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Esercitazioni
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Energia interna Capacità termica Entalpia
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2.14 Il calore richiesto per fondere 100 g di ghiaccio è: Il calore richiesto per aumentare la temperatura dell’acqua da 0°C a 100°C è: q2 = 100 g × 4.18 J K–1 g–1 × 100 K = 4.18 ×104 J = 41.8 kJ Il calore richiesto per vaporizzare l’acqua: q3 = 5.55 mol × 40.7 kJ mol–1 = 226 kJ Il calore totale: q = q1 + q2 + q3 = 33.4 kJ kJ kJ = 301 kJ NOTA: la lunghezza del tratto liquido + gas è maggiore Del tratto solido + liquido in proporzione ai loro valori ΔtrsH
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2.16 q = P × t dove P è la potenza del termosifone e t il tempo durante il quale funziona, NOTA: In realtà si scaldano anche le pareti e l’arredamento
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2.18 ΔH = q = kJ (pressione costante )
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2.22
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q = IVt = 3.20 A × 12.0 V × 27 s = 1.04 × 103 J 1 A s = 1 C, 1 C V = 1 J 2.26 2.28 dove M = g mol–1 è la massa molare del glucosio ed m la massa del campione. La combustione è esotermica: (b) La reazione di combustione è: C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) ∆ng = 0 Quindi: (c) The somma delle 3 equazioni è: 6 C(s) + 6 H2(g) + 3 O2(g) → C6H12O6(s)
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2.29 AgBr(s) → Ag+(aq) + Br–(aq)
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2.33 Saccarosio (C12H22O11) M = gmol-1 Il lavoro effettivo disponibile è ≈ 25 kJ × 0.20 = 5.0 kJ w = mgh, m ≈ 68 kg Il saccarosio è composto da glucosio-fruttosio
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2.34 (b) ∆νg = –2 [5 O2(g) sostituite con 3 CO2(g)]
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2.37 N2(g) + O2(g) → 2 NO(g) +180.5 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) –114.1
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2.38 ∆rCp = ∑ νCp,m (prod) – ∑ νCp,m (reag) = (77.28 – 2 × 37.20) J K–1 mol–1 = J K–1 mol–1
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2.39 (a) diminuisce (b) diminuisce (c) aumenta NOTA: In una molecola biatomica la distanza tra i due atomi è più grande delle dimensione del nucleo il momento di inerzia della molecola rispetto a quest'asse è piccolo l'energia cinetica immagazzinata nel moto di rotazione attorno a quest’asse è piccola NOTA: Un gas poliatomico ha tre gradi di libertà del moto di traslazione e, se gli atomi non sono allineati nella molecola, ha tre gradi di libertà del moto di rotazione
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Entropia
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3.3 q = nCp,m ∆T
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3.4 Fusione di 100 g di ghiaccio: Riscaldamento dell’acqua: Vaporizzazione: Per un liquido: ∆Stotal = ( ) J K–1 = 858 J K–1
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3.6 Per un gas perfetto: Quindi, Vi = 15.0 L e Vf = 2.91 L
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3.7 Poiché l’entropia dipende solo dagli stati iniziale e finale, sarà data dalla somma delle entropie del processo di compressione e di riscaldamento: ΔStotal = (– ) J K–1 = –7.9 J K–1
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3.10 Occorre trovare la comune temperatura finale, Tf , notando che il calore ceduto dal campione a temperatura maggiore viene assorbito dal campione a temperatura minore: -[n1Cp,m (Tf – Til)] = n2Cp,m (Tf – Ti2) Risolvendo per Tf : Tf = 1/2(353 K K) = 318 K Il cambiamento totale di entropia è quindi:
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3.11 (b) Poiché il processo di vaporizzazione si può eseguire reversibilmente, ∆Stotal = 0; Quindi: ∆Sambiente = –87.8 J K–1 mol–1
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3.12
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3.13 per ciascun componente della reazione, quindi (a) (b)
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3.14
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3.22
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Energia libera Costanti di equilibrio
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3.15
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3.17 3.21 n = 1
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3.23
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3.25 Poiché: 3.26 Poiché:
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3.28 Equazione di van’t Hoff Affinché K2 sia >1:
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3.33
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3.35
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3.39 3.40
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Formule
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} Lavoro e Calore DU = w + q forniti al sistema (>0)
Potenza (watt= J s-1) DU = w + q forniti al sistema (>0) espansione isoterma reversibile (w < 0) espansione a pressione esterna costante (w < 0) riscaldamento elettrico calore fornito (Joule) = I (Ampère) V (Volt) t (secondi) C, costante del calorimetro = calore fornito/DTcal Calore emesso = C DT Variazione di temperatura a volume costante (w = 0) } CDT = q Capacità termica (J K-1) Relazione di Mayer Capacità termica specifica o calore specifico (J K-1 g-1) Trasformazione adiabatica: Cs = q/(DTm) Capacità termica molare (J K-1 mol-1) Cm = q/(DTn)
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Entalpia a pressione costante Reazione endotermica Reazione esotermica
Entalpia standard di formazione Si esprime in kJ mol-1 Legge di Kirchhoff
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DStotale = DSsistema+DSambiente = 0 Cambiamenti reversibili
Entropia DStotale = DSsistema+DSambiente = 0 Cambiamenti reversibili DStotale = DSsistema+DSambiente > 0 Cambiamenti spontanei (irreversibili) dS=dqrev/T Disuguaglianza di Clausius } DS=nRln(Vf/Vi) Espansione isoterma di un gas perfetto DSamb=-nRln(Vf/Vi) Processo reversibile DSamb=-pex(Vf-Vi)/T Processo irreversibile DS=DHtrs/Ttrs Transizione di fase (pressione costante) Variazione di temperatura o di pressione (n=1) Entropia assoluta Teorema di Carnot
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Energia di Helmholtz ed energia di Gibbs
Variazione con la temperatura } Equazione fondamentale Equazione di Gibbs-Helmholtz Variazione con la pressione Per un gas Equazione di stato termodinamica Per un solido o un liquido
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Potenziale chimico e costante di equilibrio
Equazione di Clapeyron Equazione fondamentale della termodinamica chimica Equazione di Gibbs-Duhem Q = quoziente di reazione K = costante di equilibrio Equazione di van’t Hoff
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