ΘΔΜΑΣΑ ΣΔΛΙΚΩΝ ΔΞΔΣΑΔΩΝ ΣΗ ΦΤΙΚΟΥΗΜΔΙΑ - ΘΔΩΡΙΑ Α. Υημική Θερμοδσναμική

Transcript

1 ΘΔΜΑΣΑ ΣΔΛΙΚΩΝ ΔΞΔΣΑΔΩΝ ΣΗ ΦΤΙΚΟΥΗΜΔΙΑ - ΘΔΩΡΙΑ Α. Υημική Θερμοδσναμική Δρωηήζεις Πολλαπλής Δπιλογής ημειώζηε ηις επιλογές ζας μέζα ζηα ηεηραγωνάκια. Δνδέτεηαι να είναι περιζζόηερες από μία οι ζωζηές επιλογές. 1. Έλα θιεηζηό ζύζηεκα ππόθεηηαη ζε κηα αληηζηξεπηή δηεξγαζία πνπ απεηθνλίδεηαη ζην παξαθάησ δηάγξακκα T-S. Πνηα από ηα παξαθάησ απνηειέζκαηα είλαη ζσζηά; T, K S, J K -1 Α. q 1231 = 0, δηόηη έρνπκε θπθιηθή αληηζηξεπηή δηεξγαζία. Β. Φ q 12 = 1600 J Γ. q 31 = 600 J Γ. Φ q 31 = 0 Επεξήγηση: Οη ζσζηέο απαληήζεηο είλαη ε Β θαη ε Γ. H δηεξγαζία είλαη αληηζηξεπηή θαη ηζόζεξκε: q 12 T S 400 K 4 J K 600 J. Η δηεξγαζία 3 είλαη αληηζηξεπηή θαη ηζεληξνπηθή (ΓS = 0) θαη άξα είλαη αδηαβαηηθή: q 31 T S 0. Οη επηινγέο Α θαη Γ είλαη ιάζνο. Α: Γηα ηελ «θιεηζηή» δηεξγαζία 1 2 3, ε ζεξκόηεηα είλαη δηάθνξή ηνπ κεδελόο, θαζόηη δελ απνηειεί ζπλάξηεζε θαηαζηάζεσο. Γ: όπσο δείμακε παξαπάλσ: q 31 = 0 1

2 2. Η εμίζσζε Gibbs-Duhem είλαη ην πην ζεκαληηθό ζεκείν αλαθνξάο γηα ηε ζεξκνδπλακηθή αλάιπζε ηεο ηζνξξνπίαο θαη ησλ θπζηθώλ κεηαζρεκαηηζκώλ ζε κείγκαηα. Αλαθνξηθά κε ηελ εμίζσζε απηή, πνηα ή πνηεο από ηηο παξαθάησ θξάζεηο είλαη ζσζηέο; Α. Η εμίζσζε Gibbs-Duhem εμαζθαιίδεη όηη γηα θάζε κεηαβνιή ησλ p,t ζε κηα νκνγελή θάζε ζα έρνπκε: x 0 Β. Η εμίζσζε Gibbs-Duhem αλαθέξεηαη ζε έλα ζύζηεκα θάζεσλ ζε ηζνξξνπία θαη ζπλδέεη ηηο ζπζηάζεηο θαη ηα ρεκηθά δπλακηθά ησλ ζπζηαηηθώλ όισλ ησλ θάζεσλ κεηαμύ ηνπο. Γ. Σε έλα ζύζηεκα νκνγελώλ θάζεσλ πνπ είλαη ζε ηζνξξνπία, κπνξνύκε λα Φ γξάςνπκε κηα εμίζσζε Gibbs-Duhem γηα θάζε θάζε. Γ. Υπό (p, T =ζηαζ.) νη εθθξάζεηο 0 Φ x d θαη 0 i i n d είλαη i i ηζνδύλακεο. Επεξήγηση: Οη ζσζηέο απαληήζεηο εδώ είλαη ε Γ θαη ε Γ. Γ: Πξάγκαηη, ε εμίζσζε Gibbs-Duhem αλαθέξεηαη ζε κηα θάζε θαη ζπλδέεη κεηαμύ ηνπο ηα ρεκηθά δπλακηθά κε ηε ζύζηαζε, γηα θάζε θάζε. Σαλ πξόζζεηε παξαηήξεζε, πξνζέμηε όηη εθόζνλ έρνπκε ηζνξξνπία, ηα ρεκηθά δπλακηθά θάζε ζπζηαηηθνύ ζα είλαη ίζα ζε όιεο ηηο θάζεηο όπνπ απηό είλαη παξόλ. Γ. Η δεύηεξε ζρέζε πξνθύπηεη από ηελ πξώηε, εάλ πνιιαπιαζηάζεηε κε n i. Οη επηινγέο Α θαη Β είλαη ιάζνο. Α: Η ζρέζε x 0 ηζρύεη ππό (p, T =ζηαζ.). i d i d i Β: Δίλαη ιάζνο βάζεη ηεο επεμήγεζεο ηνπ Γ. i 2

3 Β. ηαηιζηική Θερμοδσναμική Δρώηηζη 1. ημειώζηε ηις επιλογές ζας μέζα ζηα ηεηραγωνάκια. Δνδέτεηαι να είναι περιζζόηερες από μία οι ζωζηές επιλογές. Γηα έλα ζπγθεθξηκέλν ζύζηεκα, ην θαλνληθό άζξνηζκα θαηαζηάζεσλ Q: Α. Δίλαη αλεμάξηεην ηεο ζεξκνθξαζίαο ζηελ πεξίπησζε ησλ ηδαληθώλ αεξίσλ θαη απμάλεη κε ηε ζεξκνθξαζία γηα ηα πξαγκαηηθά αέξηα Β. Δίλαη κία πνζόηεηα πνπ αλαθέξεηαη ηόζν ζε ηδαληθά όζν θαη ζε πξαγκαηηθά αέξηα. Γηα ηελ πεξίπησζε ησλ πγξώλ θαη ζηεξεώλ, ην Q δελ νξίδεηαη. Γ. Υπνινγίδεηαη γηα ηελ πεξίπησζε ησλ αεξίσλ κε βάζε ηελ θαηαλνκή Boltzmann. Γ. Δρεη ηδηαίηεξε ζεκαζία δηόηη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηνλ ππνινγηζκό ησλ καθξνζθνπηθώλ ζεξκνδπλακηθώλ ηδηνηήησλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Α. Δίλαη αλεμάξηεην ηεο ζεξκνθξαζίαο ζηελ πεξίπησζε ησλ ηδαληθώλ αεξίσλ θαη απμάλεη κε ηε ζεξκνθξαζία γηα ηα πξαγκαηηθά αέξηα Β. Δίλαη κία πνζόηεηα πνπ αλαθέξεηαη ηόζν ζε ηδαληθά όζν θαη ζε πξαγκαηηθά αέξηα. Γηα ηελ πεξίπησζε ησλ πγξώλ θαη ζηεξεώλ, ην Q δελ νξίδεηαη. Γ. Υπνινγίδεηαη γηα ηελ πεξίπησζε ησλ αεξίσλ κε βάζε ηελ θαηαλνκή Φ Boltzmann. Γ. Δρεη ηδηαίηεξε ζεκαζία δηόηη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηνλ Φ ππνινγηζκό ησλ καθξνζθνπηθώλ ζεξκνδπλακηθώλ ηδηνηήησλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Δρώηηζη 2. Πνηεο από ηηο παξαθάησ ηδηόηεηεο είλαη ηδηόηεηεο κεηαθνξάο θαη πνηεο καθξνζθνπηθέο ζεξκνδπλακηθέο ηδηόηεηεο. Σπληειεζηήο ελεξγόηεηαο, ζπληειεζηήο δηάρπζεο, ζηαζεξά Boltzmann, ζηαζεξά ησλ αεξίσλ, ππθλόηεηα, εηδηθή ζεξκόηεηα ππό ζηαζεξό όγθν, πίεζε, δηαηνκή ζύγθξνπζεο, ζπληειεζηήο ημώδνπο, ειεύζεξε ελέξγεηα Gibbs. Ιδηόηεηεο κεηαθνξάο: ζπληειεζηήο δηάρπζεο, ζπληειεζηήο ημώδνπο. Μαθξνζθνπηθέο ζεξκνδπλακηθέο ηδηόηεηεο: Σπληειεζηήο ελεξγόηεηαο, ππθλόηεηα, εηδηθή ζεξκόηεηα ππό ζηαζεξό όγθν, πίεζε, ειεύζεξε ελέξγεηα Gibbs. 3

4 Γ. Φαζμαηοζκοπία (I) Αληηζηνηρείζηε θάζε κηα από ηηο παξαθάησ εθθξάζεηο κε ηηο πεξηνρέο απνξξόθεζεο (α) (δ) ελόο θάζκαηνο ππεξύζξνπ. Γακησλικό αποηύπωμα Γονήζεις ηριπλών δεζμών Γονήζεις διπλών δεζμών Γονήζεις ηάζης απλών δεζμών (α) (β) (γ) (δ) Κσμαηάριθμος (cm -1 ) (ΙΙ) Πνηεο από ηηο παξαθάησ κεηαπηώζεηο κεηαμύ δνλεηηθώλ ζηαζκώλ παξαηεξνύληαη ζε έλα δηαηνκηθό κόξην πνπ ζπκπεξηθέξεηαη σο αξκνληθόο ηαιαλησηήο θαη γηαηί; π = 3 π = 1, π = 3 π = 2, π = 5 π = 4 (Ι) (α) Γνλήζεηο ηάζεο απιώλ δεζκώλ, (β) Γνλήζεηο ηξηπιώλ δεζκώλ, (γ) Γνλήζεηο δηπιώλ δεζκώλ, (δ) Γαθηπιηθό απνηύπσκα (ΙΙ) Ο εηδηθόο θαλόλαο επηινγήο ηεο θαζκαηνζθνπίαο ππεξύζξνπ είλαη Γπ = ±1. Δπνκέλσο, νη επηηξεπηέο κεηαπηώζεηο είλαη νη π = 3 π = 2 θαη π = 5 π = 4. 4

5 Γ. Υημική Κινηηική Η αληίδξαζε 2 N 2 O 5 (g) = 4 NO 2 (g) + Ο 2 (g) γίλεηαη ππό ζηαζεξό όγθν. Δάλ ε ηαρύηεηα ζρεκαηηζκνύ ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ αδώηνπ είλαη 10-3 mol dm 3 s, λα βξεζνύλ ε ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο, ε ηαρύηεηα θαηαλάισζεο ηνπ πεληνμεηδίνπ ηνπ αδώηνπ θαη ε ηαρύηεηα ζρεκαηηζκνύ ηνπ νμπγόλνπ Δμ νξηζκνύ (ζρέζε 2.1-8) ε ηαρύηεηα ηεο αληίδξαζεο ππό ζηαζεξό όγθν είλαη: r = 1 v i d [ i] (1) Η ηαρύηεηα ζρεκαηηζκνύ ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ αδώηνπ είλαη: r NO2 = d [ NO2 ] = 4 r r= r NO2 /4 = (10-3 /4) 3 mol dm s = mol dm 3 s Η ηαρύηεηα ζρεκαηηζκνύ ηνπ νμπγόλνπ είλαη: r O2 = d [ O2 ] = r r = 2.5x10-4 mol dm 3 s, Η ηαρύηεηα θαηαλάισζεο ηνπ πεληνμεηδίνπ ηνπ αδώηνπ: r N 2O5 = - d N O ] [ 2 5 = - (-2 ) r = 5 x 10-4 mol dm 3 s 5

6 Δ. Ηλεκηροτημεία Α. Πνηα από ηηο παξαθάησ πξνηάζεηο είλαη νξζή θαη γηαηί; Πξ.1: Μέηαιια γηα ηα νπνία ε ηηκή ηνπ θαλνληθνύ δπλακηθνύ είλαη ζεηηθή, επλνείηαη ζεξκνδπλακηθά ε νμείδσζή ηνπο ζε όμηλα πδαηηθά δηαιύκαηα (α Η + =1). Πξ.2: Μέηαιια γηα ηα νπνία ε ηηκή ηνπ θαλνληθνύ δπλακηθνύ είλαη αξλεηηθή, επλνείηαη ζεξκνδπλακηθά ε αλαγσγή ηνπο ζε όμηλα πδαηηθά δηαιύκαηα (α Η + =1). Πξ.3: Μέηαιια γηα ηα νπνία ε ηηκή ηνπ θαλνληθνύ δπλακηθνύ είλαη αξλεηηθή, επλνείηαη ζεξκνδπλακηθά ε νμείδσζή ηνπο ζε όμηλα πδαηηθά δηαιύκαηα (α Η + =1). Απάληεζε Σσζηή πξόηαζε είλαη ε ηξίηε (Πξ.3), δηόηη ην ειεθηξόδην ηνπ κεηάιινπ ζα ιεηηνπξγήζεη ζαλ άλνδνο (αληίδξαζε νμείδσζεο) θαη ειεθηξόδην ηνπ πδξνγόλνπ ζα ιεηηνπξγήζεη ζαλ θάζνδνο (αληίδξαζε αλαγσγήο). Δπνκέλσο Δ=Δ cath -Δ anod =0-(αξλεηηθή ηηκή)>0, νπόηε ΓG<0, δειαδή απζόξκεηε νμείδσζε ηνπ κεηάιινπ. Β. Θεσξνύκε ηα εκηζηνηρεία ζηα νπνία αληηζηνηρνύλ νη παξαθάησ ειεθηξνδηαθέο αληηδξάζεηο κε ηα αληίζηνηρα θαλνληθά δπλακηθά αλαγσγήο ηνπο: 1. Al +3 +3e Al κε Δ 0 = -1, Ca 2+ +2e Ca κε E 0 = -2, Ag + +e Ag κε Δ 0 = +0,799 Πνηνο από ηνπο παξαθάησ ζπλδπαζκνύο δύν εκηζηνηρείσλ έρεη σο απνηέιεζκα ην πξνθύπηνλ ειεθηξνρεκηθό ζηνηρείν λα είλαη γαιβαληθό θαη γηαηί; (Οη ελεξγόηεηεο είλαη παληνύ ίζεο κε ηε κνλάδα). Πξώηνο ζπλδπαζκόο: 1//2 Γεύηεξνο ζπλδπαζκόο: 1//3 Τξίηνο ζπλδπαζκόο: 3//2 Τέηαξηνο ζπλδπαζκόο: 3//1 Απάληεζε Σσζηή απάληεζε είλαη ε δεύηεξε (Γεύηεξνο ζπλδπαζκόο), δηόηη Δ=Δ ΓΗ -Δ ΑΗ = ( )>0, νπόηε ΓG<0, δειαδή απζόξκεηε αληίδξαζε. Άξα ην ζηνηρείν ζα ιεηηνπξγήζεη σο γαιβαληθό. Σ όιεο ηηο άιιεο πεξηπηώζεηο είλαη Δ<0, δει. ΓG>0. 6