EKSAMENSOPPGAVE. Enkel lommeregner. Rute. Prof. Richard A. Engh

Transkript

1 Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: KJE-1005 Grunnleggende Fysikalsk Kjemi Dato: Fredag 02. juni 2017 Klokkeslett: 09:00-14:00 Sted: Åsgårdveien 9 Tillatte hjelpemidler: Enkel lommeregner Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: Rute 9 Prof. Richard A. Engh Telefon/mobil: / NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no

2 Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGÅVE Eksamen i: KJE-1005 Grunnleggende Fysikalsk Kjemi Dato: Fredag 02. juni 2017 Klokkeslett: 09:00-14:00 Sted: Åsgårdveien 9 Lovlige hjelpemidler: Enkel lommereknar Type innføringsark (rute/linje): Tal sider inkl. framside: Kontaktperson under eksamen: Rute 9 Prof. Richard A. Engh Telefon/mobil: / NB! Det er ikkje lov å levere inn kladd saman med oppgåvesvaret Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no

3 Nyttig informasjon: 1 Pa = 1 N m -2 = 1 J m -3 = 1 Kg m -1 s -2 1 J = 1 kg m 2 s -2 = cal 760 Torr = Pa = 1,00000 atm = 1,01325 bar 1 L = 1 dm 3 = 1000 cm 3 = 10-3 m 3 R = 8,31451 J K -1 mol -1 = 0, dm 3 bar K -1 mol -1 = 0, dm 3 atm K -1 mol -1 k B = k = R/N A = 1.38 x J K -1 0 C = K Molarvolum V m = V/n Standard dannelsesentalpier (H; 25 C, 1 atm): CO 2 (gass) -394 kj/mol, H 2 O (væske) -286 kj/mol, CH 4 (gass) kj/mol Standard Gibbs energier (G; 25 C, 1 atm): CO 2 (gass) -395 kj/mol, H 2 O (væske) -237 kj/mol, CH 4 (gass) -50.8kJ/mol Egenskaper av vann: Kokepunkt (1 atm trykk): 100 C Smeltevarmen (Δ fus H, 0 C): 6,01 kj mol -1 Fordampningsvarmen (Δ vap H, 100 C): 40,7 kj mol -1 Varmekapasitet væske C p (l) : 75 J K -1 mol -1 Varmekapasitet gass C p (g): 34 J K -1 mol -1 Kryoskopisk konstant K f : 1,86 K kg mol -1 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 2

4 Nyttig informasjon: 1 Pa = 1 N m -2 = 1 J m -3 = 1 Kg m -1 s -2 1 J = 1 kg m 2 s -2 = cal 760 Torr = Pa = 1,00000 atm = 1,01325 bar 1 L = 1 dm 3 = 1000 cm 3 = 10-3 m 3 R = 8,31451 J K -1 mol -1 = 0, dm 3 bar K -1 mol -1 = 0, dm 3 atm K -1 mol -1 k B = k = R/N A = 1.38 x J K -1 0 C = K Molarvolum V m = V/n Standard formingsentalpi (H; 25 C, 1 atm): CO 2 (gass) -394 kj/mol, H 2 O (væske) -286 kj/mol, CH 4 (gass) kj/mol Standard Gibbs energi (G; 25 C, 1 atm): CO 2 (gass) -395 kj/mol, H 2 O (væske) -237 kj/mol, CH 4 (gass) -50.8kJ/mol Egenskapar av vatn: Kokepunkt (1 atm trykk): 100 C Smeltevarmen (Δ fus H, 0 C): 6,01 kj mol -1 Fordampningsvarmen (Δ vap H, 100 C): 40,7 kj mol -1 Varmekapasitet væske C p (l) : 75 J K -1 mol -1 Varmekapasitet gass C p (g): 34 J K -1 mol -1 Kryoskopisk konstant K f : 1,86 K kg mol -1 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 2

5 Oppgave 1 (15 poeng) Finn den passende ligningen eller definisjonen fra tabell B for hvert begrep og hver beskrivelse fra tabell 1! (Skriv tallet og bokstaven sammen for hvert par.) Hvert element fra tabellene skal brukes bare én gang. TABELL 1 1. virialutviklingen 2. fugasitet 3. Schrödingers ligning 4. Clapeyrons ligning 5. Michaelis Menten ligning 6. hemmingskonstante 7. kritisk punkt 8. Lennard Jones potensial funksjon 9. Clausius-Clapeyrons ligning 10. Normeringsbetingelsen 11. Joule-Thomson inversjonstemperatur 12. Van der Waals gass 13. Arrhenius ligning 14. Energiene av en partikkel bundet av et kvadratisk potensial 15. Partikkel i boks energiene TABELL B a. k=a e E A/ RT b. p 0 exp[(g m G m 0 )/RT ] c. α=1+[ I ]/ K I d. pv m =RT (1+B/V m +C /V m ) e. ^H Ψ=i ħ Ψ t f. V =k 1 [ r min r ] 12 k 2 [ r min r ] 6 g. Ψ * Ψ d τ=1 h. E ν =(ν+ 1 2 )ħ(k f /m) 1/2 i. p= nrt n2 a( V nb V ) 2 j. v= k cat [ E] 0 1+K m /[S ] 0 k. ln( P 2 P 1 )= Δ H R ( 1 T 2 1 T 1 ) l. ( T / p) H =0 m. E n =n 2 h 2 /8mL 2 n. dp/dt =Δ H m /T Δ V m o. ( p/ V ) T =( 2 p/ V 2 ) T =0 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 3

6 Oppgave 1 (15 poeng) Finn den passande likninga eller definisjonen frå tabell B for kvart begreip frå tabell 1! (Skriv talet og bokstaven saman for kvart par.) Kvart element frå tabellane skal brukast kun ein gong. TABELL 1 1. virialutviklinga 2. fugasitet 3. Schrödingers likning 4. Clapeyrons likning 5. Michaelis Menten likning 6. hemmingskonstante 7. kritisk punkt 8. Lennard Jones potensial funksjon 9. Clausius-Clapeyrons likning 10. Normeringsbetingelsen 11. Joule-Thomson inversjonstemperatur 12. Van der Waals gass 13. Arrhenius likning 14. Energiene av ein partikkel bunden av eit kvadratisk potensial 15. Partikkel i boks energiene TABELL B a. k=a e E A/ RT b. p 0 exp[(g m G m 0 )/RT ] c. α=1+[ I ]/ K I d. pv m =RT (1+B/V m +C /V m ) e. ^H Ψ=i ħ Ψ t f. V =k 1 [ r min r ] 12 k 2 [ r min r ] 6 g. Ψ * Ψ d τ=1 h. E ν =(ν+ 1 2 )ħ(k f /m) 1/2 i. p= nrt n2 a( V nb V ) 2 j. v= k cat [ E] 0 1+K m /[S ] 0 k. ln( P 2 P 1 )= Δ H R ( 1 T 2 1 T 1 ) l. ( T / p) H =0 m. E n =n 2 h 2 /8mL 2 n. dp/dt =Δ H m /T Δ V m o. ( p/ V ) T =( 2 p/ V 2 ) T =0 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 3

7 Oppgave 2 (30 poeng) 2a) Van der Waals konstante a for vann (a=5,5 L 2 bar / mol 2 ) er mye større enn for helium (a = 0,03 L 2 bar / mol 2 ). Hvordan kan dette forklares? A. Vann er mye større enn helium. B. Vann er et molekyl mens helium er et atomært stoff. C. Tiltrekningskreftene mellom vannmolekylene er mye større enn mellom heliumatomene. D. Avstøtningskreftene mellom vannmolekylene er mye større enn mellom heliumatomene. 2b) En eksoterm reaksjon har ΔH = -7,36 kj/mol og ΔS = -32 J/(K mol), uavhengig av temperatur. I hvilket temperaturområde er reaksjonen spontan? A. T > 0 K B. T < 230 K C. T > 230 K D. Reaksjonen er aldri spontan. 2c) Hva er riktig for en ideell gass? A. C p > C V B. C p = C V C. C p < C V D. Svaret er avhengig av antall og geometri av atomene i gassmolekylene. 2d) 1 kg is ved 0 C blir tilført 400 kj energi. Hva er slutt-temperaturen? A. 0 C B. 16 C C. 48 C D. 96 C UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 4

8 Oppgave 2 (30 poeng) 2a) Van der Waals konstante a for vatn (a=5,5 L 2 bar / mol 2 ) er mykje større enn for helium (a = 0,03 L 2 bar / mol 2 ). Korleis kan dette forklares? A. Vatn er mykje større enn helium. B. Vatn er eit molekyl mens helium er eit atomært stoff. C. Tiltrekkingskreftane mellom vatnmolekyla er mykje større enn mellom heliumatoma. D. Avstøtningskreftene mellom vatnmolekyla er mykje større enn mellom heliumatoma. 2b) Ein eksoterm reaksjon har ΔH = -7,36 kj/mol og ΔS = -32 J/(K mol), uavhengig av temperatur. I kva for eit temperaturområde er reaksjonen spontan? A. T > 0 K B. T < 230 K C. T > 230 K D. Reaksjonen er aldri spontan. 2c) Hva er riktig for en ideell gass? A. C p > C V B. C p = C V C. C p < C V D. Svaret er avhengig av tal og geometri av atoma i gassmolekyla. 2d) 1 kg is ved 0 C vert tilført 400 kj energi. Kva er slutt-temperaturen? A. 0 C B. 16 C C. 48 C D. 96 C UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 4

9 2e) Tabellen gir reaksjonshastighet k for en reaksjon ved ulike temperaturer. Bestem aktiveringsenergi E A for reaksjonen. T ( C) k (s -1 ) 50 1,27 * ,67 *10 5 A. 1,3 kj/mol B. 2,3 kj/mol C. 3,3 kj/mol D. 4,3 kj/mol 2f) Finn forandringen i indre energi hvis en gass varmes opp fra 25 C til 40 C ved konstant volum. Anta at varmekapasitet (C V = 3/2 * R) er uavhengig av temperatur i dette temperaturområdet. A. 1,9 * 10 2 kj/mol B. 187 kj/mol C. 1,9 kj/mol D. 0,19 kj/mol 2g) Vi har følgende reaksjonshastigheter ν 0 for en reaksjon 2A + B + C D + E for ulike startkonsentrasjoner av stoff A, B og C: [A] 0 (M) [B] 0 (M) [C] 0 (M) ν 0 (M/s) 0,20 0,20 1,0 2, ,40 0,40 1,0 4, ,60 0,40 0,25 2, ,80 0,40 0,25 2, Bestem hastighetsloven for denne reaksjonen. A. ν 0 = k[a][b][c] 2 B. ν 0 = k[b][c] 2 C. ν 0 = k[b][c] 0.5 D. Vi har ikke nok informasjon for å kunne bestemme hastighetsloven 2h) Vi legger til 1.6 mm hemmer (K I = 400 µm) til en enzymkatalysert reaksjon (K M = [S] 0 = 1.5 mm). Med hvilken faktor går reaksjonshastigheten ned? Anta Michaelis- Menten og konkurrerende hemming: ν ν= max 1+α K M /[ S] 0 A. Reaksjonshastighet går ned med en faktor 2 B. Reaksjonshastighet går ned med en faktor 3 C. Reaksjonshastighet går ned med en faktor 4 D. Reaksjonshastighet går ned med en faktor 5 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 5

10 2e) Tabellen gjev reaksjonshastigheit k for ein reaksjon ved ulike temperaturer. Bestem aktiveringsenergi E A for reaksjonen. T ( C) k (s -1 ) 50 1,27 *10^ ,67 *10^5 A. 1,3 kj/mol B. 2,3 kj/mol C. 3,3 kj/mol D. 4,3 kj/mol 2f) Finn forandringa i indre energi viss ein gass vert varma opp fra 25 C til 40 C ved konstant volum. Anta at varmekapasitet (C V = 3/2 * R ) er uavhengig av temperatur i dette temperaturområdet. A. 1,9 * 10 2 kj/mol B. 187 kj/mol C. 1,9 kj/mol D. 0,19 kj/mol 2g) Vi har følgjande reaksjonshastigheiter ν 0 for ein reaksjon 2A + B + C D + E for ulike begynningskonsentrasjonar av stoff A, B og C: [A] 0 (M) [B] 0 (M) [C] 0 (M) ν 0 (M/s) 0,20 0,20 1,0 2, ,40 0,40 1,0 4, ,60 0,40 0,25 2, ,80 0,40 0,25 2, Bestem hastigheitslovet for denne reaksjonen. A. ν 0 = k[a][b][c] 2 B. ν 0 = k[b][c] 2 C. ν 0 = k[b][c] 0.5 D. Vi har ikkje nok informasjon for å kunne bestemme hastigheitslovet 2h) Vi legg til 1.6 mm hemmer (K I = 400 µm) til ein enzymkatalysert reaksjon (K M = [S] 0 = 1.5 mm). Med kva for ein faktor går reaksjonshastigheiten ned? Anta Michaelis-Menten og konkurrerande hemming: ν ν= max 1+α K M /[ S] 0 A. Reaksjonshastigheit går ned med ein faktor 2 B. Reaksjonshastigheit går ned med ein faktor 3 C. Reaksjonshastigheit går ned med ein faktor 4 D. Reaksjonshastigheit går ned med ein faktor 5 UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 5

11 2i) Vi har følgende reaksjonsmekanisme for reaksjonen mellom H 2 og ICl: H 2 +ICl HI + HCl HI +ICl I 2 +HCl Hvilken orden har totalreaksjon? Anta tilnærmelse om stasjonær tilstand (steady state approximation). A. Orden på totalreaksjon er 0 B. Orden på totalreaksjon er 1 C. Orden på totalreaksjon er 2 D. Orden på totalreaksjon er 3 2j) Heisenbergs usikkerhetsprinsipp sier at enkelte størrelser ikke samtidig kan nøyaktig bestemmes. Hvilke gjelder dette? A. impuls p y og posisjon x B. posisjon x og posisjon y C. impuls p x og posisjon x D. impuls p x og impuls p y 2k) Hvis to atomorbitaler overlapper, hvor mange molekylorbitaler dannes da? A. En B. To C. Tre D. Ingen 2l) Hva er sant om atomorbitaler? A. Alle s-orbitaler har minst en node B. Det er syv forskjellige d-orbitaler C. Alle p-orbitaler har minst en node D. Det er plass til kun 3 elektroner i et p-subskall 2m) Diagrammet til høyre viser 8 forskjellig bølgefunksjoner for en harmonisk oscillator (eller partikkel i en harmonisk potensial). Hva er riktig? A. Bølgefunksjonen med lavest energi har energi lik null B. Krumming av bølgefunksjonene viser at kinetisk energi er høyest når utslag av oscillatoren er størst C. Systemet er en modell for rotasjoner av molekyler D. Sannsynlighetstetthet er 0 for all x. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 6

12 2i) Vi har følgjande reaksjonsmekanisme for reaksjonen mellom H 2 og ICl: H 2 +ICl HI + HCl HI +ICl I 2 +HCl Kva for ein orde har totalreaksjon? Anta tilnærming om stasjonær tilstand (steady state approximation). A. Orden på totalreaksjon er 0 B. Orden på totalreaksjon er 1 C. Orden på totalreaksjon er 2 D. Orden på totalreaksjon er 3 2j) Heisenbergs usikkerheitsprinsipp seier at enkelte størrelsar ikkje samtidig kan nøyaktig avgjerast. Kva for eit par gjeld dette? A. impuls p y og posisjon x B. posisjon x og posisjon y C. impuls p x og posisjon x D. impuls p x og impuls p y 2k) Viss to atomorbitaler overlapper, kor mange molekylorbitaler vert danna da? A. En B. To C. Tre D. Ingen 2l) Kva er sant om atomorbitaler? A. Alle s-orbitaler har minst ein node B. Det er seks forskjellige d-orbitaler C. Alle p-orbitaler har minst en node D. Det er seks forskjellige p-orbitaler 2m) Diagrammet til høgre viser 8 forskjellig bølgjefunksjonar for ein harmonisk oscillator (eller partikkel i eit harmonisk potensial). Kva er riktig? A. Bølgjefunksjonen med lagast energi har energi lik null B. Krumming av bølgjefunksjonar viser at kinetisk energi er høgast når utslag av oscillatoren er størst C. Systemet er ein modell for rotasjonar av molekyl D. Sannsynstettleik er 0 for all x. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 6

13 n) Forbindelsene 1, 2, og 3 ovenfor har dipolmomentene µ1, µ2, og µ3. Hva er rekkefølgen for µ1, µ2, og µ3? A. µ1 < µ2 = µ3 B. µ1 = µ2 > µ3 C. µ1 = µ2 < µ3 D. µ1 > µ2 = µ3 2o) Figuren til høyre viser Lennard- Jones potensial energifunksjonen for vekselvirkninger mellom molekyler. Hva er riktig? A) 1/r 12 modellerer frastøtningsenergien. B) -1/r 6 modellerer tiltrekningsenergien. C) Hydrogenbindingsenergien og ionion vekselvirkninger er ikke modellert i Lennard-Jones potensialet. D) A, B, og C er alle riktige Oppgave 3 (15 poeng) Forandringen i entalpi som skyldes trykkforandringer kan finnes av relasjonen: ( H / p) T = T ( V / T ) p +V a) Beregn ( H / p) T for en ideell gass. Forklar svaret. b) Vis at ( H / p) T for en van der Waals gass blir (b 2 a ). Bruk molart volum RT av en van der Waals gass ved lavt trykk: V M = RT p + ( b a RT ) c) Beregn entalpiforandringen for en isoterm prosess der 10 g nitrogengass blir utsatt for en trykkøkning på 1,4 atmosfær. Temperaturen er 27 C. Bruk van der Waals ligning med a = 0,12 Pa m 6 mol -2 og b = m 3 mol -1 for nitrogengass. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 7

14 n) Sambindinga 1, 2, og 3 ovenfor har dipolmomenta µ1, µ2, og µ3. Kva er rekkefølga for µ1, µ2, og µ3? A. µ1 < µ2 = µ3 B. µ1 = µ2 > µ3 C. µ1 = µ2 < µ3 D. µ1 > µ2 = µ3 2o) Figuren til høgre viser Lennard- Jones potensial energifunksjonen for vekselvirknader mellom molekyl. Kva er riktig? A) 1/r 12 modellerer frastøtingsenergien. B) -1/r 6 modellerer tiltrekkingsenergien. C) Hydrogenbindingsenergien og ionion vekselvirknader er ikkje modellert i Lennard-Jones potensialet. D) A, B, og C er alle riktige Oppgave 3 (15 poeng) Forandringa i entalpi som skyldast trykkforandringar kan finnast av relasjonen: ( H / p) T = T ( V / T ) p +V a) Berekn ( H / p) T for eit ideelt gass. Forklar svaret. b) Vis at ( H / p) T for en van der Waals gass vert (b 2a ). Bruk molart volum RT av ein van der Waals gass ved lågt trykk: V M = RT p + ( b a RT ) c) Berekn entalpiforandringa for en isoterm prosess der 10 g nitrogengass vert utsett for ein trykkauke på 1,4 atmosfær. Temperaturen er 27 C. Bruk van der Waals likning med a = 0,12 Pa m 6 mol -2 og b = 42x10-6 m 3 mol -1 for nitrogengass. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 7

15 Oppgave 4 (15 poeng) Damptrykk til etanol ved romtemperatur (T = 25 C) er kpa. Litteraturverdien for kokepunkt til etanol er 78.3 C ved atmosfærisk trykk. a) Vis at tallene kan brukes for å regne ut at fordampningsvarmen til etanol er 41.8 kj/mol. b) Litteraturverdi for fordampningsvarmen til etanol er 38.6 kj/mol. Forklar hvor forskjellen kan komme fra. c) Beregn fordampningsentropi for etanol ut fra litteraturverdiene. Gi svaret i korrekt antall signifikante siffer. Oppgave 5 (15 poeng) Dekomponering av nitrogendioksid er en andre-ordens reaksjon og har reaksjonsligning 2 NO 2 2 NO + O 2 Hastighetskonstanten er 0.75 M -1 s -1 ved 600 K og 19.7 M -1 s -1 ved 700 K. a) Forklar hvorfor enhet for hastighetskonstanten er M -1 s -1 for en andre-orden reaksjon. b) Beregn aktiveringsenergi for dekomponering av nitrogendioksid. c) Beregn konsentrasjon av NO 2 etter 5 minutter hvis startkonsentrasjon er 1 M (T = 600 K). UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 8

16 Oppgave 4 (15 poeng) Damptrykk til etanol ved romtemperatur (T = 25 C) er kpa. Litteraturverdien for kokepunkt til etanol er 78.3 C ved atmosfærisk trykk. a) Vis at tala kan brukast for å rekne ut at fordampningsvarmen til etanol er 41.8 kj/mol. b) Litteraturverdi for fordampningsvarmen til etanol er 38.6 kj/mol. Forklar kor skilnaden kan kome frå. c) Berekn fordampningsentropi for etanol ut frå litteraturverdiane. Gi svaret i korrekt tal signifikante siffer. Oppgave 5 (15 poeng) Dekomponering av nitrogendioksid er ein andre-ordens reaksjon og har reaksjonslikning 2 NO 2 2 NO + O 2 Hastighetskonstanten er 0.75 M -1 s -1 ved 600 K og 19.7 M -1 s -1 ved 700 K. a) Forklar kvifor enheten for hastighetskonstanten er M -1 s -1 for ein andre-orden reaksjon. b) Berekn aktiveringsenergi for dekomponering av nitrogendioksid. c) Berekn konsentrasjon av NO 2 etter 5 minutter viss begynningskonsentrasjon er 1 M (T = 600 K). UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 8

17 Oppgave 6 (10 poeng) Blandinger av hydrokarbonforbindelser kan egne seg for energilagring 1. Sammenlignet med varmekapasiteten kan smeltevarmen bidra mye mer til å jevne ut temperaturforandringene i et bygg, for eksempel. Vann kan brukes, men smeltetemperaturen er for lav for flere applikasjoner. Varmekapasitetene og smeltevarmen av hydrokarbonforbindelser er omtrent 50% mindre enn verdiene for vann, men smelteegenskapene kan velges med valg av stoffblandinger. Figuren til høyre viser en fasediagramm for forskjellige blandiger av C 16 H 34 og C 14 H 30. Diagrammet ligner det for blandinger (og destillasjon) av etanol og vann som væske og gass, men her er blandingene faststoff eller væske. a) (4 poeng) Beskriv systemet hvis blandingen består av 50% C 16 H 34 og 50% C 14 H 30 og temperaturen er 6,5 C. Hvor mange faser har et slikt system under disse betingelsene, og omtrent hva er komposisjonen av fasen/fasene? b) (3 poeng) I denne sammenhengen (energilagring) ble egenskaper av 100% C 14 H 30 undersøkt 2. Figuren til høyre viser temperaturen i nærheten av en beholder av C 14 H 30 i et temperaturbad. Systemet hadde en temperatur av 10 C da temperaturbadet ble byttet ut mot et bad med -5 C (t=0). Forklar kvalitativt de vesentlige egenskapene av den eksperimentelle avkjølingskurven. Hint: tenk på varmekapasitet, smeltevarmen, og informasjon fra fasediagrammet. c) (3 poeng) Beskriv eller tegn hvordan den eksperimentelle kurven ville sett annerledes ut hvis to andre blandinger av C 16 H 34 og C 14 H 30 brukes i eksperimentet fra b), en med 50% av hver stoff (50% C 14 H 30 og 50% C 16 H 34 ), og en med 94% C 14 H 30 (og 6% C 16 H 34 ). Hint: tenk på varmekapasitet, smeltevarmen, og informasjon fra fasediagrammet. 1 Paraffin wax mixtures as phase change materials, T. Kousksou, A. Jamil, T. El Rhafiki, Y Zeraouli, Solar Energy & Solar Cells 94 (2010) Thermal characteristics of paraffin in a spherical capsule during freezing and melting processes, K. Cho & S.H. Choi, Int. J. Heat & Mass Transfer 43 (2000), UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 9

18 Oppgave 6 (10 poeng) Blandingar av hydrokarbonsamband kan eigne seg for energilagring 1. Sammenlikna med varmekapasiteten kan smeltevarmen bidra mykje meir til å jamne ut temperaturforandringane i eit bygg, for eksempel. Vatn kan brukast, men smeltetemperaturen er for låg for fleire applikasjonar. Varmekapasitetane og smeltevarmen av hydrokarbonsamband er omtrent 50% mindre enn verdiane for vatn, men smelteegenskapane kan veljast med val av stoffblandingar. Figuren til høgre viser en fasediagramm for forskjellige blandigar av C 16 H 34 og C 14 H 30. Diagrammet liknar det for blandingar (og destillasjon) av etanol og vatn som væske og gas, men her er blandingane faststoff eller væske. a) (4 poeng) Beskriv systemet viss blandinga består av 50% C 16 H 34 og 50% C 14 H 30 og temperaturen er 7 C. Kor mange fasar har eit slikt system under desse føresetnadene, og omtrent kva er komposisjonen av fasen/fasane? b) (3 poeng) I denne samanhengen vart eigenskaper av 100% C 14 H 30 undersøkt 2. Figuren til høgre viser temperaturen i nærleiken av ein behaldar av C 14 H 30 i eit temperaturbad. Systemet hadde ein temperatur av 10 C da temperaturbadet vart byta ut mot eit bad med -5 C (t=0). Forklar kvalitativt dei vesentlege eigenskapane av den eksperimentelle avkjølingskurva. Hint: Tenk på varmekapasitet, smeltevarme og informasjon frå fasediagrammet. c) (3 poeng) Beskriv eller teikn korleis den eksperimentelle kurven ville sett annleis ut viss to andre blandingar av C 16 H 34 og C 14 H 30 brukast i eksperimentet frå b), ein med 50% av kvart stoff, og ein med 94% C 14 H 30 (og 6% C 16 H 34 ). Hint: Tenk på varmekapasitet, smeltevarme og informasjon frå fasediagrammet. 1 Paraffin wax mixtures as phase change materials, T. Kousksou, A. Jamil, T. El Rhafiki, Y Zeraouli, Solar Energy & Solar Cells 94 (2010) Thermal characteristics of paraffin in a spherical capsule during freezing and melting processes, K. Cho & S.H. Choi, Int. J. Heat & Mass Transfer 43 (2000), UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 9