Veszprémi Tamás

Általános kémia


Összefoglaló feladatok

  1. Egy dugattyús hengerben lévő gázmennyiség az alatta lévő forró fűtőlaptól 1600 J hőt vesz fel. Eközben 1100 J külső munkával a dugattyút lenyomjuk, és a gázt összesűrítjük. Számítsuk ki a gáz belső energiájának változását!
  2. Mekkora munka szükséges ahhoz, hogy 1 kg tömeget 12 m magasra emeljünk fel?
  3. Egy kémiai reakció egy 100 cm2 keresztmetszetű, mozgatható fedelű edényben játszódik le. A reakció során a zárófedél a külső 100 kPa nyomás ellenében 10 cm-re mozdul el. Mekkora munkát végzett a reakció a környezetén?
  4. Számítsuk ki azt a munkát, melyet 1 liter 1000 kPa nyomású tökéletes gáz végez, miközben állandó hőmérsékleten kiterjed 10 literre a) egy lépésben, illetve b) két lépésben: először 2 literre, majd a második lépésben 10 literre terjed ki.
  5. A fenti kísérletet megismételjük azzal a különbséggel, hogy a karbonátot nyitott edényben hevítjük. Mekkora ez esetben a térfogati munka?
  6. 12 g szén-dioxidot szobahőmérsékleten az eredeti 5 MPa nyomásról 0,1 MPa nyomásra engedünk kiterjedni 0,1 MPa külső nyomás ellenében. Mekkora munkát végez eközben a CO2-gáz?
  7. Számítsuk ki W értékét, ha 5,2 mól ammóniát párologtatunk el az ammónia –33 °C-os forráspontján normál légköri nyomáson?
  8. Mekkora hő szükséges, hogy 50 ml vizet 20 °C-ról 75 °C-ra melegítsünk?
  9. Mennyi hő szabadul fel, ha 72 g cinket 180 °C-ról 35 °C-ra hűtünk le? A cink moláris hőkapacitása 24,85 J · mol–1 · fok–1?
  10. Egy 0,4 kg tömegű 95 °C-os ólomtömböt egy 0,15 kg rézből készült fazékba merítünk, a fazékban 2 kg 20 °C-os víz van. Számítsuk ki a rendszer végső hőmérsékletét, ha feltételezzük, hogy a környezet felé nincs hőleadás!
  11. Mekkora hő szükséges, hogy 5 kg 15 °C-os CO2 hőmérsékletét 45 °Cra emeljük, ha a nyomás ezalatt változatlanul 100 kPa marad?
  12. A hidrogén állandó nyomáson lévő moláris hőkapacitása Cp = 28,7 J (mol–1 · °C–1.). Számítsuk ki az állandó térfogathoz tartozó hőkapacitást!
  13. Mekkora hő kell 750 g víz elpárologtatásához, ha a víz párolgáshője, L = 2,26 kJ/g?
  14. Mennyi 100 °C hőmérsékletű vízgőzt kell elegyítenünk 100 g 0 °C-os jéggel, hogy 100 °C hőmérsékletű vizet kapjunk?
  15. A szén-tetraklorid, CCl4, párolgáshője a forráspontján 29,92 kJ/ mol. Számítsuk ki 50 g CCl4 elpárologtatásához szükséges Q, W, ΔU és ΔH értékeket! A CCl4 forráspontja 76,8 °C.
  16. Van-e különbség ΔU és ΔH értéke között az alábbi kémiai reakciók során?
    1. NH4Cl(sz) = NH3(g) + HCl (g)
    2. H2(g)+ Cl2(g) = 2 HCl(g)
    3. CO2(sz) = CO2(g)
    4. AgNO3(aq) + KCl(aq) = AgCl(sz) + KNO3(aq)
  17. Mennyi a víz 100 °C-on történő elpárologtatásának moláris entrópiaértéke? A víz párolgáshője 100 °C-on 40,68 kJ/mol.
  18. Ismerve a víz és a vízgőz hőkapacitását, és ismerve a víz párolgáshőjét 100 °C-on, számítsuk ki a víz párolgáshőjét 20 °C-on! A szükséges adatokat a 6.3. táblázatból vegyük! Tételezzük fel, hogy a víz hőkapacitása állandó a 20–100 °C tartományban!
  19. Egy állandó térfogatú bombakaloriméterben az alábbi kémiai reakció megy végbe:
    C6H12(f)+9 O2(g) = 6 CO2(g) + 6 H2O(f).
    Ha egy mól ciklohexánt (C6H12) elégetünk, ΔU = –3919 kJ hőt tudunk mérni. Számítsuk ki az égéshőt 25 °C-on és állandó nyomáson!
  20. Ha egy mól NaNO3-t vízben oldunk, az 20,8083 kJ hőt von el. Számítsuk ki a végső hőmérsékletét annak az oldatnak, amely 50 g NaNO3 1 kg 20 °C-os vízben történt feloldásával készült!
  21. Az alábbi reakciók közül melyik exoterm, ill. endoterm?
    C3H6(g) + H2(g) = C3H8(g)
    ΔH = –124 kJ.
    HCl(g) = H + (aq) + Cl(aq)
    ΔH = –75,14 kJ.
    2 C(sz) + H2(g) = C2H2(g)
    ΔH = + 227 kJ.
  22. Mekkora hő keletkezik, ha 100 g glükózt (C6H12O6) égetünk el az alábbi termokémiai reakció szerint?
    C6H12O6(sz) + 6 O2(g) = 6 CO2(g) + 6 H2O(f)
    ΔH = –2816 kJ.
  23. Egy üveg sör (0,45 l) alkoholtartalma 3,5%. Sűrűsége 1 g/cm3. Az etanol (C2H5OH) égéshője –1366,8 kJ/mol. Mekkora entalpiatöbblethez jutunk, ha egy üveg sört iszunk?
  24. Hány milliliter vizet lehet 355,6 kJ energiával elemeire bontani, ha a víz standard moláris képződéshője –286 kJ/mol?
  25. Az etilén vízzel történő reakciójakor etanol keletkezik: C2H4(g) + H2O(f) = C2H5OH(f). Számítsuk ki a reakcióhőt 298 K hőmérsékleten, ha a következő egyenletek ΔH értékei adottak:
    1. C2H5OH(f) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3 H2O(f) ΔH = –1366,8 kJ.
    2. C2H4(g) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 2 H2O(f) ΔH = –1411kJ.
  26. Számítsuk ki 1 kg 1,5 tömeg%-os HNO3 és 200 ml 2,5 M NaOH elegyítése során a reakcióhőt! A következő reakció entalpiaváltozását ismerjük:
    OH + H + = H2O ΔH = –54,0 kJ
  27. Az alábbiak ismeretében határozzuk meg a metán (CH4) égéshőjét!
    (H2O(f)) = –285,8 kJ/mol,
    (CO (g)) = –393,51 kJ/mol,
    (CH (g)) = –74,81 kJ/mol.
  28. 5 g szénhidrogént (M = 117) kaloriméterben elégettünk. Az égés során az anyagból CO2 és H2O keletkezik. A rendszer hőmérséklete 25,015 °C-ról 27,513 °C-ra emelkedett. Mekkora a vegyület moláris égési entalpiája, ha a kaloriméter hőkapacitása 6313,69 J/ °C és a kaloriméter tömege 15 kg?
  29. Mekkora hő keletkezik, illetve szükséges 1 kg Mn3O4 redukciójához az alábbi egyenletnek megfelelően:
    Mn3O4(sz) + 4 Cgrafit = 3 Mn(sz) + 4 CO(g).
  30. Határozzuk meg az entalpiaváltozást, ha 1 kg pirit (FeS2) az oxigénnel az alábbi egyenlet szerint reagál:
    2 FeS2(sz) + 1½ O2(g) = Fe2O3(sz) + 4 SO2(g).
    Hány liter normál állapotú SO2-gáz fejlődik?
  31. A nátrium-karbonát (szóda) Na2CO3 egyik legfontosabb nyersanyagunk a vegyiparban, ahol számos vegyi folyamat során használják fel. Előállítása Solvay szerint többlépcsős eljárással történik. A folyamat termokémiai egyenletei a következők:
    CaCO3 = CaO + CO2
    ΔH = +181,6 kJ,
    CaO + H2O = Ca(OH)2
    ΔH = –66,5 kJ,
    NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3
    ΔH = –63,6 kJ,
    NH4HCO3 + NaCl = NH4Cl + NaHCO3 ΔH = –220,5 kJ,
    2 NH4Cl + Ca(OH)2 = 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O.
    ΔH = +44,8 kJ.
    2 NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O
    ΔH = +128,4 kJ.
    Vizsgáljuk meg az egyenleteket és rendezzük őket úgy, hogy entalpiáik összege a Solvay-féle szódagyártás egyenletének feleljen meg:
    CaCO3 + 2 NaCl = Na2CO3 + CaCl2.
    Számítsuk ki a fenti egyenlet ΔH értékét!
  32. A metán (CH4), etán (C2H6) és propán (C3H8) a természetes földgáz alkotóelemei. Melyik a leghatékonyabb fűtőgáz tömegegységre számítva?
  33. Hány l üzemanyagot használ föl 20 percnyi működése alatt az a motor, amelynek hasznos teljesítménye 150 kW, hatásfoka 35%, ha az üzemanyag sűrűsége 0,85 kg/l és fűtőértéke –54 000 kJ/kg? Az üzemanyag átlagos kémiai összetétele C7H12. Hány m3 0 °C-os, atmoszféranyomású levegőt (O2/N2 = 20/80 v/v) használ el a motor 2 kg üzemanyag elégetéséhez, ha a levegőfelesleg 7%-os?
    C7H12 + 10 O2 = 7 CO2 + 6 H2O.
  34. A szilárd kálium olvadáshője 2,4 kJ/mol, szublimációs hője 81,5 kJ/mol. Becsüljük meg a káliumolvadék párolgáshőjét!
  1. A fehérjékben az aminosav monomerek ún. peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz (lásd még a 11.5. pontot). A peptidkötés kialakulásakor az egyik aminosav karboxilcsoportja lép reakcióba egy másik aminosav aminocsoportjával vízkilépés közben. Számítsuk ki az alábbi adatokból két aminosav, a leucin és a glicin közötti peptidkötés szabadentalpiáját!
     
    Leu + Gly = Leugly + H2O
    ΔS°
    (J/mol·K)
    207
    122
    281
    70
    ΔH°
    (kJ/mol)
    –644
    –529
    –866
    –286
  1. A termodinamika egyik legfontosabb egyenlete a Gibbs-egyenlet:
    ΔU = T·ΔS – p·ΔV+ Σμi·Δni
    Vajon mi az entrópia dimenziója?
  2. Jellemezhető-e egy rendszer állapota pusztán intenzív állapotjelzőkkel?
  3. Tekinthető-e a Nap körül keringő Föld elsőfajú örökmozgónak?
  4. Egy edény egy fallal két részre van osztva, az egyik részben egy tökéletes gáz van, a másik részben teljes vákuum. Hogyan változik a rendszer belső energiája és entrópiája, ha eltávolítjuk a falat a két rész közül?
  5. Variáljuk meg az előző feladatot! Most a tökéletes gáz egy dugattyús hengerben van a szobában. Hogyan változik a rendszer belső energiája és entrópiája, ha a dugattyú kiterjed?
  6. Legyen egy zárt, szigetelt rendszerben 5 részecske. Hányféle mikro- illetve makroállapot valósulhat meg, ha 10 energiaadag oszlik meg a rendszerben?
  7. Hogyan változik egy gáz, egy folyadék, illetve egy szilárd kristály entrópiája, ha vízben feloldjuk azokat?
  8. Hogyan változik az entrópia a következő reakció során:
    4 NH3 (g) + 5 O2(g) = 4 NO(g) + 6 H2O(g)
  9. A termodinamika főtételeivel egyenértékű megfogalmazás a perpetuum mobile (örökmozgó) lehetetlenségének a kimondása. Tudjuk, hogy a gázokban és folyadékokban a molekulák, az atomokban az elektronok is folyamatosan mozognak, mégsem tekintjük ezt örökmozgónak. Miért?
  10. Ha igaz az energiamegmaradás törvénye, miért kell aggódnunk azért, mert „energiaforrásaink kimerülőben vannak”? Hiszen energia nem vész el, legfeljebb átalakul!
  11. Hogyan változik az entrópia a következő reakciók során:
    1. 2Ca(s) + O2(g) = 2CaO(s)
    2. CaCO3(s) = 2CaO(s) + CO2(g)
    3. NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s)
    4. 2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)
    5. C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(g)
  12. Sósav oldódása vízben exoterm folyamat, az oldáshő: Q = 75,2 kJ/mol. Mekkora a belső energia és az entalpia megváltozása, ha 1 mól HCl gázt 25 °C-on és atmoszféranyomáson vízben oldunk?
  13. Mekkora a fenol (C6H5OH) égéshője gázállapotban? A fenol szilárd, kristályos anyag, melynek égéshője standard állapotban = –3062,7 kJ/mol, olvadáshője = 11,5 kJ/mol, párolgáshője = 60,2 kJ/mol, míg a víz párolgáshője 25 °C-on = 44,1 kJ/mol.
  14. Számítsuk ki a CaCO3 bomlásához tartozó standard entrópiát, ha ismerjük a következő adatokat: = 92,9 J·K–1·mol–1, = 38,1 J·K–1·mol–1, = 213,7 J·K–1·mol–1.
  15. A jég olvadása során az entalpiaváltozás, ΔH = 6030 J/mol, az entrópiaváltozás, ΔS = 22,1 J/mol K. Számítsuk ki 1 mól jég megolvadása során a szabadentalpia változását a) 20 °C-on, illetve b) –10 °C-on!
  16. Számítsuk ki a cseppfolyós metanol égési reakciójának a standard szabadentalpia változását!
  17. Számítsa ki ΔG0-t a propán égési reakciójára:
    2C2H6(g) + 7O2(g) = 4CO2(g) + 6H2O(g)
  18. A ΣμiΔni kifejezés szerepel a (6.25) és (6.28). egyenletekben is. Ezek szerint a kémiai potenciál lehet egy anyag „moláris belső energiája” vagy „moláris entalpiája” is, nem csak moláris szabadentalpiája? Hiszen G, U és H nem egyenlők!
  19. Melyik irányba megy az alábbi reakció:
    C + H O ⇌ CO + H ,
    800 K-en, ha Kp = 2,78·10–2, a vízgőz parciális nyomása 1000 kPa, a szén-monoxidé és hidrogéné 500– 500 kPa?
  20. Az édesség hizlal, mivel a cukor „égetése” közben hőt termel. De mi a helyzet a fagylalttal? Hiszen a jég megolvasztása, a víz felmelegítése endoterm folyamat!
  21. Egy kaloriméterben 100 g 25 °C hőmérsékletű víz van. Beleöntünk még 100 g 82 °C hőmérsékletű vizet. A rendszer közös, egyensúlyi hőmérséklete 41,8 °C. Mennyi a kaloriméter hőkapacitása?
  22. A víz gőznyomása 99 °C-on 97,759 kPa, 101 °C-on 104,99 kPa. Mennyi a víz párolgáshője 100 °Con, ha móltérfogata ugyanezen a hőmérsékleten 0,01878 l/mol, a gőzé pedig 30,114 l/mol.
  23. 1 kg 110 °C-os gőzbe belehelyezünk 1 kg –20 °C-os jeget. Az egyensúly beállása után mennyi a közös hőmérséklet?
  24. A 6.2., 6.5. és 6.10. táblázatokból minden adatot ismerünk ahhoz, hogy a
    2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)
    reakció entalpiáját és szabadentalpiáját kiszámítsuk. De vajon ki tudjuk-e számítani ezek alapján az oxigén standard moláris entrópiáját?
  25. Feltételezve, hogy az entalpia és entrópia nem változik a hőmérséklet változásával, milyen hőmérsékleten fordul vissza az 58. példabeli reakció?
  26. Számítsa ki ΔU és ΔH értékét, ha 10 g kriptongázt 200 K-ről 300 Kre melegítünk! A kripton mólhője: CV = 12,47 J mol–1 K–1.
  27. A vízgőz forráshője 100 °C-on 40 680 J·mol–1. Feltételezve, hogy a mólhő lineárisan változik, becsüljük meg a víz forráshőjét 200 °C-on!

Általános kémia

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2017

ISBN: 978 963 454 051 9

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimerkémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия, kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több - tipográfiailag is elkülönített - szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolatmenet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz - másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/veszpremi-altalanos-kemia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave