Examen de Fisicoquímica I UB 2018 · parcial: Temes 1 i 2 (Curs 2018-2019)

1. Test (5 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

Criteris de qualificació del test: Cada resposta correcta suma +0,50 punts, cada errada resta -0,25 punts i les preguntes no contestades computen 0 punts.

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

a. L'energia lliure de Gibbs constitueix una funció d'estat que es formula mitjançant la relació $G = H + TS$.

b. Un procés dut a terme a temperatura i pressió constants en el qual l'entalpia augmenta ($\Delta H > 0$) i l'entropia disminueix ($\Delta S < 0$) no podrà ser mai espontani.

c. Mitjançant l'equació de Gibbs-Helmholtz és possible relacionar el valor de l'entalpia amb la dependència de l'energia de Gibbs respecte a la temperatura.

1. Test (5 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

Criteris de qualificació del test: Cada resposta correcta suma +0,50 punts, cada errada resta -0,25 punts i les preguntes no contestades computen 0 punts.

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

d. Donada la transformació $2\text{ N}_{2(\text{g})} + 5\text{ O}_{2(\text{g})} \rightarrow 2\text{ N}_2\text{O}_{5(\text{g})}$, un grau d'avanç $\xi = 4\text{ mol}$ implica que han reaccionat $4\text{ mol}$ de $\text{N}_2$.

e. Per a la reacció de neutralització $2\text{ KOH}_{(\text{aq})} + \text{H}_2\text{CO}_{3(\text{aq})} \rightarrow 2\text{ H}_2\text{O}_{(\text{l})} + \text{K}_2\text{CO}_{3(\text{aq})}$, si es parteix d'una quantitat inicial de $15\text{ mol}$ de $\text{KOH}$ i $15\text{ mol}$ de $\text{H}_2\text{CO}_3$, l'avanç màxim serà $\xi_{\max} = 7{,}5\text{ mol}$.

1. Test (5 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

Criteris de qualificació del test: Cada resposta correcta suma +0,50 punts, cada errada resta -0,25 punts i les preguntes no contestades computen 0 punts.

Indiqueu si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

f. El volum molar parcial d'un solut o component en el si d'una dissolució no depèn en absolut de la fracció molar d'aquest.

i. En un sistema format per dues espècies, l'equació de Gibbs-Duhem estableix que la variació dels respectius volums molars parcials compleix la igualtat $n_1\,\mathrm{d}\bar{V}_1 = -n_2\,\mathrm{d}\bar{V}_2$.

j. El volum molar parcial d'un component integrat en una mescla és necessàriament una magnitud positiva en tots els casos.

1. Test (5 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

Criteris de qualificació del test: Cada resposta correcta suma +0,50 punts, cada errada resta -0,25 punts i les preguntes no contestades computen 0 punts.

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

g. El transport espontani de matèria entre diferents fases té lloc cap a la regió on la substància presenta un potencial químic més alt.

h. A temperatura i pressió constants, el criteri d'equilibri material per a un sistema binari queda establert per $\mu_1\,\mathrm{d}n_1 + \mu_2\,\mathrm{d}n_2 = 0$.

1. Test (5 punts). Qüestions de vertader o fals

Indiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents afirmacions és certa (V) o falsa (F):

Criteris de qualificació del test: Cada resposta correcta suma +0,50 punts, cada errada resta -0,25 punts i les preguntes no contestades computen 0 punts.

Pregunta 1 (2,5 punts). Variació d'energia de Gibbs en la compressió isotèrmica d'un gas ideal

Determineu el canvi en l'energia lliure de Gibbs ($\Delta G$) que té lloc durant la compressió a temperatura constant ($25\ ^\circ\text{C}$) de $10\text{ mol}$ d'un gas amb comportament ideal, en passar des d'una pressió inicial d'1 bar fins a una pressió final de 5 bar.

Pregunta 2 (2,5 punts). Graus de llibertat en diversos sistemes

Empreu la regla de les fases de Gibbs per determinar el nombre de graus de llibertat ($L$ o variança) que posseeixen cadascun dels sistemes següents en equilibri:

a.

Mescla gasosa formada per $\text{N}_{2(g)}$, $\text{O}_{2(g)}$ i $\text{CO}_{2(g)}$.

$L =$

b.

Dissolució aquosa de sacarosa en equilibri amb sacarosa sòlida.

$L =$

c.

Mescla d'aigua líquida i gel: Gel/$\text{H}_2\text{O}_{(l)}$.

$L =$

d.

Equilibri de descomposició tèrmica: $\text{CaCO}_{3(s)} \rightleftharpoons \text{CaO}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}$.

$L =$

Problema (10 punts). Volums molars parcials en una mescla binària etanol-aigua

Es prepara una dissolució mesclant $248{,}7\text{ g}$ d'etanol amb $145{,}9\text{ g}$ d'aigua. El volum experimental mesurat per a la mescla resultant és de $450{,}9\text{ cm}^3$, i se sap que el volum molar parcial de l'aigua en aquesta composició val $17{,}0\text{ cm}^3\cdot\text{mol}^{-1}$.

Dades:

Masses molars: $M_{\text{EtOH}} = 46{,}07\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$; $M_{\text{H}_2\text{O}} = 18{,}02\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Densitats de les substàncies pures: $\rho_{\text{EtOH}} = 0{,}785\text{ g}\cdot\text{cm}^{-3}$; $\rho_{\text{aigua}} = 0{,}997\text{ g}\cdot\text{cm}^{-3}$.

a.

Trobeu el valor del volum molar parcial de l'etanol ($\bar{V}_{\text{EtOH}}$) en aquestes condicions.

b.

Calculeu el canvi net de volum ($\Delta V$) que s'experimenta en el procés de mescla dels dos components.

c.

Justifiqueu físicament quin tipus d'informació aporta el signe i la magnitud d'aquest canvi de volum pel que fa a la intensitat de les interaccions intermoleculars establertes entre les molècules d'aigua i d'etanol en comparació amb els líquids purs.

5. Qüestions V/F (Preguntes 1-10). Qüestionari d'autoavaluació

Avalueu la certesa (Vertader o Fals) de les següents proposicions:

a. Treballant a pressió constant, el potencial químic d'una espècie líquida continguda en una mescla binària creix en augmentar la temperatura.

Vertader

Fals

c. Un sistema integrat exclusivament per un únic component pur pot arribar a presentar un màxim de 3 graus de llibertat.

Vertader

Fals

d. L'energia lliure de Gibbs associada a un sistema tancat que es troba en situació d'equilibri mecànic, tèrmic i material roman constant.

Vertader

Fals

h. Per a una mescla de gasos amb comportament ideal, el potencial químic de cada gas constituent es descriu per $\mu_i = \mu_i^*(T) + RT\ln\left(\frac{P_i}{P^\circ}\right)$.

Vertader

Fals

5. Qüestions V/F (Preguntes 1-10). Qüestionari d'autoavaluació

Avalueu la certesa (Vertader o Fals) de les següents proposicions:

b. Per tal que el procés de reacció $\mathrm{A} + \mathrm{B} \rightarrow \mathrm{C}$ tingui lloc de forma espontània a uns valors de $P$ i $T$ determinats, cal que es verifiqui la desigualtat $\mu_C < \mu_A + \mu_B$.

Vertader

Fals

f. La variació d'energia lliure de Gibbs de reacció a $P$ i $T$ constants és equivalent a la derivada $\left(\frac{\partial G}{\partial \xi}\right)_{P,T}$.

Vertader

Fals

5. Qüestions V/F (Preguntes 1-10). Qüestionari d'autoavaluació

Avalueu la certesa (Vertader o Fals) de les següents proposicions:

e.

L'energia lliure de Gibbs de mescla s'expressa com: $\Delta_{\text{mes}}G = G - G_{\text{sm}} = \sum_i n_i \bar{G}_i - \sum_i n_i G_{\text{m},i}^*$.

5. Qüestions V/F (Preguntes 1-10). Qüestionari d'autoavaluació

Avalueu la certesa (Vertader o Fals) de les següents proposicions:

g.

En el procés d'ebullició/vaporització de l'aigua a 1 atm i 100 °C és vàlid afirmar que $\Delta G = 0$.

j.

Si es comprimeixen isotèrmicament ($T = 25\text{ }^{\circ}\text{C}$) $10\text{ mol}$ d'aigua líquida ($V_m = 18\text{ cm}^3\cdot\text{mol}^{-1}$) des d'1 atm fins a 8 atm, és segur que el canvi d'energia lliure compleix $\Delta G < 0$.

5. Qüestions V/F (Preguntes 1-10). Qüestionari d'autoavaluació

Avalueu la certesa (Vertader o Fals) de les següents proposicions:

i.

Indiqueu si l'afirmació següent és vertadera o falsa:

«Totes les magnituds molars parcials posseeixen caràcter de propietat intensiva.»

Vertader

Fals