Thermodynamica

tutoruur 728-03-2014

Tentamenvoorbereiding

Opbouw Tentamen

De afgelopen tentamens bestonden uit 4 opgaven met ieder 4 deelopgaven die allemaal even zwaar wogen.

Onderdeel I: Formules (4 onderdelen)• Definities en omschrijvingen van begrippen • Grootheden wel of geen toestandsfunctie• Verklaren van symbolen en aangeven wanneer een vergelijking toepasbaar is.• Begrippen toepassen (bijvoorbeeld reversibel, irreversibel)• Afleiden van of eenvoudige berekening met een formule

Onderdeel II: Redoxreacties en elektrochemische cellen (4 onderdelen)• Opstellen halfreacties

• NB: soms worden halfreacties gevraagd als reductiereacties (dit betekent met de elektronen voor de pijl)

• Voorspellen richting van redoxreactie bij stroomlevering of opladen• Berekenen standaardpotentiaal (Eθ)• Berekenen van standaard cel (bron) spanning (Ecel

θ)• Rekenen met de wet van Nernst• Rekenen met de wet van Ohm• Omrekenen van potentiaal E naar Gibbs vrije energie: ΔrG = - ν F E• Rekenen aan evenwichten: ΔrG θ = - RT ln K • Rendementsberekening

• Voor basiskennis over bronspanning/klemspanning:http://www.roelhendriks.eu/Natuurkunde/w2L%20elektronica/elektronica%20theorie.pdf

Onderdeel III: Eigenschappen van mengsels (? onderdelen)• mengentropie• kookpuntsverhoging• vriespuntsdaling• osmotische druk

Onderdeel IV: Berekenen van H, U, G, S, A van processen (? onderdelen)• reversibel en irreversibele processen • alternatieve paden• rekenen aan evenwichten• rekenen met warmtecapaciteiten• warmtemachines/Carnotcyclus

Onderdeel V: Statistische thermo (? onderdelen)• partitiefunctie• entropie als aantal realiseringsmogelijkheden • rekenen aan verdeling deeltjes over energieniveaus• verwachtingswaarde van grootheden berekenen

Randvoorwaarden

indien ideaal gas

indien ideaal 1-atomig gas (geen vibraties en/of rotaties). Hieruit volgt: Cv = 3/2 R

.als er alleen volumearbeid en elektrische arbeid wordt verricht

voor heat engine

Randvoorwaarden

G is een handige functieindien p en T constant zijn

Randvoorwaarden

Q lijkt op de concentratiebreuk

Randvoorwaarden

Vriespuntsverlaging of kookpuntsverhoging tenopzichte van T*; ideaal mengsel, lage conc. opgeloste stof

Eigen formularium

Molfractie

Partiële druk

Л=ρ·g·h

Molaliteit

dH = cvdT

∆H = q (bij constante druk)

enzovoort

Hoe haal je het tentamen thermodynamica?

Hoewel het college best pittig is, valt het tentamen wel te doen! Tot nu toe zagen de tentamens er zo uit:4 opgaves (die even zwaar meetellen):

LET OP: Resultaten uit het verleden bieden geen garantie voor de toekomst!

Opgave 1: Een theorieopgave met vragen als: geef definitie en korte omschrijving van een paar begrippen, geef aan of … een toestandsfunctie is, verklaar in deze formule de gebruikte symbolen en waarvoor de formule gebruikt wordt.

Dit is dus een LEER-opgave! Accepteer van jezelf niet dat je in deze opgave fouten maakt!

De opgaves lijken veel op de opgaves die je hebt gemaakt in het werkcollege.Als je opgaves herkent (en dus geoefend hebt) is het best te doen de juiste formule erbij te zoeken en een deel van de vragen gewoon in te vullen.

Als je een lastige vergelijking hebt: wat kun je constant houden of veronderstellen om dit buiten het integraal teken te kunnen zetten? Hoe is je vergelijking te vereenvoudigen.

Focus op de eenvoudig te scoren opgaven: zij leveren vaak evenveel punten op als de moeilijk te scoren!Vaak is een van de onderdelen een afleiding geven: dit is best tijdrovend en misschien verstandig te laten rusten tot het einde.

Probeer door het soms ingewikkelde taalgebruik te lezen: wat wordt er bedoeld met de vraagstelling? Over welk onderdeel van de thermodynamica gaat het? Welke vergelijkingen horen erbij?

Sommige vragen beginnen met: “Maak een schatting van … “Dan zelf enkele verstandige aannames maken.

Probeer niet alles van buiten te leren. Kijk of je de (werkcollege-) opgaven snapt (door ze te oefenen). Lukt de opgave niet? Kijk dan het tutoruur wat erbij hoort erop na. Deze helpt je de werkcollege opgave te begrijpen. Maak tijdens het oefenen je eigen formuleblad. Welke formules heb je nodig om de antwoorden te kunnen geven? Als je je eigen formuleblad dan later vergelijkt met het formularium, weet je welke formules je uit je hoofd dient te leren.

Bekijk het formularium goed. Weet je waar de formules voor dienen? Weet je wat de symbolen betekenen? Weet je onder welke omstandigheden je deze formule mag gebruiken?

Antwoorden tentamen 2013

1d 1109 K

2a 4,85 x 10-5 K2b 42,3 g2d 0,98

3a 9n-1

3b 109,6 J mol-1 K-1

3c 0,3893d 319 K

4b 0,0315 mol/kg4c -3,51 kJ/mol4d -1,82 V

Antwoorden Tutoropgaven

1b -0,14 V1c 1,36 V1d 5x1014

2 a NH3(l), T=185,4 K NH3(l), T=195,4 K NH3(s), T=195,4 K NH3(s), T=185,4 K2 b 5,20 kJ/mol2 c -26,5 J mol-1 K-1

2 d Ja, want 28,04 J/mol > 26,5 J/mol

1a totaal: C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 +11 H2O

Uitwerking opdracht 2 (tussentoets uit 2011)

a) Beschrijf een reversibel pad als alternatief voor het kristallisatieproces bij 185.4 K. NH3 (l) T = 195.4 K

2 NH3 (s) T = 195.4 K

1 3

irreversibel

NH3 (l) T = 185.4 K NH3 (s) T = 185.4 K

b) Bereken de smeltwarmte van ammoniak bij 185.4 K.

dH = ∫ Cp dT Cp onafhankelijk van T dus ∆H = Cp ∆T ∆H = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 ∆H = 75,3 x 10 – 5652 + 30,0 x (-10) = - 5199 J/mol ∆HFUS = + 5199 J/mol

Uitwerking

c) Bereken de entropieverandering als gevolg van het proces. NH3 (l) T = 195.4 K

2 NH3 (s) T = 195.4 K

1 3

irreversibel

NH3 (l) T = 185.4 K NH3 (s) T = 185.4 K

∆S = ∆S1 + ∆S2 + ∆S3

dS = ∫ dT + + ∫ dT ∆S = 75,3 ln + + 30,0 ln ∆S = - 26,55 J/mol K ∙

d) Ga na of het resultaat in overeenstemming is met de tweede hoofdwet.

= = - 28,04 J/mol K ∙ ∆S > voldoet aan Clausius ongelijkheid

Cp (l)

T∆HTRANS

TTRANS

Cp (s)

T195,4185,4

- 5652 195,4

185,4195,4

- 5199 185,4

Q T

Q T