systeem A streeft naar een minimum. B neemt toe. C neemt af. D streeft naar een maximum. Vraag 9 De evenwichtsconstante van een chemische reactie is gelijk aan: A. exp {-ArG^/R}. B. exp {-ArG/(RT)}. C. exp {-ArG7(RT)}. D. exp {-ArG/T}. Vraag 10 De fasenregel van Gibbs geeft A het aantal fasen bij gegeven aantal fasengrenzen en fasengebieden. B het aantal (toestands)functies bij gegeven aantal phasen en componenten. C het aantal vrijheidsgraden bij gegeven aantal componenten en fasen. D het aantal (toestands)functies bij gegeven aantal phasen en Icritieke punten. Vraag 11 De formule voor de molaire reactie Gibbs energie is ArG = Xï Mj waarin: A. Vj het aantal mol en ^j de chemische potentiaal van component j. B. Vj de molfractie en \ij de standaard chemische potentiaal van component j. C. Vj de stoichiometrische coëfficiënt en de standaard chemische potentiaal van component j. D. Vj de stoichiometrische coëfficiënt en [Xj de chemische potentiaal van component j. Vraag 12 De hefboomregel toegepast in een tweefasengebied geeft: A. de stabiliteit van het evenwicht. B. de verhouding van de hoeveelheden materiaal in de coëxisterende fasen. C. de verhouding van de samenstellingen van de coëxisterende fasen. D. de druk die de ene fase uitoefent op de andere fase. Vraag 13 De kooklijn ligt ten opzichte van de damplijn: A. hoger in een Tx-diagram en hoger in een px diagram. B. hoger in een Tx-diagram en lager in een px diagram. C. lager in een Tx-diagram en hoger in een px diagram. D. lager in een Tx-diagram en lager in een px diagram.

3 Vraag 14:Voor een gesloten en geïsoleerd systeem is de inwendige energie A constant. B minimaal. C maximaal. D een toenemende functie. Vraag 15 De uitspraak 'De entropieproductie binnen een levende cel kan negatief zijn' A is in strijd met de Eerste en Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica. B kan waar zijn als de intern gegenereerde entropie negatief is en groter is dan de entropieuitwisseling met de omgeving. C kan nooit waar zijn want het is in strijd met de energiebehoudswet. D kan waar zijn; in dat geval is de entropie-uitwisseling met de omgeving groter dan de intern gegenereerde entropie. Vraag 16 De viriaalexpansie (zie hieronder) kan gezien worden als een correctie op de ideale gaswet. De grootte van de correctie door de eerste term BjfVm voor lucht bij kamertemperatuur en omgevingsdruk is ongeveer: A. 100%. B. 10%. p = C. 1%. V, ^ V... Vl D. <0.1%. Vraag 17 De wet van Raoult geeft voor een vloeistof-dampevenwicht A de dampspanning van een gas. B de partiële druk van een component in de dampfase in termen van zijn dampspanning. C de verhouding tussen de molfractie in de dampfase en in de vloeistoffase. D de partiële druk van een component in de dampfase in termen van zijn dampspanning en de molfractie in de vloeistoffase. Vraag 18:Van 't Hoffs wet voor de osmotische druk geldt voor A ideale gassen. B gassen bij de Boyle-temperatuur. C verdunde oplossingen. D ideale oplossingen. Vraag 19 Een mengsel is regulier als: A. de mengentropie die is van een ideaal mengsel. B. de mengenthalpie die is van een ideaal mengsel. C. de Gibbs mengenergie die is van een ideaal mengsel. D. de mengtemperatuur die is van een ideaal mengsel. Vraag 20 In een verdunde oplossing is in vergelijking tot het zuivere oplosmiddel: A. het vriespunt lager en het kookpunt lager. B. het vriespunt lager en het kookpunt hoger. C. het vriespunt hoger en het kookpunt lager. D. het vriespunt hoger en het kookpunt hoger.

4 Beantwoord de volgende vragen waar mogelijk met het schema: methode/uitwerking/beschouwing! VRAAG 2: CO2 Omzetting (2.5pt) ^fg^ (kj/mol) Aƒƒƒö (kj/mol) 5 (J/(K mol)) Cp (J/(K mol)) C H CH H20 (g) In deze opgave wordt gekeken naar de omzetting van koolstofdioxide naar methaan. De bijbehorende totaalreactie voor temperaturen hoger dan loo^c is: CO2 (g) + 4 H2 (g) ^ CH4 (g)+ 2 H2O (g) (1) a. Bepaal (bij standaarddruk) tot welke temperatuur (in "C) deze totaalreactie spontaan verloopt, waarbij de Gibbs energie van menging H^mix^ verwaarloosd mag worden. [40%] Voor de omzetting van CO2 naar CH4, gebruiken we een brandstofcel waar H2 en CO2 separaat worden toegevoegd. Bij de kathode wordt met waterstofgas geproduceerd, dat bij de anode gebruikt wordt om CO2 om te zetten naar CH4. Schematisch ziet de brandstofcel er als volgt uit: figuur 1: schematisch overzicht van de methaan brandstofcel. De brandstofcel wordt bedreven bij loo^c en standaarddruk. b. Wat is de stoichiometrische coëfficiënt van de elektronen bij de vorming van 1 mol CH4 in de bovenstaande brandstofcel? [10%] c. Is het geoorloofd om, in termen van efficiëntie 7, de Gibbs energie van menging A^j^G in reactie (1) te verwaarlozen uitgaande van de situatie in de brandstofcel? Geef een gekwantificeerd antwoord [50%]

5 Vraag 3: Suikeroplossingen (2.5 punt) In deze opgave wordt gerekend aan suikeroplossingen bij T = 298,15 K. Bij deelvragen a b en c worden de oplossing als ideaal beschouwd. Verder is gegeven- deelvragen a, b R = 8,31 J/K/mol;g = 9,81 m/s2 mm7;r rl'jiu'' ~ ''''' 273,15 K; pw = 23,76 mmhg, AmeitH = 6,02 kj/mol MWgiucose = 180,16 g/mol, MWsucrose = 342,30 g/mol Hll?'^t. T ï'' deelvraag een U-vormig buis, bestaande uit twee compartimenten nndf'.? ' semipermeabel membraan dat alleen water kan doorlattfzie A bev tt P S^^^'^^"^^- ^^^d^ "*^^*"den zijn open. Compa imett A bevat een glucoseoplossing en compartiment B bevat zuiver wa er. De figuur geeft de tartsituaüe weer die ontstaat direct na het vullen van de compartimenten (situatlf i^ks en ook de evenwichtssituatie (situatie b, rechts). l^ii-udue a, iinksj Pure water Solution Glucose Osmotic pressure, 11 Semipermeable membrane» a]» (a) initial state (b) Equilibrium Bereken bij welke glucoseconcentratie (in g per liter] de osmotische druk over het membraan gecompenseerd wordt door een hoogteverschil van 1,3 meter. 125%) b] De dampspanning van een oplossing bestaande uit 4,81 g suiker (glucose of sucrosel in 100,00 g water bedraagt 23,70 mmhg. Laat via een berekening zten dat het h er een oplossmg met sucrose betreft en geen glucose (25o/o) c] Bereken de verandering in het smeltpunt van de bij vraag b) genoemde oplossing ten opzichte van zuiver water. (25%) cmue opiossmg filnr mnlt'^t? molfractie ^ sucroseoplossing als niet ideaal. Onderstaande activiteitscoefficient van water (y...-) weer als functie van de sucrose

6 0, ,10 0,15 0,20 0, , Molar fraction of sucrose Mo\aT fraction of sucrose Neem de rechter figuur (met daarin al gegeven de osmotische druk als functie van de molfactie sucrose voor ideaal gedrag) over en teken daarin kwalitatief de afhankelijkheid van de osmotische druk van molfactie sucrose voor de niet-ideale situatie op basis van de linker figuur. (25%)

7 Vraag 4: Capillaire krachten (1.5 punt) Als gevolg van capillaire krachten stijgt het water in een nauwe plastic buis met diameter 2r = Imm tot een hoogte van 10 cm. De formule voor de hoogte h is gegeven als: l y c o s 6 a) Gegeven de formule voor h, bereken de interface-energie y als voor de contacthoek 10 graden wordt gemeten (25%) Op een teflon ondergrond blijven waterdruppels perfect rond en rollen maldcelijk van deze ondergrond af. b) Hoe noem je deze wijze van bevochtiging? Je mag ook de engelse term noemen. (25%) c) Als we teflon buisje nemen met dezelfde diameter, stijgt of daalt het waterpeil? (25%) d) Bereken de positie van het waterpeil in het teflon buisje als de interface energy tussen teflon en water 1 J/m2 bedraagt (25%)

Vergelijkbare documenten

TENTAMEN CTD voor 1 e jaars MST/LST/TA (4051CHTHEY, MST1211TA1, LB1541) 1 Juli uur Docenten: L. de Smet, S. Huynink, B.

TENTAMEN CTD voor 1 e jaars MST/LST/TA (4051CHTHEY, MST1211TA1, LB1541) 1 Juli 2013 9-12 uur Docenten: L. de Smet, S. Huynink, B. Dam Naam: Studentnummer Leiden:... Studentnummer Delft:... Opgave 1: Meerkeuze