Physikalische Chemie I (SS 2011) Aufgabenblatt Nr. 8(Chemische Thermodynamik: Kreisprozesse und Entropie)

37. Aufgabe: Carnotscher KreisprozessWir betrachten einen Carnotschen Kreisprozess mit 1 mol eines idealen Ga-ses als Arbeitsmedium; der Anfangszustand des Gases wird bestimmt durchp = 10, 0 atm und T = 600K. Das Gas entspannt sich isotherm bis zu ei-nem Druck von 1, 0 atm (Schritt 1) und dehnt sich weiter adiabatisch aus, bisdie Temperatur 300K erreicht ist (Schritt 2). Anschließend findet eine iso-therme Kompression (Schritt 3) statt, gefolgt von einer adiabatischen Kom-pression (Schitt 4) zuruck zum Ausgangszustand. Bestimmen Sie fur jedenEinzelschritt sowie fur den gesamten Kreisprozess ∆Q, ∆W , ∆U , und ∆S.(Hinweis: 1 atm = 101325Pa).

38. Aufgabe: Wirkungsgrad eines Dreischritt-KreisprozessesBerechnen Sie den Wirkungsgrad einer Warmekraftmaschine, die mit einenidealen Gas der Warmekapazitaten Cp und CV gefullt ist und folgenden rever-siblen Zyklus durchlauft:

(a) Druckerhohung von p2 auf p1 durch Temperaturerhohung bei konstantemVolumen V2,

(b) adiabatische Expansion von (p1, V2) auf (p2, V1),

(c) isobare Kompression von V1 auf V2 bei konstantem Druck p2.

39. Aufgabe: Entropieanderung bei ErwarmungBeim Erwarmen von einem Mol eines idealen Gases von T1 = 300, 15K aufT2 = 373, 15K werde sein Volumen von V1 = 2L auf V2 = 3L vergroßert. DieMolwarme betrage 5 cal grad−1mol−1 und ist im betrachteten Temperaturbe-reich konstant. Berechnen Sie die Entropieanderung ∆S.

40. Aufgabe: Entropie bei der Bildung von CO2

Die Standardentropie von CO, CO2, und O2 bei 298, 15K sind 197, 67 J/K/mol,213, 74 J7K/mol und 205, 138 J/K/mol. Die Temperaturabhangigkeiten dermolaren Warmekapazitaten von CO, CO2 und O2 lassen sich durch die folgen-den Reihenn approximieren:

CO : Cp,m = 31.08− 1.452 · 10−2 T + 3.1415 · 10−5 T 2 − 1.4973 · 10−8 T 3

CO2 : Cp,m = 18.86 + 7.937 · 10−2 T − 6.7834 · 10−5 T 2 + 2.4426 · 10−8 T 3

O2 : Cp,m = 30.81− 1.187 · 10−2 T + 2.3968 · 10−5 T 2

Berechnen Sie bei T = 475K die Entropie ∆S◦ fur die Reaktion

CO +1

2O2 → CO2