- ΔH și ΔU
- Izoterm reversibil, gaz ideal și
- Amestec ideal, ,
Pentru CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g): ΔH° = 178,3 kJ/mol, ΔS° = 160,5 J/(mol·K), considerate independente de T. Calculează temperatura la care p(CO₂) de echilibru atinge 1 bar și p(CO₂) la 1000 K.
- 1
Solidele nu apar în K, deci K = p(CO₂)/p°. La 1 bar, K = 1 și ΔG° = 0:
Apa fierbe la 373,15 K sub 101,325 kPa, cu ΔvapH = 40,7 kJ/mol. La ce temperatură fierbe sub 70,0 kPa?
- 1
Fierberea are loc când presiunea de vapori egalează presiunea exterioară. Clausius–Clapeyron:
1.Constanta unui echilibru în fază gazoasă este 1,0·10⁻³ la 400 K și 4,0·10⁻² la 500 K. Calculează ΔH°, presupusă constantă.
K crește cu T, deci reacția e endotermă.
- ln(K₂/K₁) = ln40 = 3,689
- ΔH° = R·ln40/(1/400 − 1/500) = 8,314 · 3,689/5,0·10⁻⁴ = 61,3 kJ/mol
2.Pentru N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g): ΔH° = −92,2 kJ/mol și ΔS° = −198,7 J/(mol·K), independente de T. Calculează K la 500 K.
Calculează întâi ΔG°(500 K), cu grijă la unități.
- ΔG° = −92 200 + 500 · 198,7 = +7150 J/mol
- K = exp(−7150/(8,314 · 500)) = 0,179; K = 1 la 92 200/198,7 = 464 K
3.H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(g) are ΔH°(298,15 K) = −241,8 kJ/mol. Cp medii, în J/(mol·K): H₂O(g) 33,6; H₂(g) 28,8; O₂(g) 29,4. Calculează ΔH° la 1000 K.
ΔrCp = Cp(produși) − Cp(reactanți), cu coeficienți.
- ΔrCp = 33,6 − 28,8 − 0,5 · 29,4 = −9,9 J/(mol·K)
- ΔH°(1000) = −241,8 + (−9,9) · 701,85 · 10⁻³ = −248,7 kJ/mol
4.Presiunea de vapori a etanolului este 5,95 kPa la 20,0 °C și 29,6 kPa la 50,0 °C. Calculează ΔvapH, presupusă constantă.
Temperaturile în kelvin.
- ln(29,6/5,95) = 1,604; 1/293,15 − 1/323,15 = 3,167·10⁻⁴ K⁻¹
- ΔvapH = 8,314 · 1,604/3,167·10⁻⁴ = 42,1 kJ/mol
5.Apa fierbe la 373,15 K și are ΔvapH = 40,66 kJ/mol. Calculează constanta ebulioscopică a apei, în K·kg/mol.
Kb = R·Tb²·M(solvent)/ΔvapH, cu M în kg/mol.
- Kb = 8,314 · 373,15² · 0,018015/40 660
- Kb = 0,513 K·kg/mol
6.Presiunea osmotică a sângelui la 37 °C este 7,70 atm. Ce masă de NaCl trebuie dizolvată la 1,000 L de soluție ca aceasta să fie izotonică, presupunând disociere totală și comportare ideală?
π = i·c·R·T cu i = 2; lucrează în SI (Pa, mol/m³).
- c = π/(i·R·T) = 7,70 · 101 325/(2 · 8,314 · 310,15) = 151,3 mol/m³ = 0,1513 M
- m = 0,1513 · 58,44 = 8,84 g (apropiat de serul fiziologic, 9 g/L)
7.Calculează ΔS când 1,00 mol de gheață la −10,0 °C devine apă lichidă la +10,0 °C, la 1 bar. Cp(gheață) = 37,7 și Cp(apă) = 75,3 J/(mol·K); ΔfusH = 6,01 kJ/mol la 273,15 K.
Trei etape: încălzești gheața, o topești, încălzești apa.
- Gheață: 37,7 · ln(273,15/263,15) = 1,41 J/K
- Topire: 6010/273,15 = 22,00 J/K
- Apă: 75,3 · ln(283,15/273,15) = 2,71 J/K → total 26,12 J/K
8.Doi lichizi formează un amestec ideal la T și p constante. Ce semne au ΔH, ΔS și ΔG de amestecare?
Ideal înseamnă interacțiuni A–B identice cu A–A și B–B.
- Fără diferențe de interacțiuni: ΔH = 0.
- ΔS = −nR·Σx·lnx > 0, deci ΔG = −TΔS < 0: amestecarea e spontană doar din entropie.