Thermodynamica

1. Thermodynamica tutoruur7 28-03-2014 Tentamenvoorbereiding

2. 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

3. 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 (Ecelθ) • 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

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

5. 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

7. 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

8. Randvoorwaarden G is een handige functieindien p en T constant zijn

9. Randvoorwaarden Q lijkt op de concentratiebreuk

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

11. Eigen formularium Molfractie Partiële druk Л=ρ·g·h Molaliteit dH = cvdT ∆H = q (bij constante druk) enzovoort

12. 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!

13. 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.

14. 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.

15. Probeernietalles van buitenteleren. Kijk of je de (werkcollege-) opgavensnapt (door zeteoefenen). Lukt de opgaveniet? Kijkdan het tutoruurwaterbijhoorteropna. Dezehelpt je de werkcollegeopgavetebegrijpen. 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?

16. Antwoorden tentamen 2013 1d 1109 K 2a 4,85 x 10-5 K 2b 42,3 g 2d 0,98 3a 9n-1 3b 109,6 J mol-1 K-1 3c 0,389 3d 319 K 4b 0,0315 mol/kg 4c -3,51 kJ/mol 4d -1,82 V

17. Antwoorden Tutoropgaven 1b -0,14 V 1c 1,36 V 1d 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 K 2 b 5,20 kJ/mol 2 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

18. 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 K2 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 =∫ CpdTCponafhankelijk 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

19. Uitwerking c) Bereken de entropieverandering als gevolg van het proces. NH3 (l) T = 195.4 K2 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) T 195,4 185,4 - 5652 195,4 185,4 195,4 Q T Q T - 5199 185,4