Lezione V PRIMO PRINCIPIO e ENTALPIA

1. Termodinamica chimica a.a. 2007-2008 Lezione VPRIMO PRINCIPIOeENTALPIA

2. Esercizio 1 Un campione costituito da 1 mol di Ar si espande isotermicamente a 0°C da 22.4 L a 44.8 L, a) reversibilmente, b) contro una pressione esterna costante uguale alla pressione finale del gas, c) liberamente. Calcolare q, w, ΔU e ΔH. T= 0°C= 273 K Vi = 22.4 L Vf = 44.8 L n = 1 mol • In un’espansione reversibile il Lavoro fatto dal gas è

3. Esercizio 1 Poiché l’energia interna di un gas perfetto dipende solo dalla T Se ΔT=0, ΔU=0 Poichè ΔU= q + w q = -w = 1.57 x 103 J H = U + pV Cioè ΔH = ΔU + Δ(pV) = ΔU + Δ(nRT) = 0

4. Esercizio 1 • In un’espansione contro una pressione costante, il Lavoro fatto • dal gas è • w = - pext [ V2 - V1] • pext= nRT/V2= 0.5 atm = 5.06 x 104 Pa • w = -5.06 x 104 Pa (44.8-22.4)x10-3 m3= -1.13x103 J • Se ΔT=0, ΔU=0 • q = -w = 1.13 x 103 J • H = U + pV • ΔH = ΔU + Δ(pV) = ΔU + Δ(nRT) = 0

5. Esercizio 1 • In un’espansione libera • w = 0 • Se ΔT=0, ΔU=0 • q = -w = 0 • H = U + pV • ΔH = ΔU + Δ(pV) = ΔU + Δ(nRT) = 0

6. Esercizio 2 Un campione costituito da 2.00 mol di molecole di gas ideale per cui Cv,m= 5/2R, si trova inizialmente ad una pressione di 111kPa e ad una temperatura di 277 K, viene riscaldato reversibilmente fino a 356 K, mantenendo il volume costante. Calcolare la pressione finale, ΔU, q e w. Ti= 277 K Tf = 356 K Cv,m=5/2R V = cost n = 2.00 mol pi= 111kPa In una trasformazione isocora, p/T=cost

7. Esercizio 2 Il calore scambiato è dato da: Il lavoro è nullo perché non c’è variazione di volume: La variazione di energia interna

8. Esercizio 3 Calcolare il calore richiesto per fondere 750 kg di sodio metallico a 371K. L’entalpia di fusione del sodio è 2.601 kJ mol-1. T= 371 K m=750 kg M=22.99 g mol-1 ΔfusH° = 2.601 kJ mol-1

9. Esercizio 4 Un campione di 2.00 mol di metanolo viene condensato isotermicamente e reversibilmente a 64 °C. L’entalpia standard di vaporizzazione del metanolo a questa temperatura è 35.3 kJ mol-1. Calcolare ΔU, q, w, ΔH. T= 64°C = 337 K n = 2mol ΔvapH° = 35.3 kJ mol-1 La variazione di entalpia è data da: In una trasformazione a pressione costante, il lavoro è dato da: In una trasformazione da uno stato non condensato ad uno stato condensato la variazione di volume è data dal volume stesso del gas.

10. Esercizio 4 La variazione di energia interna è data da:

11. Esercizio 5 Quando si forniscono 178J di energia sotto forma di calore a 1.9 mol di molecole di gas a pressione costante, la temperatura del campione aumenta di 1.78 K. Calcolare Cv,m e Cp,m. q = 178 J n = 1.9 mol ΔT = 1.78 K

12. Esercizio 6 1 mole di idrogeno viene sottoposta al seguente ciclo reversibile p1 A V1 = 5L , p1 = 6 atm, p2 = 3 atm p (atm) p2 C B V1 V2 Calcolare la temperatura dell’isoterma Calcolare ΔUciclo e ΔHciclo Calcolare q e w nelle tre trasformazioni e quello totale

13. Esercizio 6

14. Esercizio 7 • La capacità termica di un gas ideale varia con la temperatura • secondo l’espressione • Calcolare q, w, ΔU e ΔH quando la temperatura viene portata da • 0°C a 100°C • A pressione costante • A volume costante

15. Esercizio 7 • A pressione costante

16. Esercizio 7 • A volume costante • In un gas ideale ΔU e ΔH dipendono esclusivamente dalla T

17. Esercizio 8 Due moli di anidride carbonica vengono riscaldate a pressione Costante di 1.25 atm e la temperatura sale da 250K a 277K. Sapendo che Cp,m=37.11J/(K mol), calcolare q, ΔU e ΔH

18. Esercizio 9 Un campione di 70mmol di Kr(g) si espande reversibilmente e isotermicamente a 373K da 5.25cm3 a 6.29 cm3. L’energia interna aumenta di 83.5J. Usa l’equazione del viriale (B=-28.7 cm3 mol-1) per calcolare w, q e ΔH.

19. Esercizio 9