Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001

Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Theorie
1. Chemische Thermodynamica
- Bewijs dat de entropieverandering die optreedt bij een reversibele fasentransformatie (bijvoorbeeld
het stollen van water bij 0 °C en 1 atm) gegeven wordt door de formule S 
H
met H : enthalpie ;
T
S : entropie ; T : absolute temperatuur.
Vertrek hierbij van de definitieformule van de entropie en vermeld alle gemaakte onderstellingen of
eigenschappen waarop u steunt.
- Geef aan hoe men de entropieverandering berekent wanneer de transformatie bij een andere dan de
normale transformatietemperatuur gebeurt. Behandel dit met behulp van het voorbeeld waarbij ijs
smelt op 5 °C en 1 atm. Geef hierbij de te gebruiken formules.
- Bij 1 atm is het smelten van ijs bij 0 en 5°C respectievelijk een reversibel en een irreversibel
spontaan proces. Leid daaruit in de mate van het mogelijke het teken van H en S af (bij deze
deelvraag worden beide waarden constant ondersteld in het temperatuursbereik 0 tot 5 °C).
14. Reactiekinetiek
Het mechanisme van de reactie tussen waterstofgas en broomgas H2 + Br2  2 HBr luidt als volgt:
Br2  2 Br 
reactiestappen 1 en -1
Br  + H 2  HBr + H 
reactiestap 2
H  + Br2  HBr + Br 
reactiestap 3
Het symbool  staat voor een radicaal. De radicalen H  en Br  zijn reactieve intermediairen.
- Geef de definitie van initiatiestappen, propagatiestappen en terminatiestappen in het kader van een
homogene radicaalreactie. Illustreer dit met behulp van bovenstaand mechanisme.
- Leid een globale reactiesnelheidsuitdrukking af voor deze reactie. Vermeld expliciet welke
onderstellingen/vereenvoudigingen u gebruikt.
10. Fasengrensverschijnselen
- Geef de definitie van het begrip bedekkingsgraad bij een adsorptie (in woorden).
- Leid een uitdrukking af voor de Langmuir-isotherme bij een adsorptie van de gedaante
i(g) +   i
Vermeld hierbij alle gemaakte onderstellingen en eigenschappen waarop u steunt.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
2SCH
p.T.1
7. Chemisch evenwicht
Beschouw een homogene redoxreactie (in een vloeistoffase) van de gedaante (alle stoffen zijn ionen)
 1 .red1  -  2 .ox 2   3 .ox1   4 .red 2
- Geef een uitdrukking voor de evenwichtsconstante die bij deze reactie hoort.
- Wat is het verband tussen deze evenwichtsconstante en een verandering in vrije enthalpie?
- Schrijf deze laatste uit in functie van chemische potentialen in de standaardtoestand Vermeld
expliciet welke standaardtoestanden u hierbij gebruikt.
- Is er bij deze reactie een verschil in numerieke waarde tussen de biochemisch en de chemisch
gedefinieerde evenwichtsconstante? Leg uit. (Er komen geen protonen in de reactievergelijking voor)
4. Fasenevenwichten
- Geef de definitie van het begrip kooktemperatuur.
- Voor een vloeistof-damp-evenwicht in een unair systeem wordt de invloed van de temperatuur op de
dampspanning gegeven door de vergelijking van Clapeyron:
H verdamping
dp *

dT T.Vverdamping
met p* :
dampspanning ; T : absolute temperatuur ; H : enthalpie ; V : volume.
Toon aan dat deze vergelijking kan uitgewerkt worden tot een uitdrukking van de gedaante
d ln p * H verdamping

. Vermeld hierbij alle onderstellingen/eigenschappen waarop u steunt.
dT
R.T 2
- Uit deze vergelijking volgt een manier om de verdampingsenthalpie experimenteel te bepalen. Welke
manier? Werk hierbij indien nodig de vergelijking verder uit en behandel deze vraag met behulp van
een figuur waaruit
men de verdampingsenthalpie kan afleiden. Vermeld
hierbij
alle
onderstellingen/eigenschappen waarop u steunt.
16. Ja/nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Energie kan enkel onder de vorm van arbeid of warmte tussen een systeem en zijn
omgeving worden uitgewisseld.
In een ideale vloeistoffase geldt de wet van Raoult.
Wanneer in een systeem simultaan meerdere chemische reacties kunnen optreden, kan
er maar evenwicht zijn als alle chemische reacties in evenwicht zijn.
De oppervlaktespanning is de evenredigheidsconstante tussen de grootte van de
kracht, die probeert het oppervlak te verkleinen, en de lengte fasengrens waarop deze
kracht inwerkt.
Bij een Eley-Rideal-mechanisme reageren geadsorbeerde reagentia met geadsorbeerde
reagentia.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
2SCH
p.T.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Theorie
2. Chemische Thermodynamica
- Geef een mogelijke definitieformule voor de activiteit van een component in een reële vloeistoffase
(er zijn er meerdere - specificeer duidelijk welke u bedoelt).
- Een elektroliet wordt opgelost in water. Welke standaardtoestand wordt er gekozen voor enerzijds het
water en anderzijds de opgeloste ionen (met symbolen én woorden).
- Geef het verband tussen a) de activiteit van een zuur, een zuurrest en protonen.
b) de chemische potentialen van een zuur, een zuurrest en protonen.
c) de standaard-chemische potentialen van een zuur, een zuurrest en
protonen.
5. Fasenevenwichten
Figuur 5 is het damp-vloeistof-evenwichtsdiagram
T
van de componenten i en j. Het bevat een
ptot = cte
peritectoïde (x : molfractie, T : temperatuur).
-
Benoem de verschillende gebieden in de
figuur.
Te
Geef in de mate van het mogelijke aan welke fasen
T*i
veel i en welke fasen veel j bevatten.
-
Geef aan wat er gebeurt als men een gas met
samenstelling x0 steeds maar verder afkoelt (enkel
x0
1
xi
Figuur 5 : damp-vloeistof-evenwicht met
0
kwalitatief gedrag, geen berekeningen).
Benoem hierbij duidelijk de fysische en/of
chemische fenomenen
die optreden.
peritectoïde
- Bespreek het aantal vrijheidsgraden bij de temperatuur Te.
8. Chemisch evenwicht
- Formuleer de wet van Van't Hoff en Le Chatelier.
Beschouw een willekeurige reactie in een ideale gasfase die zich initieel in evenwicht bevindt.
- Leid het verband af tussen de evenwichtsconstanten Kp (uitgedrukt in partieeldrukken) en Kn
(uitgedrukt in aantallen mol). Vermeld hierbij alle onderstellingen/eigenschappen waarop u steunt.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
3CH
p.T.1
- Wat gebeurt er als men isotherm inert gas toevoegt waardoor de gasfase verdund wordt? Toon dit aan
met evenwichtsconstanten. Is dit in overeenstemming met de wet van Van't Hoff en Le Chatelier?
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
3CH
p.T.2
11. Fasengrensverschijnselen
- Geef de definitie van een heterogene nucleatie van een fasentransformatie.
- Beschouw de condensatie van een gas op een koude vlakke plaat. De gevormde vloeistofkiem heeft
de vorm van een bolsegment. Leid met een krachtenbalans het verband af tussen de oppervlaktespanningen en de hoek  tussen het vloeistof-gas-interfasenvlak en de vlakke plaat. Vermeld hierbij
alle onderstellingen/eigenschappen waarop u steunt.
13. Reactiekinetiek
De enzymatisch gekatalyseerde reactie S  P vertoont het volgende reactiemechanisme:
1
E + S  ES intrinsiek snel + evenwichts reactie 
1
2
ES  E + P intrinsiek traag + aflopend 
De volgende onderstellingen worden hierbij gebruikt:
- het enzym reageert eerst met het substraat S, met de eis dat cS >> cE
- er wordt een enzymsubstraatcomplex ES gevormd
- het complex valt uiteen in het vrije enzym E en het product P
- het complex ES verkeert in een pseudo-stationaire toestand
- Geef de definitie van het begrip globale reactiesnelheidsuitdrukking.
- Leid een uitdrukking af voor de globale reactiesnelheidsuitdrukking voor het bovenstaande
mechanisme. Vermeld hierbij alle onderstellingen/eigenschappen waarop u steunt.
17. Ja/nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van het theorie-examen
- per correct antwoord : + 0,4 punten ; - per fout antwoord : - 0,2 punten
- minimum score op deze vraag is nul
J/N
Stellingname
Arbeid is een toestandsvariabele.
Bij een oplossing waarin het gehalte aan opgeloste stof voldoende hoog is bestaat er
onder evenwichtsomstandigheden een lineair verband tussen de molfractie van de
opgeloste stof in de vloeistoffase en de partieeldruk van diezelfde component in de
gasfase.
Het feit dat bij de omzetting van ATP naar ADP energie vrijkomt is geen voldoende
voorwaarde opdat simultaan een antispontaan proces zou doorgaan.
Wanneer een opgeloste stof zich preferentieel in het middel van de vloeistoffase
bevindt spreekt men van positieve absorptie in een grenslaag.
Bij een algemeen homogeen gekatalyseerde reactie in een vloeistoffase is de katalyse
het gevolg van de aanwezigheid van protonen.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
3CH
p.T.3
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Theorie
3. Chemische Thermodynamica
- Geef de definitieformule van de activiteit voor een component in een reële vaste stoffase. Vermeld
hierbij duidelijk welke standaardtoestand er gebruikt wordt.
- Definieer de chemische en de biochemische standaardtoestand voor protonen in oplossing.
- Leid het verband af tussen de activiteit van CaCl2 in oplossing en de activiteiten van Ca2+ en Cl-ionen in oplossing. Vermeld hierbij alle gemaakte onderstellingen en eigenschappen waarop u steunt.
6. Fasenevenwichten
- Geef de definitie van een vluchtige component (in woorden én met behulp van fysicochemische
grootheden)
- Toon aan dat voor een vluchtige component i in een binair systeem geldt dat
x vl,i
pi
 1
met x : molfractie ; p : partieeldruk.
- Toon aan dat voor een vluchtige component i in een binair systeem geldt dat x vl,i < xg,i (en dit
onafhankelijk van de waarde van xvl,i). De subscripts vl en g wijzen resp. op een vloeistof- en een
gasfase.
9. Chemisch evenwicht
Beschouw een willekeurige reactie in een ideale gasfase.
G 
- Leid, vertrekkend van de vergelijking K p  e R.T , de Van't Hoff-vergelijking af. Hierbij is Kp de
-
evenwichtsconstante uitgedrukt in partieeldrukken, G : vrije enthalpie ; R : universele gasconstante ;
T : absolute temperatuur. Vermeld hierbij alle gemaakte onderstellingen en eigenschappen waarop u
steunt.
- Bespreek met behulp van deze vergelijking wat er gebeurt met de evenwichtsligging wanneer de
temperatuur stijgt en de reactie exotherm is.
- Wat is voor een dergelijke reactie het verband tussen H en H°?
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen
p.T.1
12. Fasengrensverschijnselen
- Geef de definitie van capillaire werking.
- Stel een vergelijking voor de verandering in vrije enthalpie wanneer het vloeistofniveau in een
capillair over een afstand dh verandert. Specifieer hierbij duidelijk de betekenis en de opbouw van de
verschillende termen. Het verder uitwerken van deze vergelijking wordt niet gevraagd.
- Maak een tekening die het verband aangeeft tussen de vloeistofhoogte en de curvatuur van het
vloeistofoppervlak in een capillair (twee mogelijke gevallen).
15. Reactiekinetiek
- Geef de definities van de begrippen snelheidsbepalende stap en intrinsieke reactiesnelheid.
Het mechanisme van de reactie 3 NO2 + H2O  2 HNO3 + NO luidt als volgt:
2x
2 NO2  N2O4
2x
N2O4 + H2O  HNO3 + HNO2
(k2)
1x
2 HNO2  H2O + NO + NO2
(k3)
(k1, k-1)
- Stel de differentiaalvergelijkingen op die na integratie het verloop van de concentraties in de tijd van
de componenten NO2, HNO2 en HNO3 (er zijn in principe zes differentiaalvergelijkingen, maar enkel
deze drie worden dus gevraagd). Deze differentiaalvergelijkingen bevatten enkel afgeleiden van
concentraties naar de tijd, concentraties en reactiesnelheidsconstanten.
- Welke vereenvoudiging kan doorgevoerd worden indien bijkomend mag ondersteld worden dat
HNO2 een reactief intermediair is? Voer deze vereenvoudiging expliciet uit.
18. Ja/nee-vragen
Kwoteringssysteem :
- totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correcte vraag : + 0,4 punten.
- per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
De verandering van een toestandsvariabele ten gevolge van een proces hangt niet
enkel af van de begin- en de eindtoestand van het systeem.
In een unair evenwichtsdiagram komen de kook-, de smelt- en de sublimatielijn samen
in het tripelpunt.
Bij gekoppelde evenwichten is de globale evenwichtsconstante de som van de
evenwichtsconstanten van de verschillende deelreacties.
Een adsorptieproces is steeds endotherm.
De reactiesnelheid van een elementaire reactie is niet altijd positief.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen
p.T.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Oefeningen
Thermodynamische grootheden mogen enkel uit Appendix A en de opgaven gehaald worden!
2. Chemische Thermodynamica
Men wenst Sn te produceren, vertrekkende van het cassiteriet-erts SnO2. Men kan dit doen via
T
- de ontbinding van SnO2 door verhitting bij 1 atm: SnO 2 (v) 
 Sn(v)  O 2 (g)
- de reactie met waterstofgas bij 1 atm: SnO 2 (v)  2.H 2 (g)  Sn(v)  2.H 2 O(g)
Men wenst de produktie op een zo laag mogelijke temperatuur uit te voeren.
- Bereken welke productiemethode vanuit thermodynamisch standpunt moet verkozen worden.
Op een bepaald moment wordt te weinig waterstofgas gevoed om alle zuurstof, aanwezig in het SnO 2,
om te zetten in water. De volgende reactie gaat dus door:
2.SnO 2 ( v)  x.H 2 (g)  2.Sn v  
4-x
.O 2 (g)  x.H 2 O(g)
2
Er blijkt dat de H-waarde van deze reactie 220 kJ/mol is.
- Bereken de waarde van x.
Bijkomende gegevens (bij 25 °C en 1 atm):
M
s°298
µstandaard
cp
U°f
H°f
g/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
kJ/mol
Sn(v)
118,7
0
51,55
0
26,99
SnO2(v)
150,7
-580,7
52,3
519,6
52,59
cp-, H- en S-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld. Gasfases zijn ideaal
Stof
10. Reactiekinetiek
Bij een bepaalde temperatuur bevinden zich in een vat van 3 liter initieel 0,60 mol NO(g) en 0,30 mol
O2(g). De volgende elementaire reactie grijpt plaats:
2 NO(g) + O2(g)  2 NO2(g)
De reactiesnelheidsconstante bedraagt 0,50 2/(mol2.s).
- Wat is de verdwijningssnelheid van zuurstofgas en de vormingssnelheid van NO2 bij het begin van de
reactie?
- Op een bepaald moment is de reactiesnelheid teruggevallen op de helft. Wat is de conversie van NO
op dat moment?
- Hoelang duurt het vooraleer de concentratie aan NO gehalveerd is?
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
2SCH
p.O.1
7. Chemisch evenwicht
Beschouw de volgende isobare reactie op 1 atm: 2 SO3(g)  2 SO2(g) + O2(g)
1 mol SO3 wordt in een reactor gebracht. Bij evenwicht is er 0,6 mol SO2 aanwezig.
- Bereken de evenwichtsconstante Kp.
- Op welke temperatuur bevindt de reactor zich?
- Bereken via de evenwichtsconstante Kc het volume ingenomen onder evenwichtsomstandigheden.
- De druk in het reactorvat wordt isotherm veranderd totdat er onder evenwichtsomstandigheden 0,5
mol SO2 aanwezig is. Wat is de einddruk in het vat?
Bijkomende gegevens (bij 25 °C en 1 atm):
M
s°298
µstandaard
cp
U°f
H°f
g/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
kJ/mol
SO3(g)
80
-395,72
256,76
-371,06
50,67
H- en S-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld. Gasfasen zijn ideaal.
Stof
6. Fasenevenwicht
Figuur 6 geeft het kookpuntsdiagram van azijnzuur-water.
- Wat is de vloeistofsamenstelling als de damp 28 mol% azijnzuur bevat?
- Wat is de gemiddelde samenstelling in het systeem als er bij 110 °C 50 mol% damp en 50 mol%
vloeistof aanwezig is?
- Men vertrekt van 100 mol vloeistof met 50 mol% azijnzuur en 50 mol% water. Hoeveel mol is er in
totaal verdampt op het moment dat de resterende vloeistoffase 57 mol% azijnzuur bevat? Wat is de
temperatuur op dat moment?
- Schat de dampspanning boven zuiver azijnzuur bij 104 °C. Werkwijze:
- bepaal de vloeistofsamenstelling die kookt bij deze temperatuur.
- onderstel dat de wet van Raoult opgaat.
- bereken de dampspanning van water bij deze temperatuur.
- bereken de dampspanning van azijnzuur bij deze temperatuur.
Bijkomend is gegeven dat de verdampingsenthalpie van water constant is en 40,7 kJ/mol bedraagt.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
2SCH
p.O.2
120
kooktemperatuur (°C)
118
ptot = 1 atm
116
114
112
110
108
106
104
102
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
80
90
100
mol% azijnzuur
Figuur 6 : kookdiagram van azijnzuur-water bij 1 atm
120
kooktemperatuur (°C)
118
ptot = 1 atm
116
114
112
110
108
106
104
102
100
0
10
20
30
40
50
60
70
mol% azijnzuur
Figuur 6 : kookdiagram van azijnzuur-water bij 1 atm
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
2SCH
p.O.3
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Oefeningen
Thermodynamische grootheden mogen enkel uit Appendix A en de opgaven gehaald worden!
1. Chemische Thermodynamica
Bij 25 °C heeft een ballon een volume van 200 liter. Initieel bevat de ballon equimolaire hoeveelheden
CO(g) en NO2(g). De omgevingsdruk is constant en bedraagt 1 atm. Het systeem en zijn omgeving
bevinden zich onder drukevenwicht. De volgende aflopende reactie gaat door:
CO(g) + NO2(g)  CO2(g) + NO(g)
Na reactie bedraagt het volume van de ballon 220 liter.
- Wat is de temperatuur na reactie in de ballon?
- Bereken H en Q (voor het volledige systeem).
- Bereken A en U van dit proces (voor het volledige systeem).
cp-waarden worden hierbij onafhankelijk van de temperatuur ondersteld. De gasfase wordt ideaal
ondersteld.
4. Fasenevenwichten
De wateroplosbare vorm van heroïne heeft een moleculair gewicht van 423 g/mol. 0,1 g heroïne wordt
gemengd met een hoeveelheid suiker (moleculair gewicht 342 g/mol) en toegevoegd aan 1 g water. De
bekomen oplossing heeft een vriespunt van -0,5 °C. Bereken:
- de molfractie aan water in de bekomen oplossing.
- de massafractie aan heroïne in de oplossing.
- de samenstelling (in mol%) van het mengsel heroïne-suiker dat opgelost werd.
- het kookpunt van de oplossing (zowel heroïne als suiker zijn niet-vluchtig).
- de osmotische druk van de oplossing bij 25 °C.
Bijkomend zijn gegeven:
Hsmelten,water = 6,01 kJ/mol
Hverdampen,water = 40 kJ/mol
oplossing = 1000 kg/m3 (en dit onafhankelijk van de samenstelling van de oplossing)
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
3CH
p.O.1
8. Chemisch evenwicht
- Bereken de oplosbaarheid van AgBr(v) bij 25 °C en 1 atm in een 1,4.10-3 molaire NaBr-oplossing.
- Bereken de oplosbaarheid van AgBr(v) bij 100 °C en 1 atm in water. c p-waarden worden hierbij
constant ondersteld.
Opmerking : de bekomen antwoorden zijn concentraties aan AgBr (in mol/).
Maak hierbij enkel gebruik van de volgende gegevens (bij 25 °C en 1 atm):
Stof
AgBr(v)
Ag+(opl)
Br-(opl)
M
g/mol
188
108
80
U°f
kJ/mol
H°f
kJ/mol
-100,37
105,58
-121,55
s°298
J/(mol.K)
107,1
72,68
82,4
µstandaard
kJ/mol
-96,90
77,11
-103,96
cp
J/(mol.K)
52,38
21,8
-141,8
13. Fasengrensverschijnselen
De adsorptie van CO op aktieve kool werd bij 273 K bestudeerd. De volgende gegevens werden
bekomen:
pCO (mm Hg)
100
200
300
400
500
600
700
3
Vads (Ncm )
10,2
18,6
25,5
31,5
36,9
41,6
46,1
Vads is het volume CO (uitgedrukt onder normomstandigheden) dat op een bepaald oppervlak
geadsorbeerd is. Dit betekent dat de bedekkingsgraad  gegeven wordt door Vads/Vads,monolaag, waarbij
Vads,monolaag het volume aan geadsorbeerd CO is wanneer het volledige oppervlak bedekt is met CO.
- Toon aan dat deze gegevens overeenstemmen met een Langmuir-isotherme en bereken de waarde
van de evenwichtsconstante en Vads,monolaag. Werkwijze:
- lineariseer de Langmuir-isotherme door van beide leden de inverse te nemen.
- voer een lineaire regressie uit.
- Wat is de bedekkingsgraad onder evenwichtsomstandigheden als de partieeldruk aan CO 760 mm Hg
bedraagt?
- Bij een partieeldruk aan CO van 100 mm Hg daalt de geadsorbeerde hoeveelheid CO van 10,2 naar
7,6 Ncm3 wanneer er 50 ppm(volumetrisch) NO aanwezig is. Bereken de adsorptieconstante voor NO
in de onderstelling dat NO en CO op hetzelfde type oppervlakteplaats adsorberen en een Langmuirisotherme vooropgesteld wordt.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
3CH
p.O.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Oefeningen
Voor numerieke waarden van thermodynamische grootheden mogen enkel Appendix A en de
gegevens in de opgave gebruikt worden!
3. Chemische Thermodynamica
In het Solvay-proces voor de productie van soda (Na2CO3) wordt eerst NaHCO3 geproduceerd. Door
deze laatste te verhitten treedt de volgende reactie op:
T
2NaHCO 3 (v) 
 Na 2 CO 3 ( v)  H 2 O(g)  CO 2 (g)
De gasfase gedraagt zich ideaal.
- Schat de temperatuur waarbij deze reactie in evenwicht verkeert op het moment dat zowel de
partieeldruk aan water als aan koolstofdioxide 0,5 atm zijn.
- Bereken A, Q en H van dit proces bij 120 °C en 1 atm.
Bijkomende gegevens (bij 25 °C en 1 atm):
M
s°298
U°f
H°f
g/mol
J/(mol.K)
kJ/mol
kJ/mol
NaHCO3(v)
84
-947,7
102,1
Na2CO3(v)
106
-1130,9
136
H- en S-waarden worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Stof
µstandaard
kJ/mol
-851,9
-1047,7
cp
J/(mol.K)
87,6
110,5
9. Chemisch evenwicht
Wanneer chloorgas wordt opgewarmd kan het ontbinden volgens de reactie Cl 2 (g)  2.Cl(g)
Bij 1000 en 2000 °C is de Kc-waarde van deze reactie resp. 1,2.10-6 en 3,6.10-2. Initieel bevindt er zich
in een vat met constant volume een concentratie aan Cl2 van 0,1 mol/dm3.
- Wat is de concentratie aan Cl2 en Cl onder evenwichtsomstandigheden en bij 2000 °C (in mol/)?
- Wat is Kc-waarde bij 1500 °C?
De H°-waarde van deze reactie wordt onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen
p.O.1
5. Fasenevenwichten
Bij 1 atm en 25 °C vertonen mengsels van methylcyclohexaan - aniline - n-heptaan een
ontmengingsgebied waarbij een koolwaterstoffase en een anilinefase in evenwicht met elkaar
voorkomen. Enkele experimentele resultaten hieromtrent worden vermeld in onderstaande tabel.
Koolwaterstoffase
Anilinefase
methylcyclohexaan
n-heptaan
methylcyclohexaan
n-heptaan
(gew%)
(gew%)
(gew%)
(gew%)
0
92
0
6,2
34
58
5
5
88
0
17
0
Elke rij van deze tabel stelt twee fasen voor die met elkaar in evenwicht verkeren.
- Zet deze noden uit in Figuur 5 (in gew%) en teken met behulp van rechte lijnstukken de randen van
het ontmengingsgebied.
Men vertrekt van 1 kg van een 37 gew%-oplossing van methylcyclohexaan in n-heptaan. Men voegt
gradueel zuivere aniline toe.
- Wat is de samenstelling van de twee fasen op het moment dat er ontmenging begint op te treden?
- Hoeveel aniline heeft men op dat moment moeten toevoegen aan het mengsel?
n-heptaan
aniline
methylcyclohexaan
Figuur 5 : ternair diagram
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen
p.O.2
11. Reactiekinetiek
Het enzym urease katalyseert de reactie waarbij ureum wordt gehydrolyseerd met vorming van
ammoniak en koolstofdioxide. Onder omstandigheden waarbij de reactie zich gedraagt als een pseudoeerste-orde-reactie verdubbelt de halfwaardetijd wanneer de temperatuur van 20 naar 10 °C daalt. De
concentratie aan urease blijft hierbij constant. Ook de Michaelis-Menten-constante wordt
onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
- Wat is de (schijnbare) activeringsenergie van deze reactie?
Examen Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen
p.O.3
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Theorie
3. Chemisch evenwicht
We beschouwen in een ideale gasfase de twee volgende deelreacties, alsook hun globale reactie:
(2x)
2 NH3(g)  N2(g) + 3 H2(g)
(3x)
2 H2(g) + O2(g)  2 H2O(g)
+ --------------------------
(1x)
4 NH3(g) + 3 O2(g)  2 N2(g) + 6 H2O(g)
- Geef het verband tussen de evenwichtsconstanten van deze drie reacties en de chemische potentialen
van de verschillende componenten in hun standaardtoestand. Geef duidelijk aan met welke
standaardtoestand u werkt. De evenwichtsconstanten moeten uitgeschreven zijn (in functie van
partieeldrukken, concentraties, molfracties, fugaciteiten of activiteiten).
- Leid het verband af tussen de evenwichtsconstante van de globale reactie en de evenwichtsconstanten
van de twee deelreacties.
- Bespreek de invloed van de druk op de evenwichtsconstante Kp voor een reactie in een ideale
gasfase.
- Herhaal de eerste vraag voor de eerste reactie wanneer deze reactie doorgaat in een reële gasfase.
4. Fasengrensverschijnselen
- Geef twee definitieformules van het begrip oppervlaktespanning. Geef de betekenis van de door u
gebruikte grootheden alsook hun dimensie.
- Leg uit hoe het komt dat een vloeistofdeeltje in een gasfase onder evenwichtsomstandigheden en in
afwezigheid van externe krachten (zoals de zwaartekracht) sferisch is.
- Geef twee (andere) voorbeelden van fysische fenomenen waarbij de oppervlaktespanning een
belangrijke rol speelt.
5. Reactiekinetiek
Beschouw een elementaire aflopende reactie van de gedaante i  j onder isotherme omstandigheden.
- Leid het concentratieverloop in functie van de tijd af van de componenten i en j.
- Definieer het begrip halveringstijd. Waaraan is de halveringstijd gelijk in het geval van bovenstaande
reactie?
- Voor welk(e) reactie-type(n) is de moleculariteit van de reactie gelijk aan de reactie-orde?
Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen 23 juni 2001
p.Th.1
2. Fasenevenwichten
- Definieer de begrippen enantiotropie en monotropie.
- Teken een p,T-diagram voor een unaire stof onder evenwichtsomstandigheden. Duid aan: naam van
de krommen, naam van abscis en ordinaat, betekenis van de verschillende gebieden, tripelpunt en
kritisch punt.
- Toon aan met behulp van de fasenregel van Gibbs dat het tripelpunt een invariant punt is.
- Wat zijn gereduceerde variabelen? Wanneer worden die soms gebruikt?
1. Chemische Thermodynamica
- Definieer de begrippen standaard-reactie-enthalpie en standaard-vormingsenthalpie.
- Hoe komt het dat adiabate systemen relatief veel voorkomen in de praktijk?
- Beschouw een isotherme drukverandering van een ideaal gas. Toon met behulp van de eerste
hoofdwet van de thermodynamica aan dat de warmte, uitgewisseld met de omgeving, gegeven wordt
door:
 p begin 


p
 einde 
Q rev T  n.R.T.ln 
Vermeld alle gemaakte onderstellingen.
- Wanneer geldt er additiviteit voor de enthalpie?
6. Ja/nee-vragen
Kwoteringssysteem :
- totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correcte vraag : + 0,4 punten.
- per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Een toestandsvariabele wordt steeds uitgedrukt per mol stof.
Bij een azeotropische samenstelling zijn onder evenwichtsomstandigheden de twee
componenten van een binair vloeistofmengsel even vluchtig.
Kf (voor een reactie in een reële gasfase) en Kp (voor een reactie in een ideale
gasfase) vertonen dezelfde druk- en temperatuursafhankelijkheid.
Bij associatiecolloïden groeperen kleinere moleculen in het dispersiemiddel zich tot
grotere eenheden.
Bij twee aflopende consecutieve reacties van de gedaante i  j  k waarbij er
initieel enkel i aanwezig is in het systeem, treedt er een inductieperiode op voor de
vorming van het intermediair j.
Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen 23 juni 2001
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Eerste zit
Oefeningen
Voor numerieke waarden van thermodynamische grootheden mogen tenzij anders vermeld enkel
Appendix A en de gegevens in de opgave gebruikt worden!
cp-waarden uit Appendix A worden onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
4. Reactiekinetiek
De thermische ontbinding van een koolwaterstof R2 vertoont een orde 1,5 in R2. Er worden twee
verschillende mechanismen voorgesteld:
Mechanisme 1
Mechanisme 2
R2  R + R
R2  R + R
Reactie 2 :
R + R2  PB + R’
R + R2  PB + R’
Reactie 3 :
R’  PA + R
R’  PA + R
Reactie 4 :
R + R  PA + PB
Reactie 1, -1:
Alle reacties zijn elementair. Het symbool  staat voor een aflopende reactie, het symbool  voor
een evenwichtsreactie. R2, PA en PB zijn moleculen terwijl R en R’ (reactieve) radicalen zijn.
- Toon aan dat beide mechanismen dezelfde globale reactie opleveren. Wat is deze globale reactie?
- Welke van de twee mechanismen stemt overeen met de werkelijkheid? Bepaal hiervoor de globale
reactiesnelheid horende bij de twee mechanismen.
3. Chemisch evenwicht
Voor de reactie H2(g) + I2(g)  2 HI(g) in een ideale gasfase geldt bij 425 °C dat Kc = 54,8. Bij een
tweede experiment wordt gevonden dat bij 416 °C onder evenwichtsomstandigheden de volgende
concentraties aanwezig zijn: cH2 = 4,56.10-3 mol/ ; cI2 = 0,74.10-3 mol/ ; cHI = 13,54.10-3 mol/.
- Bereken enkel m.b.v. de experimentele gegevens de G°-waarde van deze reactie bij 425 °C.
- Bereken enkel met behulp van de experimentele gegevens de H°-waarde van deze reactie indien
ondersteld mag worden dat deze waarde in het temperatuursinterval 415 - 425 °C onafhankelijk is
van de temperatuur.
- Na instelling van het hogervermelde evenwicht bij 416 °C (het tweede experiment) varieert men in
het systeem de temperatuur totdat cHI = 13,46.10-3 mol/. Wat is deze temperatuur? Onderstel hierbij
dat de H°-waarde, gevonden bij het tweede deel van de opgave, een constante is.
Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen 23 juni 2001
p.Oef.1
2. Fasenevenwichten
Temperatuur (°C)
Temperatuur (°C)
1080
smelt
960
a
b


780
c
Ag
200
molfractie Cu
Cu
Figuur 2 geeft het binair evenwichtsdiagram van Ag-Cu.
- Een vloeibare smelt van 950 °C, bestaande uit 1 mol koper en 4 mol zilver, wordt afgekoeld (zie
figuur). Bepaal voor de punten a en b: verandering van gedrag bij het passeren van dit punt,
samenstelling van de voorkomende fasen net voor en net na dit punt, relatief voorkomen van de fasen
net voor en net na dit punt. Bepaal voor punt c : samenstelling van de voorkomende fasen, relatief
voorkomen van deze fasen.
- Wat is de samenstelling van de smelt waarvan de eerstgevormde kristallen tijdens het stollen 98
mol% Cu bevatten?
1. Chemische thermodynamica
Een autoband is gevuld met lucht en heeft een volume van 0,016 m3 bij een druk van 2,66 atm en een
temperatuur van 0 °C. Tengevolge van het rijden warmt de lucht tot 27 °C op. Het volume in de band
loopt daarbij op tot 0,0166 m3. Lucht is een ideaal gas, bevattende 21 vol% O2 en 79 vol% N2.
- Hoeveel mol gas zit er in de band?
- Wat is de druk na opwarming in de band?
- Bereken U, H en S voor het proces ‘opwarming van de band door rijden’.
- Hoeveel volumeveranderingsarbeid wordt er geleverd als de band na opwarmen springt bij een
omgevingstemperatuur van 10 °C?
Fysicochemie eerste zit 2000-2001
Inhaalexamen 23 juni 2001
p.Oef.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Tweede zit
Theorie
1. Chemische Thermodynamica
- Geef de definitieformule van de toestandsvariabele enthalpie. Geef van alle symbolen de betekenis
en de dimensie.
- Wanneer is er additiviteit met betrekking tot de enthalpie?
- Waarom moet er voor de enthalpie per conventie een absoluut niveau ingevoerd worden? Wat is deze
conventie?
- Toon aan dat onder bepaalde omstandigheden dH = Q. Geef hierbij alle onderstellingen die u maakt
en de omstandigheden waarvoor deze vergelijking opgaat.
3. Fasenevenwicht
- Geef, met een korte beschrijving, drie toepassingen van damp-vloeistof-evenwichten.
- Aan de ene zijde van een semipermeabel membraan komt een zuiver vloeibaar oplosmiddel j voor.
Aan de andere kant van het membraan bevindt zich een oplossing van een stof i in j. Het membraan
laat enkel j-moleculen door. Toon aan dat het proces jzuiver j  joplossing van i in j een spontaan proces is.
Hoe noemt men dit fysisch fenomeen? Geef alle onderstellingen en de betekenis van de gebruikte
standaardtoestanden aan.
- Definieer het begrip dynamisch evenwicht.
5. Chemisch evenwicht
- Zet de evenwichtsconstante Kp uit in functie van de temperatuur in het geval van een endotherme
reactie in een ideale gasfase. Duid aan: betekenis abscis, ordinaat.
- Formuleer de wet van Van't Hoff en Le Chatelier.
- Bespreek de invloed van een isotherme verdunning met een inert gas op het evenwicht van een
reactie in een ideale gasfase. Maak hierbij een onderscheid tussen twee gevallen.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
3CH
p.Th.1
7. Fasengrensverschijnselen
Beschouw een adsorptie van de gedaante i(g) +   i. Hierbij is i een gasmolecule,  een vrije
adsorptieplaats en i een geadsorbeerde i-molecule.
- Definieer de begrippen adsorptie-isotherme en bedekkingsgraad van het oppervlak.
- Geef een uitdrukking voor de evenwichtsconstante van deze adsorptie, in functie van grootheden die
betrekking hebben op de samenstelling van de fasen én in functie van chemische potentialen in de
standaardtoestand. Specificeer de gebruikte standaardtoestanden. Vemeld hierbij alle gemaakte
onderstellingen.
- Leid de Langmuir-isotherme voor deze adsorptie af. Vemeld hierbij alle gemaakte onderstellingen.
9. Reactiekinetiek
1
2
Beschouw het reactieschema i  j  k , bevattende enkel elementaire reacties. De beginconcentratie
van j en k is nul. De reactie verloopt isotherm.
- Leid het concentratieverloop van i in functie van de tijd af.
- Bespreek de stellingname: de concentratie aan j gaat door een maximum. Geef een voorbeeld van een
industrieel proces waarbij dit zijn belang heeft.
- Wat is een inductieperiode?
- Welke van de drie componenten i, j en k vertoont dit en waarom?
11. Ja/Nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Volumeveranderingsarbeid is een vorm van nuttige arbeid.
De verdampingsenthalpie is voor alle stoffen steeds positief.
Bij een reactie waarbij alle componenten voorkomen als een zuivere vaste fase of een
zuivere vloeistoffase is de waarde van de evenwichtsconstante Ka 1.
Bij een homogene nucleatie wordt de kiemvorming bevorderd door de aanwezigheid
van vreemde oppervlaktes.
Bij lage substraatconcentraties gedraagt een enzymatische reactie die de MichaelisMenten-kinetiek volgt, zich als een eerste-orde-reactie in het substraat.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
3CH
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Tweede zit
Theorie
2. Chemische thermodynamica
- Definieer de begrippen ideale vloeistof en ideale vaste stof.
- Toon aan dat  *( x),i  µi  R.T.ln p *i . Hierbij is:
µ*(x),i : standaardtoestand zuivere vloeistof
µ°i : standaardtoestand ideaal gas bij 1 atm
p*i : dampspanning van i bij de gegeven temperatuur.
- Geef drie andere standaardtoestanden die kunnen gebruikt worden voor een niet-ionaire component
van een vloeistoffase. De vloeistoffase hoeft hierbij niet ideaal te zijn. (symboliek alleen volstaat
niet; geef ook met woorden aan wat de standaardtoestand is)
- Geef een standaardtoestand voor een component in een ideale vaste stof. Idem voor een reële vaste
stof.
4. Fasenevenwicht
- Teken een p,T-evenwichtsdiagram van een unair systeem. Duid aan: betekenis abscis, ordinaat,
smeltlijn, kooklijn, sublimatielijn, tripelpunt, kritisch punt, vaste fase, vloeistof, gas, fluïde fase.
- Definieer de begrippen enantiotropie en monotropie.
- Toon aan dat het tripelpunt een invariant punt is.
6. Chemisch evenwicht
Beschouw een reactie in een ideale gasfase.
- Geef de definitieformule van de evenwichtsconstanten Kn en Kp. De definitieformule bevat
grootheden die gerelateerd zijn met de samenstelling onder evenwichtsomstandigheden en indien
mogelijk een verband met een fysicochemische toestandsvariabele uit het rijtje inwendige energie,
enthalpie, entropie, vrije enthalpie, chemische potentialen. Geef van alle gebruikte grootheden de
betekenis en de eenheid.
- Leid het verband af tussen deze twee evenwichtsconstanten. Specificeer de gebruikte
eigenschappen/onderstellingen.
- Bespreek de invloed van de druk op de waarde van deze twee evenwichtsconstanten.
- Geef aan in hoeverre de evenwichtssamenstelling van de gasfase verandert als de druk toeneemt.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
2SCHC
p.Th.1
8. Fasengrensverschijnselen
Beschouw de vorming van een heterogene kiem tijdens de condensatie van een gas op een koude
vlakke plaat. De kiem heeft de vorm van een bolsegment.
- Leid een verband af tussen de hoek, gevormd door de vlakke plaat en het vloeistof-gasinterfasenvlak, en de optredende oppervlaktespanningen.
- Bespreek wat er gebeurt als de hoek kleiner, resp. groter is dan de waarde, gevonden in de vorige
vraag.
- Bespreek nucleatie in het geval dat er onregelmatigheden in het vreemde oppervlak optreden (kort).
Geef een voorbeeld.
10. Reactiekinetiek
- Geef een voorbeeld van een type reactie waarbij fractionele reactie-ordes mogelijk zijn.
- Wat is een katalysator?
- Bespreek de invloed van een katalysator op de evenwichtsligging.
- Welke verschillende soorten katalyse onderscheidt men (met een korte uitleg)?
11. Ja/Nee-vragen
Kwoteringssysteem : - totaal van de vraag : 2 van de 20 punten van theorie-examen.
- per correct antwoord : + 0,4 punten. ; per fout antwoord : - 0,2 punten.
- minimum score op deze vraag is nul.
J/N
Stellingname
Bij een gesloten systeem kunnen er enkel warmte en arbeid uitgewisseld worden
tussen het systeem en zijn omgeving.
Gassen zijn steeds onvolledig mengbaar
Per chemische reactie die optreedt in het systeem komt er één vrijheidsgraad van het
systeem bij.
Wanneer een vloeistof de wanden van een capillair gemakkelijk bevochtigt, is het
vloeistofoppervlak in het capillair bol.
De halveringstijd bij een elementaire eerste-orde-reactie is afhankelijk van de
beginconcentratie van het reagens.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
2SCHC
p.Th.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Tweede zit
Oefeningen
Voor numerieke waarden van thermodynamische grootheden mogen tenzij anders vermeld enkel
Appendix A en de gegevens in de opgave gebruikt worden! cp-waarden uit Appendix A worden
onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
1. Chemische Thermodynamica
3 mol N2 bevindt zich bij 27 °C in een vat van 1 liter.
- Wat is de druk indien deze gasfase ideaal mag ondersteld worden?
- Bereken in de onderstelling van een ideale gasfase de enthalpie-inhoud, de entropie-inhoud en de
vrije-enthalpie-inhoud van het systeem.
- De werkelijke druk in het vat blijkt 74 atm te zijn. Bereken de compressibiliteitsfactor.
3. Fasenevenwicht
Een ideaal vloeistofmengsel van 2 mol ethyljodide en 1 mol ethylbromide bevindt zich bij 40 °C in een
cilinder onder een zuiger. Er is aanvankelijk geen damp aanwezig. De dampspanning bij 40 °C van
zuiver ethyljodide is 252 mm Hg en van zuiver ethylbromide 804 mm Hg.
- Teken het dampdrukdiagram met vloeistof- en damplijnen. Zowel de totaaldruk als de
partieeldrukken van de twee componenten moeten getekend worden. (Opm: zet enkel de punten van
de damp- en de vloeistoflijnen uit voor vier verschillende samenstellingen, nl. zuiver ethyljodide,
zuiver ethylbromide en twee mengsels. Verbind de bekomen punten met rechte lijnstukken of een
vloeiende kromme naargelang de lijn die u tekent)
- Men brengt nu de zuiger reversibel en isotherm omhoog totdat de vloeistof begint te koken. Bereken
de druk en de samenstelling van de eerstgevormde damp.
- Wat is op dat moment de druk in de vloeistoffase?
- Wat is de druk op het moment dat de laatste hoeveelheid vloeistof verdampt en wat is de
samenstelling van deze vloeistof?
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
3CHC
p.Oef.1
6. Chemisch evenwicht
Veronal, HC8H11N2O3, is een eenwaardig zuur. Het is een barbituraat-geneesmiddel dat meestal wordt
voorgeschreven in de Na-vorm NaC8H11N2O3. De zuurconstante bedraagt bij 25 °C 3,7.10-8
(chemische standaardtoestand voor protonen). Het moleculair gewicht van veronal en de Na-vorm van
veronal bedraagt resp. 184 en 206 g/mol.
- Wat is de fractie niet-gedissocieerd veronal wanneer de pH van een waterige oplossing van deze stof
7 is?
- Bereken de G- en de G'-waarde van deze reactie.
- Bereken de waarde van  
C8H11N 2O3
-  *c ,HC8H11N 2O3 .
7. Reactiekinetiek
Het mechanisme van de reactie CH3OH + H+ + Br-  CH3Br + H2O is als volgt:
1
CH 3 OH  H   CH 3 OH 2
-1
2
CH 3 OH 2  Br -  CH 3 Br  H 2 O
- Leid de globale reactiesnelheidsuitdrukking af indien reactie 2 de snelheidsbepalende stap is.
- Leid de globale reactiesnelheidsuitdrukking af wanneer men in plaats van te onderstellen dat reactie 2
snelheidsbepalend is men onderstelt dat CH3OH2+ een reactief intermediair is.
In feite schrijft men meestal de reactie als volgt: CH3OH + HBr  CH3Br + H2O met als mechanisme
1
HBr  H   Br 2
CH 3 OH  H   CH 3 OH 2
-2
3
CH 3 OH 2  Br -  CH 3 Br  H 2 O
waarbij de eerste reactie ogenblikkelijk en aflopend is.
- Leid terug de globale reactiesnelheidsuitdrukking af indien reactie 3 de snelheidsbepalende stap is.
Deze uitdrukking bevat, naast reactiesnelheids- en evenwichtsconstanten, enkel de fictieve
concentratie aan HBr (alsof HBr niet gedissocieerd is) en de concentratie aan methanol.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
3CHC
p.Oef.2
Examen Fysicochemie - Academiejaar 2000-2001 - Tweede zit
Oefeningen
Voor numerieke waarden van thermodynamische grootheden mogen tenzij anders vermeld enkel
Appendix A en de gegevens in de opgave gebruikt worden! cp-waarden uit Appendix A worden
onafhankelijk van de temperatuur ondersteld.
2. Chemische Thermodynamica
Opdat een luchtballon zou kunnen stijgen moet het gewicht van de verplaatste lucht minimaal gelijk
zijn aan de som van de gewichten van de ballon, de ballonvaarder en de gasinhoud van de ballon. Het
gewicht van een ballon en zijn ballonvaarder is 170 kg. De druk en de temperatuur van de
omgevingslucht is 25 °C en 1 atm. Het gemiddeld moleculair gewicht van lucht is 29 g/mol.
- Toon aan dat het minimale volume van de gasfase in deze ballon 166,3 m3 is indien de ballon gevuld
wordt met helium op 1 atm en 25 °C.
Op een bepaald moment tijdens de vlucht bedraagt de temperatuur van de gasfase in de ballon 20 °C.
De omgevingsdruk én de druk in de ballon zijn steeds 1 atm. De ballon vormt een gesloten systeem.
- Bereken de volumeveranderingsarbeid, Q, U en H die het systeem 'gasfase in de ballon' ondergaat
tengevolge van het afkoelen van 25 naar 20 °C.
4. Fasenevenwicht
De volgende oplossingen zijn bij 25 °C met elkaar in evenwicht:
- fenol opgelost in pentanol met een molfractie aan pentanol = 0,0112
- fenol opgelost in water met een molfractie aan pentanol = 1,245.10-4
De verdelingscoëfficiënt wordt constant verondersteld. De moleculaire gewichten van fenol en
pentanol zijn resp. 94 g/mol en 86 g/mol. De dichtheid van de waterige en de pentanol-fase zijn
onafhankelijk van het gehalte aan fenol en bedragen resp. 1000 en 814 kg/m3.
- Bereken de verdelingscoëfficiënt Kx,fenol, uitgedrukt in molaire eenheden.
- Bereken het verschil µ*(H),fenol in pentanol - µ*(H),fenol in water.
- Bereken uit het vorige antwoord de verhouding van de constanten van Henry voor fenol in pentanol
en fenol in water Hin pentanol/Hin water.
- Men schudt 500 ml van een waterige oplossing van 0,5 mol fenol per liter met 100 ml pentanol.
Bereken het aantal gram dat wordt geëxtraheerd. Onderstel hierbij dat het totaal aantal mol in een
fase gelijk is aan het aantal mol oplosmiddel in deze fase.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
2SCHC
p.Oef.1
5. Chemisch evenwicht
De vorming van stikstofmonoxide door de reactie tussen stikstofgas en zuurstofgas in benzinemotoren
is een belangrijke oorzaak van NO-emissies. De Kp-waarde van de reactie N2(g) + O2(g)  2 NO(g)
bedraagt bij 1000 °C 4,8.10-7. Na verbranding blijkt in de cilinder de partieeldruk aan stikstof en
zuurstof resp. 3,40 en 0,41 MPa te bedragen en dit bij 1000 °C. Onderstel dat de gasfase zich ideaal
gedraagt.
- Wat is de partieeldruk aan stikstofmonoxide indien het systeem isobaar en isotherm op 1000 °C
voldoende tijd krijgt om evenwicht te bereiken? U moogt onderstellen dat de fractie stikstof en
zuurstof die wegreageren verwaarloosbaar klein zijn ten opzichte van de hoeveelheden die initieel
aanwezig zijn.
- Wat wordt deze evenwichtspartieeldruk indien men erin zou slagen de gasfase isobaar snel af te
koelen tot 900 °C (en het evenwicht zich dus bij deze laatste temperatuur instelt). Onderstel dat bij
deze vraag H° en S° onafhankelijk zijn van de temperatuur.
- Wat zou de evenwichtspartieeldruk worden indien men erin zou slagen bij 1000 °C de gasfase een
factor 2 isobaar te verdunnen?
8. Reactiekinetiek
De ontleding van N2O5 verloopt volgens het mechanisme
1
N 2 O 5  NO 2  NO 3
1
2
NO 2  NO 3  NO  NO 2  O 2
3
NO  NO 3  2 NO 2
- Stel het stelsel differentiaalvergelijkingen op dat na integratie de concentratieverlopen in functie van
de tijd zouden geven. De oplossing van dit stelsel wordt NIET gevraagd.
- Stel de globale reactie op, horende bij dit mechanisme als u weet dat in deze globale reactie N2O5 het
enige reagens is.
- Leid de globale reactiesnelheidsuitdrukking af indien er een pseudo-stationaire toestand voor NO en
NO3 mag ondersteld worden.
Fysicochemie tweede zit 2000-2001
2SCHC
p.Oef.2