Werkcollege 5 Thermodynamica 2, 2014/2015 Opgave 20 Opgave

Werkcollege 5 Thermodynamica 2, 2014/2015
Opgave 20
1-Butanol en chlorobenzeen vormen een zogenaamd minimum-kokend azeotroop systeem. De molfractie
van 1-butanol, x in de vloeistof en y in de damp, is gegeven in onderstaande tabel voor verschillende
kooktemperaturen bij een druk P = 1.000 atm. Zuiver chlorobenzeen kookt bij 404.86 K.
T [K]
x
y
396.57
0.1065
0.2859
393.94
0.1700
0.3691
391.60
0.2646
0.4505
390.15
0.3687
0.5138
389.03
0.5017
0.5840
388.66
0.6091
0.6409
388.57
0.7171
0.7070
a) Construeer het chlorobenzeen-rijke deel van het fasediagram.
b) Maak een schatting van de temperatuur waarbij een oplossing met een molfractie 1-butanol van
x = 0.300 begint te koken.
c) Bepaal de samenstelling en relatieve hoeveelheden van de twee fasen die aanwezig zijn nadat een
oplossing met een initi¨ele molfractie x = 0.300 is verwarmd tot 393.94 K.
Opgave 21
We gaan na hoeveel stof we moeten toevoegen om een meetbare vriespuntsverlaging van water te
realiseren. Gegeven is TH∗ 2 O = 273.15 K, ∆f us HH2 O = 6.008 kJ/mol, MH2 O = 18.015 g/mol en
ρH2 O = 0.997 g·cm−3 .
Maak een schatting van het aantal gram van de toegevoegde stof nodig om voor 1 L water een vriespuntsverlaging van 1 ◦ C te bereiken voor
a) DMSO ((CH3 )2 SO),
b) sucrose (C12 H22 O11 ),
c) 1 M zoutzuur.
Opgave 22
Het fasediagram voor Bi en Cd is van belang in de metallurgie. Deze metalen zijn in vaste vorm onderling
niet oplosbaar. De algemene vorm kan worden benaderd met behulp van de gebruikelijke uitdrukking
voor vriespuntsverlaging. Gegeven zijn de de volgende data:
Tf us (Bi) = 544.5 K, Tf us (Cd) = 594 K, ∆f us H(Bi) = 10.88 kJ/mol en ∆f us H(Cd) = 6.07 kJ/mol.
a) Construeer het fasediagram en bepaal de ligging van het eutecticum.
b) Ga na wat er gebeurt als een vloeibare fase met compositie x(Bi) = 0.70 bij 550 K langzaam wordt
afgekoeld.
c) Wat is de compositie van dat mengsel bij 460 K en bij 375 K?
d) Schets de koelcurve voor het mengsel.
1
Opgave 23
In deze opgave bekijken we de oplosbaarheid van een vaste stof (solute) in een oplosmiddel (solvent).
a) Leid een uitdrukking af voor de oplosbaarheid als fractie van solute (B) in termen van de molaire
smelt enthalpie ∆f us H en de molaire smelt entropie ∆f us S van de solute voor een ideale oplossing
van B in oplosmiddel A, aangenomen dat deze twee grootheden niet van de temperatuur afhangen.
Gebruik dat in evenwicht geldt µB (l) = µB (s) = µ∗B (s).
b) Als voorbeeld nemen we een stof met de mysterieuze naam 7αM N a, een hormoon dat overgangsverschijnselen onderdrukt. De oplosbaarheid van 7αM N a in aceton bedraagt xB = 0.0429 bij
T = 318.5 K en xB = 0.0171 bij T = 279.3 K. Bereken de molaire smeltenthalpie en de molaire
smeltentropie van 7αM N a, aangenomen dat deze grootheden onafhankelijk zijn van de temperatuur.
c) Voor een niet-ideale oplossing moeten we weer terugvallen op de activiteit in de uitdrukking voor
de oplosbaarheid. Ga na wat die uitdrukking wordt; gebruik dat as ≈ 1.
d) In werkelijkheid blijken de molaire smeltenthalpie en de molaire smeltentropie van 7αM N a, bij
T = 318.5 K, respectievelijk ∆f us H = 18.5 kJ/mol en ∆f us S = 35.0 J/molK te bedragen.
Bereken de activiteitsco¨effici¨ent γB op de molfractieschaal xB bij die temperatuur.
2

Download Report