Esercizi per prova scritta Chimica fisica 1 (teoria + quantistica)

Esercizi svolti con spiegazione della prima parte del corso di Chimica fisica 1 (unità di misura, gas perfetti e gas reali; conservazione dell'energia; gas; calorimetria; entropia; cicli termodinamici).
Inoltre ci sono anche gli esercizi svolti riguardanti la prima parte di meccanica quantistica (legge di stefan-boltzmann; legge di de broglie; principio di indeterminazione di Heinsenberg; distribuzione di Planck)

Esame Chimica fisica 1

Facoltà Scienze matematiche fisiche e naturali

Dal corso del Prof. Ghigna Paolo

Università Università degli Studi di Pavia

Publisher Dragonian3

A.A. 2023-2024

27 pagine

Prove svolte

Vota

Scarica

Estratto del documento

P

= 2 se

7 =

Da quale altezza deve cadere un sasso di 20 kg per poter fondere, urtandolo, un blocco di 100 g di

2) ghiaccio (PM=18.02 g/mol) alla temperatura di 0°C e a pressione atmosferica? L’entalpia di fusione del

ghiaccio è 6.01 kJ/mol. Si supponga che tutta l’energia potenziale del sasso venga trasferita al ghiaccio

durante l’urto.

E &

- Wg

ms = MM 02g/mol

100 g

Ma =

= ,

° 15 w

273

T 0 C =

= ,

aTM

P 1

= KJ/mal

AfHmzo 6 01

= .

a) ?

n necessario Fusione

attiaccio

di T

fondere

calore Sua

alla

100

Il y y :

A

nafH 35w]

01k3/m

= 33

a =

= , ,

E N

mgn N

= 3 3

n 170

10 m

. =

= . #

20 . . ?

Fusione

Ghiaccio ?

b) Ash

T ma

non -18

Fosse a

alla

e c

fornire di Fusione

portare

Tale temperatura e

Dovremmo da alla

calore

Ghiaccio

Fondere , Termica

nafH assumiamo

ST capacità

nCp sia

che la costante

9 m o

= .

, nell'intervallo di Temperatura

Ghiacciu

termica

Dobbiamo capacita'

conoscere Cp 43/machr

del 37

: =

, ,

1031 104

10-H0))* 82

41 543

0 3

37 i

a = .

. , .

· ,

met

/ mar /

may Gradi infe=

fornire è

aumentare temperatura

Il lo

calore di

da matto

Riore Fusione

al calore

n 1m

= di

variazione di

entalpia viene

Calcolare

C Che

1 male Scaldata

Hzo

la Da

pressione

90 lavorando a

-18 cost

a C , 43/

CP 37 Mah

H20

m s =

, ,

43/malt

C Hzol

m = ,

, WJ/ma

1FH 6 01

= , !

H D "

AH2

s !

SH I ab

b 2

- +

= CP(H20eldT

+asdT H

1Hz

1 H

H Hi + =

· =

+ +

= naFH (0-(10)K

Sta 1 1m

Sti %

37 6

NCp RCp el.

+ +

+ mch20

minzo si = .

. .

= .

, , ,

0((

(90

4 13

3743 60k] 17t]

67863

+ +

= =

. . ,

374k) 786h)

01N)

0 .

6 6 ,

Calcolare l'e nergia rilasciata come calore quando una zolletta di zucchero (saccarosio,

3) C12H12O11 , PM=342.3 g/mol) da 1.5 g viene bruciata all'aria.

A che altezza si può arrampicare una persona di 65 kg sfruttando l'e nergia ottenuta da

una zolletta di zucchero, assumendo che il 25% di tale energia sia utilizzabile per

compiere lavoro ? Il calore di combustione del saccarosio è -5645 kJ/mol.

nScHo

a) a = - combustione

La reazione

è (libera

di negativo .

calore

zolletta segno

la una una ,

conservazione

acquisisce dell'energia

energia positivo per il

scalatore la

Lo segno

, ,

Bilancio è nullo

59 5645kJ/)

(

1 25k]

= , - =

31/m

342 ,

disponibile

L'energia compiere è 25

lavoro %

Exw

25 9 + 185w]

E 25k) 5

= 0

9 =

= ,

. -M

mgh

E w

= 9 7 m

h = ,

Un oggetto d’oro (Cp(Au,s)=25.42 J/molK, PA=196.97 g/mol) alla temperatura di 25°C è immerso in un

4) recipiente isolato termicamente e contenente 12 g di acqua (Cp(H2O,l)=75.4 J/molK) a 8°C. La

temperatura dell’acqua all'e quilibrio raggiunge 13°C. Calcolare la variazione di entalpia di Au e acqua e

la massa dell’oggetto d’oro.

= 0.666 mal

MH20 ma variazione

Siccome recipiente entalpia

il è e

d'oro vavale

del

isolato pezzo

, assorbito

dell'H20 dal viene

corpo dal

caldo

calore cenuto

opposta .

Quella

a Il

e Raggiungere equilibrio

fino Temp

CORPO la

FREDDO a

Au AHH20

= SIST AT

(H20 el

CP -Mh20

Nau lu m

, , ,

, -8)

(13

ST 75

(pimch20 ma

666

-Mhz0 -0 ma 822 ma

Man ·

. , =

= =

, .

(13-25) K

42 3/mal

CP 25

AT

S)

M(Au .

- ,

, , (13-25)k

/Ma

Hau

A CP,m 250

822ma

AT 0 25

Mau 7 J

(au S) . =

= . =

. -

. ,

, , ,

196 97

%22 ma 9/ma 161

0 G

Mau =

= , ,

, (5/gw)

termica specifico

indicata molti

capacità viene

NB calore

la va

Se come

: CS

Ah ST

plicata la massa (H20 2513

MH20

y : p

= .

. =

, ,

Gas

Un pezzo di Zn di massa 5.0 g viene posto in un becher in acido cloridrico diluito. Ne consegue l'o ssidazione

1) dello Zn e la generazione di idrogeno. Si calcoli il lavoro svolto dal sistema in seguito alla reazione. La

pressione atmosferica è 1.1 atm e la temperatura 23°C

zn2+,

+ H2(g)

zn(s) 0a)

(0a) +

+ - Possiamo

Si pressione

contenitore

in aperto assumere

lavoro costante

un Ugas

1V Gas occupa volume

↑ certo

= pVas

p1V ART

AV

w pex =

= -

- -

= .

- 5 05 m 1883

15k

296

314

- , = -

= .

· . ,

65 ma

2.0 moli di He vengono espanse isotermicamente a 22°C da 22.8 a 31.7 L:

2) (a) reversibilmente

(b) contro una pressione esterna pari alla pressione finale del gas

Calcolare q, w, per ognuno dei tre processi.

AHe1U

di dipende

L'enerzia esclusivamente

interna Dalla

un perfetto

gas Temperatura

perfetti

Trasformazioni isoterme AV

Per nei Gas

Tutte 0

x(nRT)

1(PV) Su

AH 10 0

+ = =

= w

w Cost

Cost

AH Du 0

e = 13

0 3141295 15 ken

hRTen ,

-1

-2

al W 1

= =

. .

= ,

- mak = ,

, ,

62k]

9 1

= - = , 1033

8) dm3

10 (31

pAV

b) pex1V 55 38

7 - 22

pa 1

W 1 .

= -

= .

- - =

, ,

, 3

314 15 105

295

T 8

2 ma pa

P . .

= .

, ,

Im3

31 .

, Too

1033

a w

= .

- , Controbilancia

4) No 0

per Che PGas =d =

pex1V 0 9

w =

= =

3.0 moli di azoto a 298 K e alla pressione di 1.0 atm vengono compresse a 3.0 atm e riscaldate a 450 K.

3) Calcolare w, q, DU e DH. 29

(p =r 17/

m =

= ,

IsoTermo =ti=

Vi m LaFm/ma 15

298

08206 13

3 0 . . =

, , ,

& am

P

e 45036

RTF 08206

ma 0

Uf 3 0 Lam

= = .

, 3 am

Diviso in Passaggi

Processo 2 : pl

(cambiano

riscaldamento

1- cost

volume Te

a cost)"Vep)

2-compressione Temp

V COST

1 - = pexsV 0

W =

= -

Au Qu

q =

= (450-298(k 314/5/MAK

m-R)

AU (29

max

3 152

nCv 30 1 - 8

maT mal =

. =

. , .

= .

, ,

I

9 48k]

9478 43 q

= =

= ,

AH 27k5

n(p 152k

MAT 13269 .

3 mal 13

= =

, mark

, .

isoterma su SH 0

essendo

2- e =

9 w

= -

/I

irren

Rev

Reversibile In 71k]

-ARTenf 3143/mak. 7

-3 8

W 450K

0ma

: = = .

. = ,

71k)

Prev -

= , 1m3

irrev (36 1k)

9-73

-Pex1V 101325pa 11

atm

Wirrev -3

: .

= =

= .

. , , ,

1000

atm

I

1k]

-11

airren = ,

Calcolare la temperatura finale di un campione di anidride carbonica (Cp,m 37.11 J/molK) di massa 16.0 g

4) che viene fatta espandere reversibilmente e adiabaticamente da 500 cm3 a 298 K a 2.00 dm3.

Calcolare il lavoro esercitato dal gas, DU e DH.

Reversibile possibile poisson

un'espansione (90) è

adiabatica applicare

Per :

R

Cp m

m - =

. ,

VitieVete Tri

e = ymak

314)

m-R

CP

[V 46

11 - 8

(37 3

Dove C m , =

= =

= ,

, ,

R R 3147/malk

8 ,

1/3 46

dm3 200

5 k

298k

Tf = . =

dm3

2 0 di

supponiamo Sia

Cu in Temperatura

la Questo Range

costante

che :

R)AT //

314)

(37

((p 3/mak

n(v (200

16 11-8

MAT

AU 298

w = m - =

= -

= = · ,

, MM 01/m

44 ,

03k]

1025 1

43 =

= - ,

= J/ma -98( 31k]

1309 21 1

nCp ma

MIT 36

0 11

1H 37 =

= -

= .

, ,

Si consideri di nuovo un'e spansione adiabatica reversibile di 16 g di CO2 da 500 cm3 a 2 dm3. Data una

5) pressione inziale di 10 atm, si calcoli la pressione finale, w, q, DU e DH.

Reversibile

adiabatica poisson

prVE

2 11 J/malk

privi CPim Cp

11 1 29

m .

= = =

= ,

, 314)/mak

(37

CV 11-8

R

m m - , ,

, ,

5 dm31291

= pi 0 65 atm

10 atm

Pr = . ,

dm3

2 , perfetti

dei

mi ST applico

Tri

Tri Gas

su serve legge

Calcolare la

X -a etr la

non ho :

perfetti

dei poisson

Riapplicare legge oppure

la Gas

posso

if la

X .

vi 05

=A

Ti 169 K

= =

diam

36 08206

ma 0

0 . ,

. Mak

112

PfVf

Tf k

= =

nR 314) (112-169) 591k]

1 mat

nCV 36 mal 3/Ma t 5913

11-8

0 0

(37 -

- =

= =

= ,

, ,

AH (112-169) 762k]

37 J/Malk

36 7623 0

MAT mal

NCp k

0 11

= =

= -

- -

= , .

Calorimetria

L'e ntalpia st

Anteprima

Vedrai una selezione di 7 pagine su 27