2002 A

‫בס"ד‪ ,‬ו' באדר‪ ,‬ה' תשס"ב‬

‫מבח‪ ,‬בכימיה פיזיקלית א' – קורס מס' ‪842209201‬‬ ‫סמסטר א'‪ ,‬מועד א'‪ ,‬תשס"ב‪18/2/2002 ,‬‬ ‫מרצה‪ :‬פרופ' דורו‪ ,‬אורב‪8‬‬ ‫! למבח* ‪ 2‬חלקי‪ 0‬ובכל חלק ‪ 2‬שאלות‪.‬‬ ‫! יש לענות על כל השאלות‪.‬‬ ‫! בפתרו* כל שאלה יש לפרט את מהל‪ 5‬החישוב ולציי* כל הנחה רלוונטית הדרושה‬ ‫לפתרו* המלא‪.‬‬ ‫! יש להקפיד על ציו* יחידות מתאימות לכל ער‪ 5‬וגודל‪.‬‬ ‫! מותר להשתמש במחשבו* ובכל חומר עזר שותק אחר‪.‬‬

‫בהצלחה !!‬

‫חלק א'‪2‬שעתיי‪9‬‬ ‫שאלה מס' ‪1‬‬ ‫‪ 1‬מול גז ‪ M‬עובר את התהלי‪ 5‬הבא‪:‬‬ ‫‪1 mol, 1.5 liter, 2980K, S Om (2980K) = 174.21 J K-1mol-1→ 1 mol, 3.2 liter, 4000K‬‬ ‫נתו* שהגז מונואטומי‪ ,‬בעל ‪ Cp,m=20.79 J K-1mol-1‬ומתנהג עפ"י משוואת המצב הבאה‪:‬‬ ‫‪2‬‬

‫‪nRT‬‬ ‫‪n‬‬ ‫=‬ ‫‪P+m‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪TV‬‬

‫א‪ .‬הא‪ 0‬גז ‪ M‬מתאי‪ 0‬למודל החלקיקי הקינטי? הסבר‪/‬י‪.‬‬ ‫ב‪ .‬חשב‪/‬י ‪ ∆A, ∆G‬עבור תהלי‪ 5‬ההתפשטות הנ"ל ‪ ,‬כאשר נתו* ש‪:‬‬ ‫‪. m / (atm 0K liter2mol-2) = 0‬‬ ‫ג‪ .‬מה היה שינוי האנטרופיה של תהלי‪ 5‬ההתפשטות אילו נעשה באופ* איזותרמי מאות‪0‬‬ ‫תנאי‪ 0‬התחלתיי‪ 0‬לאותו נפח סופי‪ ,‬כאשר‪:‬‬ ‫‪m / (atm 0K liter2mol-2) = 0‬‬

‫)‪I‬‬

‫‪m / (atm 0K liter2mol-2) = 1.363‬‬

‫)‪II‬‬

‫הסבר‪/‬י ממה נובע ההבדל בי* הערכי‪ 0‬בשני מהמקרי‪.0‬‬

‫‪1‬‬

‫שאלה מס' ‪2‬‬ ‫נתו* שהנוזלי‪ A, B 0‬מסיסי‪ 0‬חלקית זה בזה בטמפ' החדר ובלח‪ :‬אטמוספרי‪ .‬על מנת לשרטט‬ ‫דיאגרמת פאזות עבור התערובת‪ ,‬טופט; הנוזל ‪ A‬ל< ‪ 10‬מולי‪ 0‬של ‪ B‬בטמפ' שונות‪ ,‬והתקבלו‬ ‫התוצאות הבאות‪:‬‬ ‫‪65oC‬‬

‫‪60oC‬‬

‫‪50oC‬‬

‫‪40oC‬‬

‫‪30oC‬‬

‫‪20oC‬‬

‫‪10oC‬‬

‫‪-‬‬

‫‪0.33‬‬

‫‪0.23‬‬

‫‪0.16‬‬

‫‪0.14‬‬

‫‪0.13‬‬

‫‪0.11‬‬

‫’‪X A‬‬

‫‪-‬‬

‫‪0.59‬‬

‫‪0.7‬‬

‫‪0.76‬‬

‫‪0.79‬‬

‫‪0.82‬‬

‫‪0.85‬‬

‫’’‪X A‬‬

‫כאשר‪:‬‬ ‫’‪ = X A‬שבר מולי של ‪ A‬שעבורו הופיעה עכירות בתמיסה בטמפ' המצוינת‪.‬‬ ‫’’‪ = X A‬שבר מולי של ‪ A‬שעבורו נעלמה העכירות בטמפ' המצוינת‪.‬‬ ‫כמו כ* ידועי‪ 0‬הנתוני‪ 0‬הבאי‪:0‬‬ ‫<‬

‫התערובת בעלת אזאוטרופ בהרכב ‪ XA=0.45‬הרותח בלח‪ :‬אטמוספרי ב< ‪. 85oC‬‬

‫<‬

‫טמפ' הרתיחה הסטנדרטיות ואנטלפיות האידוי הסטנדרטיות של המרכיבי‪ 0‬הטהורי‪0‬‬ ‫נתוני‪ 0‬בטבלה הבאה‪:‬‬ ‫‪Tb /0C‬‬

‫‪∆H o vap /kJmol −1‬‬

‫‪126‬‬

‫‪54.62‬‬

‫‪A‬‬

‫‪106‬‬

‫‪43.2‬‬

‫‪B‬‬

‫א‪ .‬שרטט‪/‬י דיאגרמת ‪ Txy‬עבור תערובת ‪ A,B‬עפ"י הנתוני‪ 0‬הנ"ל‪ .‬ציי*‪/‬י אילו פאזות‬ ‫קיימות בכל אזור‪.‬‬ ‫‪o‬‬

‫ב‪ .‬הוכנה תערובת של הנוזלי‪ A,B 0‬בטמפ' החדר ) ‪ ( 25 C‬בהרכב ‪<) XA=0.7‬זמ* ‪.( T1‬‬ ‫לאחר מכ* חוממה התערובת לטמפ' ‪<) 70oC‬זמ* ‪ ( T2‬ואח"כ ל<‪<) 100oC‬זמ* ‪.( T3‬‬ ‫חשב‪/‬י בכל זמ* נתו* ) ‪ ( T1, T2, T3‬אילו פאזות נוכחות‪ ,‬מה היחס הכמותי בי*‬ ‫הפאזות ומה ההרכב של כל פאזה‪ .‬השתמש‪/‬י בדיאגרמה ששרטטת לצור‪ 5‬החישובי‪.0‬‬ ‫ג‪ .‬בהמש‪ 5‬לסעי; הקוד‪ ,0‬נעשה ניסיו* לזקק את התערובת שהוכנה בזמ* ‪ T1‬ע"י זיקוק‬ ‫למקוטעי*‪ ,‬עד שנמצא שהרכב התזקיק שנאס; נשאר קבוע‪ .‬אותו תזקיק קורר לטמפ'‬ ‫‪ <) 20oC‬זמ* ‪ .(Tf‬תאר‪/‬י את הרכב המערכת בסיו‪ :0‬אילו פאזות קיימות‪ ,‬מה יהיה‬ ‫הרכב*‪ ,‬ומה יהיה לח‪ :‬האדי‪ 0‬הנובע מהתערובת בטמפ' זו‪ .‬הנח‪/‬י שהפאזות הנוכחות‬ ‫אידיאליות‪.‬‬ ‫ד‪ .‬פרט‪/‬י דר‪ 5‬לזקק את החומר ‪ A‬מתערובת ‪ A,B‬באופ* מלא‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫חלק ב'‪2‬שעתיי‪9‬‬ ‫שאלה מס' ‪3‬‬ ‫התגובות הבאות מתרחשות בפאזה הגזית‪:‬‬ ‫)‪C(g‬‬

‫)‪1) A(g) + B(g‬‬

‫)‪D(g‬‬

‫)‪2) A(g) + C(g‬‬

‫נתו* שבטמפ' הנתונה‪. K2 = 5K1 :‬‬ ‫הוכנסו לכלי ‪ 1‬מול ‪ A‬ו<‪ 1‬מול ‪ ,B‬ונמצא שכאשר המערכת הגיע לשיווי משקל נכחו בכלי ‪ 0.05‬מול‬ ‫‪ ,D‬כאשר הלח‪ :‬בכלי היה ‪ 10‬אטמוספירות‪ .‬נית* להניח שהגזי‪ 0‬אידיאליי‪.0‬‬ ‫א‪ .‬בטא‪/‬י את השברי‪ 0‬המוליי‪ 0‬של המרכיבי‪ 0‬בש"מ ואת הקבועי‪ 0‬כפונ' של קואו'‬ ‫התגובה‪.‬‬ ‫ב‪ .‬חשב‪/‬י את הקבועי‪ 0‬ואת הלח‪ :‬החלקי של כל מרכיב בזמ* ש"מ‪.‬‬ ‫ג‪ .‬חשב‪/‬י את הלח‪ :‬במצב ש"מ‪ ,‬שבו יחס הלחצי‪ 0‬החלקיי‪ C:D 0‬יהיה ‪ ,1:1‬מאות‪ 0‬תנאי‪0‬‬ ‫התחלתיי‪ .0‬כיצד צפויי‪ 0‬הקבועי‪ 0‬להשתנות במצב זה?‬ ‫ד‪ .‬הדג‪/0‬י עפ"י תוצאותי‪ 5‬את עיקרו* לה<שטליה‪.‬‬

‫‪3‬‬

‫שאלה מס' ‪4‬‬ ‫‪ 1‬מול ‪) Ar‬גז אידאלי‪ ,‬לצור‪ 5‬השאלה( עובר את סדרת התהליכי‪ 0‬ההפיכי‪ 0‬המתוארת בדיאגרמה‬ ‫הבאה‪:‬‬ ‫‪Sm / J* k-1 mol-1‬‬ ‫‪150.93‬‬

‫‪131.79‬‬ ‫‪T / oc‬‬ ‫‪25‬‬

‫‪4‬‬

‫נתו* שלח‪ :‬הגז ההתחלתי הינו ‪ 16‬אטמוספירות‪.‬‬ ‫א‪ .‬קבע‪/‬י את הכיוו* הספונטני שבו על המעגל לפעול על מנת שיוכל לשמש כמעגל כוח‬ ‫אידיאלי; ציי*‪/‬י נקודות ‪ A) A-D‬עבור נקודת ההתחלה( וכ* שרטט‪/‬י את סדרת‬ ‫התהליכי‪ 0‬הנ"ל בדיאגרמת ‪ P‬כנגד ‪) V‬סמ*‪/‬י את הנקודות ‪ A
‫‪4‬‬