Termodinamik Soruları ve Cevaplar ( Oğuz AKAY )

TERMODİNAMİK SORULARI VE CEVAPLAR – OĞUZ OKAY 2009/2010 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (23.03.2010) (1) (A): Kritik sıcaklık ne demektir? Açıklayınız. (5 puan) (B): Kritik sıcaklığı 647 K ve kritik basıncı ise 218 atm olan su buharı için van der Waals sabitleri a ve b’yi –gerekli denklemleri türeterek- hesaplayınız. (türetemiyorsanız C şıkkına 2 2 geçiniz) (12 puan) (Cevap: 5,46 l .atm/mol ve 0,0304 l/mol) 2 2 (C): a = 5.46 l .atm/mol ve b = 0,0304 l/mol olduğuna göre 500 K sıcaklıkta 5 mol su buharının 8 litrelik bir kapta yapacağı basıncı van der Waals denklemi yardımıyla hesaplayın. (5 puan) (Cevap: 24 atm) (D): van der Waals denkleminden türeterek çıkaracağınız Virial denklem yardımı ile su buharının bu sıcaklıktaki davranışında dışlanmış hacım etkisi mi yoksa moleküller arası çekim kuvveti mi belirleyici olduğunu bulunuz ve açıklayınız. (10 puan) (E) Su buharının Boyle sıcaklığı kaç derecedir? (6 puan) (Cevap: 2189 K) (Toplam 38 Puan) (2) (A) Termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarını anlatınız ve örneklerle açıklayınız. (10 puan) (B) Joule ve Joule-Thomson denemeleri hangi amaçla yapılmıştır? Kısaca açıklayınız. (7 puan) o o (C) “1atm basınc ve 20 C sıcaklıktan 100 atm basınç ve 25 C sıcaklığa kadar sıkıştırılan” o o yada “ 10 litre hacım ve 20 C sıcaklıktan 100 litre hacım ve 25 C sıcaklığa kadar genişleyen” ideal gazların iç enerji değişimi hesabında dU = C dT bağıntısı kullanılıyor . Neden? v Yukardaki örnekler için bu bağıntıyı türetiniz. (10 puan) (Toplam 27 puan) (3) (A) İdeal bir gaz adyabatik olarak basıncının 10 misline kadar a) tersinir olarak sıkıştırılıyor, o b) sabit bir dış basınç altında sıkıştırılıyor. Gazın ilk sıcaklığı 25 C olduğuna göre her iki durum için gazın son sıcaklığını hesaplayınız. (15 puan) (Cevap: 749 ve 1371 K) (B): A şıkkındaki tersinir sıkıştırılma sırasında iç enerji ve entalpi değişimleri gazın molü başına kaç joule’dür? Hesaplayınız. (6 puan) (Cevap: 5624 ve 9374 J) (C): A şıkkındaki prosesler izotermal şartlarda yapılsaydı, yani, ideal gaz, basıncının 10 misline kadar a) tersinir ve b) sabit bir dış basınç altında sıkıştırılsaydı gazın bir molü başına yapılan iş ve ısı akışı kaç joule olurdu? Her iki durum için hesaplayınız. (14 puan) (Toplam 35 Puan) (Cevap: + – 5705 J ve + – 22298 J) (Not: C = 1,5R) v Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K = 0,08206 L-atm/mol-K = 82,06 mL-atm/mol-K

2009/ 2010 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (14.12.2009) 1) (A) Termodinamiğin 2. yasasının üç ayrı tanımını yaparak örneklerle açıklayınız. (10 puan) (B) Evrende “ısı ölümü” nedir? Büyük patlamadan (big bang) bugüne evrende ki değişimlerin ışığında geleceği nasıl görüyorsunuz? (5 puan) o o (C) Hava sıcaklığı 1 C iken odanın iç sıcaklığını 20 C’da tutmaya çalışan bir klimanın maksimum etkinlikle çalıştığını düşünün. Klimaya yapılan 1 kWh iş başına çevrenin entropisi saniyede kaç kJ azalır? [1kWh = 3600 kW (=kJ/s)]. (10 Puan) CEVAP: 189 kJ/K o o 2) 80 C’de bir bardak (100 mL) su, 20 C’de bir odada bırakılıyor ve suyun soğuyarak termal denge durumuna gelmesi bekleniyor. Bu sırada evrendeki entropi değişmesi kaç J/K olur? Odanın hacminin çok büyük olduğunu ve bu nedenle oda sıcaklığının değişmediğini varsayın. Odadaki basıncın değişmediğini ve odanın çevreden izole olduğunu da varsayın. (suyun sabit basınçtaki ısı kapasitesi C 3 p = 75 J/mol-K; suyun yoğunluğu = 1 g/cm ) (20 puan) CEVAP: 7,7 J/K 3) İdeal bir gaz ( Cv = 1,5R) sabit bir dış basınca karşı genişleyerek hacmi iki misline, sıcaklığı da iki misline çıkıyor. Bu sırada evrendeki entropi değişmesi gazın molü başına kaç J/mol-K olur? (27,5 puan) CEVAP: 4 J/mol-K o o 4) Bir maddenin 3 molü 25 C ve 1 atm den 30 C ve 100 atm e ısıtıldığında iç enerjisi kaç Joule değişir? (35 puan) CEVAP: 660 J -4 -1 -5 -1 Not: Termal genleşme katsayısını α = 10 K , izotermal sıkışabilirliği κ = 10 atm , sabit 2 basınçtaki molar ısı kapasitesini CP = 50 J/mol-K, ve molar hacmini = 10 mL/mol ve sabit olarak alınız. (27,5 puan) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K = 0,08206 L-atm/mol-K = 82,06 mL-atm/mol-K

2009/ 2010 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (2.11.2009) 1) Kritik sıcaklığı 155 K ve kritik basıncı 50 atm olan oksijen (O ) gazının van der Waals 2 sabitlerini hesaplayınız. Gerekli denklemleri van der Waals denkleminden çıkarınız. Doğrudan denklemden yapılan hesaplar değerlendirilmeyecektir. (25 Puan) CEVAP: a = 6 2 2 2 1,36×10 mL .atm /mol ve b = 31,8 mL/mol 2) (A) Termodinamiğin 1. yasasının üç ayrı tanımını yaparak örneklerle açıklayınız. (B) Joule ve Joule-Thomson denemeleri hangi amaçla yapılmıştır? (C) Boyle sıcaklığı nedir? Kritik sıcaklık nedir? Açıklayınız. (25 Puan) 3) Bir silindir içerisinde 25 litre hacminde ve 5 atm basınç altında 2 mol ideal gaz bulunuyor. Bu gaz a) tersinir ve b) sabit bir dış basınç altında 0,1 atm’ye kadar izotermal olarak genişletiliyor. Her iki proses sırasında a) ısı akışı, b) iş, c) iç enerji, ve d) entalpi değişimleri kaç kilojoule olur? (20 Puan) CEVAP: tersinir için: w =-q = -49,6 kJ. Tersinmez için = w = -q = -12,4 kJ o 4) 50 atm basınç altında ve 180 C sıcaklıkta ideal bir gaz ( C = 1,5R) adyabatik şartlarda v a) tersinir olarak, b) sabit bir dış basınca karşı, 1 atm’e kadar genişliyor. Her iki proses sonucunda gazın sıcaklığı kaç derece olur? (30 Puan) CEVAP: a: 94,7 K b: 275 K Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K = 0,08206 L-atm/mol-K = 82,06 mL-atm/mol-K

2008/ 2009 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (6.1.2009; 12:00-14:00; D-101) 1 A) Joule – Thomson denemesinin prensibini ve deneyi kısaca açıklayınız. Ölçülen deneysel parametre ile aranan parametre arasında ki bağıntıyı yazınız. (10 puan) o B) 50 C de bulunan bir maddenin Joule-Thomson katsayısını (µJT) Kelvin/atmosfer cinsinden hesaplayınız. Gerekli bağıntıyı Gibbs denklemleri ve Maxwell bağıntıları yardımıyla türetiniz. (maddenin molar hacmi = 355 mL/mol, sabit basınçta molar ısı kapasitesi Cp = 85 J/mol-K, termal genleşme katsayısı α = 3,9 x 10-5 K-1 ) CEVAP: -0,418 K/atm (20 puan) o 2) 27 C sıcaklıkta bir mol ideal gaz izotermal şartlarda ve a) tersinir olarak, b) tersinmez, sabit bir dış basınç altında, ilk hacminin 5 misline kadar genişliyor. Her iki durum için sistem ve çevredeki entropi değişimlerini (∆Ssistem, ∆Sçevre) Joule / Kelvin cinsinden ayrı ayrı hesaplayınız. (30 puan) CEVAP: a) 13,4 ve -13,4 J/K b) 13,4 ve -6,7 J/K o 3) Laboratuvarda düşük sıcaklıklara, örneğin -196 C’ye nasıl ulaşabilirsiniz? Uygulanan yöntemleri ve prensiplerini kısaca açıklayınız. (10 puan) 4) A (g) + 2B (g) . C (g) gaz fazı reaksiyonunu göz önüne alınız. 2 Litre hacmindeki bir reaktörün önce havası boşaltılıyor ve ardından reaktöre 5,00 mmol A ile 5,00 mmol B gönderiliyor. o 25 C’de yapılan reaksiyon sonucunda oluşan denge anında, 56 mm Hg basınç ölçüldüğüne göre standard denge sabiti (Kpo) değerini hesaplayınız. (30 puan) 3 CEVAP: 4,1×10 Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

2008/ 2009 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (22.12.2008) 0 0 1) 250 gram ağırlığında bir madde 20 C ve 1 atm den 40 C ve 800 atm e kadar hem ısıtılıyor hem de basıncı arttırılıyor. Bu sırada iç enerjisi kaç Joule değişir? (35 puan) -4 -1 -5 -1 Not: Termal genleşme katsayısı α = 2,7×10 K , izotermal sıkışabilirlik κ = 8,2×10 atm , sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi CP = 23 J/mol-K, mol ağırlığı = 150 g/mol ve yoğunluğu 13,5 g/mL ve sabit olarak alınız. CEVAP: 689 J 2) İdeal bir gazın bir molü a) tersinir olarak, ve b) sabit bir dış basınç altında tersinmez olarak adyabatik şartlar altında ilk basıncının 10 misline kadar sıkıştırılıyor. Her iki durum için (sayısal olarak) entropi değişimlerini Joule/Kelvin cinsinden hesaplayınız. ( C = 1.5 R) (35 v puan) CEVAP: a) 0 J/K b) 12,6 J/K 3) A) Bir iş makinasının verimi ile klimanın verimini karşılaştırın. Hangisinin verimi daha yüksektir? Neden? Kısaca açıklayınız. (10 puan) o o B) Hava sıcaklığı 6 C iken bir ofisin iç sıcaklığı 22 C’de tutulmaya çalışılıyor. Klima, maksimum termodinamik veriminin % 25’i ile çalıştığını varsayarsak 1 kWh iş başına oda içerisinde ısı transferi kaç kW (kJ/saniye) olarak gerçekleşir? (20 puan) CEVAP: 4,6 kWh veya 16560 kW Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2008/ 2009 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (10.11.2008) 1) Berthelot’a göre gerçek gazların davranışı aşağıdaki denklemle ifade edilmektedir:  a    P + 2 (V − b) = RT    T V  Denklemde P, V , ve T sırasıyla gazın basıncı, molar hacmi ve sıcaklığıdır, a ve b ise denklem sabitleridir. Yukarıdaki denkleme uygun davranan gazların kritik sıcaklığını (T ) a ve b c sabitleri cinsinden veren bir denklem türetiniz. (20 Puan) CEVAP: [8a/(27bR)]0.5 2) (A) Termodinamiğin 1. yasasının en az üç tanımını yaparak, örneklerle ve düzgün cümleler kurarak açıklayınız. (B) Termodinamiğin 2. yasasının en az üç tanımını yaparak, örneklerle ve düzgün cümleler kurarak açıklayınız. (C) Termal kirlenme neden oluyor? Açıklayınız. Gerilmiş bir yayı su içine koyup bıraktığınızda suyun sıcaklığı artar. Neden? Sıcak bir suyun içine gerilmemiş soğuk bir yay koyduğunuzda yay gerilmez. Neden? (D) Joule ve Joule-Thomson denemeleri hangi amaçla yapılmıştır? Açıklayınız (Ayrıntılı denemeyi ve denklemleri değil sadece deneylerin yapılış amaçlarını açıklayınız) (20 Puan) 3) Silindir içerisinde 1 litre hacmindaki bir gaza 2,5 kJ ısı akışı gerçekleşiyor ve gaz izotermal olarak sabit 0,1 atm’lik bir dış basınca karşı genişliyor. Gazın son hacmi kaç litre olur ve bu esnada ne kadar iş yapar? (20 Puan) CEVAP: 248 L, -2,5 kJ o C = 1,5R) 4) 500 mL hacminde ve 80 C sıcaklıkta 2 mol ideal gaz ( v a) tersinir olarak, (20 Puan) b) sabit bir dış basınca karşı, (2o Puan) 60 atm’e kadar genişliyor. Her iki proses sırasında a) ısı akışı, b) iş, c) iç enerji, ve d) entalpi değişimleri kaç joule olur? e) Yine her iki proses sırasında evrendeki entropi değişimleri kaç joule/Kelvin olur? Hesaplayınız. CEVAP: Tersinir durum için: T2=271K, q=0, w=∆∆U=-2045 J, ∆∆H = -3409 J, ∆∆S =0 ∆∆ ∆∆ ∆∆ J/K, 0 J/K. Tersinmez durum için: T2 = 285 K, q=0, w=∆∆U=-1696 J, ∆∆H = -2827 J, ∆∆S ∆∆ ∆∆ ∆∆ =2,06 J/K, 0 J/K. Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2007 / 2008 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (22.05.2008) 1) Kimyasal potansiyel nedir? Fazlar arası dengelere ulaşırken kimyasal potansiyel nasıl değişir? Kimyasal potansiyel ile ozmotik basınç arasında nasıl bir ilişki vardır? Örneklerle açıklayınız? (15 Puan) 2) 20 mmol A ve 20 mmol B bir kaba konularak 1000 Kelvin sıcaklığa ısıtılıyor ve A (g) + 2 B (g) .. C (g) + D (g) .. gaz fazı reaksiyonu dengesi sağlanıyor. Denge anında toplam basıncın 1500 torr olduğu ve 2 mmol C içerdiği ölçülüyor. İdeal gaz varsayımı yaparak standart denge sabiti K o ve ∆Go p değerlerini hesaplayınız. Bulduğunuz sonucu (Kp o ve ∆Go değerlerini) nasıl yorumluyorsunuz? (20 puan) Cevap: 0,0167 ve +34 kJ/mol (Not: Hatırlıyorsanız gerekli denklemleri türetmeden kullanabilirsiniz) 3) 1 mol ideal gaz 300 Kelvin sıcaklıkta ve 2 Litre hacımda bulunmaktadır. Bu gaz izotermal şartlarda ve sabit 5 atm dış basınç altında dengeye ulaşana kadar genişlediğinde a) sistemdeki entropi değişmesi (10 puan), ve b) çevredeki entropi değişmesi (25 puan) kaç J/K olur? Gerekli denklemleri türeterek hesaplayınız. Cevap: a) 7,49 J/K. b) -4,94 J/K ∂ U  4) A) Sabit sıcaklıkta iç enerjinin basınca (   ) bağlı değişim katsayısını α, κ, T ve V  ∂P T cinsinden türetiniz. B) Türettiğiniz ifadelerin ideal gaz varsayımında sıfıra eşitlendiğini -4 -1 -5 -1 2 gösteriniz. C) α = 10 K , κ = 10 atm ve molar hacim = 10 mL/mol olan bir sıvı için 0 20 C ve 10 atm deki katsayı değerini J/atm-mol cinsinden hesaplayınız. (30 puan) R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Cevap: c) -0,30 J/atm-mol Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

2007 / 2008 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (22.04.2008) 1) 5 mol ideal gaz ( 0 C = 1.5 R) 15 C sıcaklıkta ve 1 atm basınç altında bulunmaktadır. Gaz v aniden 50 atm dış basınç altında ve A) izotermal olarak, B) adyabatik olarak dengeye ulaşana kadar sıkıştırılıyor. Bu prosesler sırasında (ayrı ayrı A ve B şıkları için) gaz sisteminde ve evrendeki entropi değişimlerini Joule/K cinsinden hesaplayınız. (34 puan) Cevap: a) -162,6 ve 1874 J/K b) 151,8 ve 151,8 J/K o o 2) İstanbul’da bir yaz günü hava sıcaklığı 30 C iken bir klima sistemi evin içini 22 C de tutmaya çalışıyor. Klima, maksimum etkinliğinin % 70i ile çalıştığına gore 1kW güç başına evden kaç kW ısı uzaklaştırır? Sistemi çizerek ve gerekli denklemleri türeterek çözünüz. (20 puan) Cevap: 25,81 kW ∂H  ∂H  3) a)   ve   katsayılarının termal genleşme katsayısı α, izotermal sıkıştırabilirlik  ∂T V  ∂V T κ, ısı kapasitesi cinsinden ifadelerini yazınız. b) Bu ifadeler ideal gaz durumunda ne olur, gerekli sadeleşmeleri yaparak açıklayınız. c) -5 -1 -7 -1 o α = 4,0×10 K , κ = 7,8×10 atm , C = 30 J/(mol-K) olan 25 mL hacminde ve 25 C v sıcaklıkta ki bir mol maddenin bu katsayılarını sırasıyla J/K ve J/litre birimlerinden hesaplayınız. (31 puan) Cevap: c) 160 J/K ve -1,28×10-8 J/L 4) a) NaCl, KCl, ve AgCl tuzlarının suda çözünmeleri sırasında entalpi değişimleri sırasıyla +4, +17, ve + 45 kJ/mol’dür. Bu tuzlardan NaCl ve KCl’ün suda çözünmesini, AgCl’in ise suda çözünmemesini nasıl açıklarsınız? Tuzların çözünürlükleri ısıttıkça artar mı? azalır mı ? b) Polimerizasyon reaksiyonlarında daha düzenli yapılar oluşur. Buna rağmen reaksiyonların gerçekleşmesini nasıl açıklarsınız? Reaksiyonların sıcaklığa bağımlılığı ne olabilir?

R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. ☺ bol şanslar ☺ 2007 / 2008 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (18.03.2008) 1) 5 mol ideal gaz ( Cv = 1,5 R) 13 litre hacminde bir silindir içersinde ve 10 atm basınç altında bulunmaktadır. Bu gaz adyabatik şartlarda 30 atm’de denge durumuna kadar a) tersinir olarak ve, Cevap: 10900 J, 10900 J, 18166 J b) sabit bir dış basınç altında Cevap: 15800 J, 15800 J, 26335 J sıkıştırılıyor. Her iki proses sırasında yapılan işi, iç enerji ve entalpi değişimlerini Joule cinsinden hesaplayın. (30 puan) 2) Sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi C ile sabit hacimdaki molar ısı kapasitesi C p v arasındaki farkı P, V, U cinsinden türetiniz. Bu farkın ideal gazlar için R gaz sabitine eşit olmasının nedenini düzgün cümleler kurarak, Joule ve Joule – Thomson denemelerinden bahsederek açıklayınız. (20 puan) 3) İdeal gaz proseslerinde iç enerjisi değişimi hacme bağlı olmadığından iç enerji değişimi o o dU = nC dT dekleminden çıkılarak hesaplanıyor. Örneğin 15 C ve 10 litre hacımdan 30 C v ve 500 litre hacme kadar ideal bir gazın ısıtılması sırasında gaz hacmindeki değişime rağmen, bu ifade (sabit hacım ifadesi) kullanılıyor. Neden? Verilen örnek için bu ifadeyi türetin. (15 Puan) 4 A) Termodinamiğin birinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız, örneklerle açıklayınız (10puan). B) Termodinamiğin ikinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız, örneklerle açıklayınız (10 puan). 6 6 -2 3 -1 5) Etan gazı için van der Waals sabitleri a = 5.50×10 cm .atm.mol ve b = 65.0 cm .mol olduğuna göre etan gazı hangi sıcaklıkta ideal davranır? Neden ? Gerekli denklemleri van der Waals denkleminden çıkarak türetiniz. (15 puan) Cevap: 1031 K

R = 0,08206 L-atm/mol-K = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. ☺ bol şanslar ☺ 2007 / 2008 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (10.01.2008) 1A) 2 S Cl (g) + 2H O (s) . 4 HCl (g) + SO (g) + 3/8 S (k) 2 2 2 2 8 Reaksiyonunda her bir reaktan ve ürün için stokiyometrik katsayıları (ν ) yazınız. (5 puan) i 1B) Yukardaki reaksiyonda 2 mol SO oluştuğunda reaksiyonun ilerleme derecesi ξ ne olur? 2 (5 puan) Cevap: 2 1C) Kimyasal potensiyal nedir? Yukarıdaki reaksiyon için denge şartını nasıl gösterebilirsiniz? Fazlar arası madde akışında denge durumuna ulaşıldığında kimyasal potansiyel değerleri ne olur? Maddenin fazlar arasında akış yönü nasıl bulunur? Açıklayın. (10 puan) 1D) ( ) 3 ( ) 2 ( ) 0 0 N 2 g + H 2 g ⇔ NH 3 g reaksiyonunun 25 C de standart Gibbs serbest enerjisi ∆G = -32,90 kJ/mol ve standart reaksiyon entalpisi ∆H 0 = -92,22 kJ/mol olduğuna göre o o 0 reaksiyonun 25 C ve 227 C’lerdeki standart denge sabiti Kp değerlerini hesaplayın. (10 5 puan) Cevap: 5,85×10 ve 0,17 2A) Evrendeki entropi değişimi ile Gibbs serbest enerjisi değişimi arasındaki bağıntıyı türetiniz. (15 puan) 2B) Hava sıcaklığı –4 oC iken bir klima sistemi odanın iç sıcaklığını 21 oC da tutmaya çalışıyor. 1 kJ iş başına odaya en fazla kaç kJ ısı transferi gerçekleşebilir? Problemi çizerek ve gerekli bağıntıları çizim yardımı ile türeterek çözünüz (20 puan) Cevap: -11,76 kJ 0 0 3) Bir maddenin 500 gramı 25 C ve 2 atm den 500 C ve 1200 atm e ısıtıldığında entalpisi kaç Joule değişir? (35 puan) Cevap: 60448 J Not: Termal genleşme katsayısını α = 7,5×10-5 K-1, sabit basınçtaki molar ısı kapasitesini CP = 23,7 J/mol-K, mol ağırlığını = 750 g/mol ve yoğunluğunu 1,08 g/mL ve sabit olarak alınız. R = 82,06 mL-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K)

üretilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. ☺ bol şanslar ☺ 2007 / 2008 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (10.12.2007) 1) a) Termodinamiğin birinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız ve örneklerle açıklayınız (12,5 puan). b) Termodinamiğin ikinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız ve örneklerle açıklayınız (12,5 puan). 2) Bir mol Neon gazı havası boşaltılmış bir litrelik balona konuluyor. Neon gazının van der Waals denklemine uygun davrandığı varsayılırsa Joule katsayısı kaç Kelvin / Litre olur? Hesaplayınız. Cevap: -1,71 K/litre 2 2 Not: Neon gazının van der Waals sabiti a = 0,21 l .atm/mol dir. Neon’un sabit hacımdaki ısı kapasitesi C yi 1,5R olarak alınız. Van der Waals denklemi (P + a/ V 2) ( V -b) = RT v İpucu: Gerekli denklemi Gibbs ve Maxwell bağıntılarından türetirken sabit hacımdaki basıncın sıcaklık katsayısı (dP/dT) yi van der Waals denkleminden hesaplayınız. (25 puan) V o o 3) Kütlesi bir ton olan ve -3 C sıcaklıktaki buz dağının Kuzey Buz Denizinde 5 C sıcaklıktaki deniz suyunda eriyerek kaybolması sonucu evrendeki entropi değişimi kaç Joule / Kelvin 6 6 4 olur? Hesaplayınız. Cevap: 1,32×10 -1,29×10 =3×10 J/K Not: Deniz suyunun sıcaklığını sabit varsayınız. Buzun erime entalpisi ∆Herime = 5980 J/mol. Buzun ve deniz suyunun molar ısı kapasitelerini ( CP ) sırasıyla 38,1 J/(mol-K) ve 75,3 J/(mol-K) olarak alınız. (25 puan) 4) İdeal bir gaz, izotermal şartlarda hacminin iki katına kadar genişliyor. Bu sırada evrendeki entropi değişimi gazın birim molü başına kaç Joule / Kelvin olur? A) Tersinir, ve B) sabit bir dış basınç altında tersinmez genişleme için hesaplayınız. Cevap: a) 5,76-5,76 = 0 J/K ve b) 1,6 J/K Not: Her iki durum için system ve çevredeki entropi değişimlerini ayrı ayrı hesaplayınız. (25 puan)

R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. ☺ bol şanslar ☺ 2007 / 2008 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (5.11.2007) 1) a) Termodinamiğin birinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız ve örneklerle açıklayınız (12,5 puan). b) Termodinamiğin ikinci prensibi için üç ayrı tanım yazınız ve örneklerle açıklayınız (12,5 puan). 2) Aynı sıcaklık ve aynı basınç altında bulunan bir ideal gazı ve bir de gerçek gazı önüne alınız. Hangisinin hacmi daha büyüktür? Neden? Virial gaz denklemini ve katsayılarının bağlı olduğu faktörleri gözönüne alarak açıklayınız? (20 puan) 3) 500 mL hacminde ve 100 atm basınç altında bulunan 2 mol ideal gaz 2 atm’lik bir dış basınca karşı adyabatik olarak genişliyor. Bu sırada gaz kaç kJ iş yapar. Hesaplayınız. ( C = v 1,5 R) (30 puan) Cevap: -2,98 kJ 4) 5 atm basınç altında ve 20 litre hacminde 3 mol ideal gaz 1 atm basınca kadar izotermal ve a) tersinir ve b) sabit 1 atm dış basınç altında tersinmez olarak genişliyor. Her iki durum için iç enerji ve entalpi değişimlerini, ısı akışını ve işi joule cinsinden hesaplayınız. (25 puan) Cevap: a) w = – q = -16306 J b) w = – q = -8105 J R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

TERMODİNAMİK SORULARI VE CEVAPLAR – OĞUZ OKAY 2006 / 2007 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (20.03.2007) 1) 1 mol ideal gaz ( C = 1,5 R) aşağıda şekilde verilen tersinir çevrimi yapmaktadır. AB ve v CD arası izotermal, BC ve DA arası ise adyabatik olarak gerçekleşmekte olup AB arasında o gazın sıcaklığı 50 C dır. A, B, C, ve D noktalarında gazın basıncı sırası ile 2 atm, 1 atm, 0,5 atm, ve 1 atm dir. a) Her bir basamaktaki ısı akışı (q), iş (w), iç enerji değişimi (∆U) ile entalpi değişimini (∆H) joule cinsinden hesaplayınız. (30 puan) b) Çevrimsel proses sırasında kaç joule ısı işe (veya iş ısıya) dönüşmüştür? (3 puan) c) Çevrimsel prosesin termodinamik verimi yüzde kaçtır? (7 puan) P / atm 2.0 A 1.5 B 1.0 D 0.5 C V / litre

Cevap: AB) w=-q=-1861 J, BC) w = ∆∆U = -975, q = 0, ∆∆H = -1625 J. CD) w=-q = 1411 J. ∆∆ ∆∆ DA) ∆∆U=w = 975, ∆∆H=1625, q =0. 450 J ısı işe dönüşür ve verim %24. ∆∆ ∆∆ 2) 2,5 atm basınç altında bulunan 2 mol ideal gazın hacmi 20 litreden 50 litreye kadar sabit bir dış basınç altında adyabatik olarak genişliyor. Bu proses sırasındaki ısı akışını (q), işi (w), iç enerji değişimini (∆U) ve entalpi değişimini (∆H) joule cinsinden hesaplayınız. ( C = 1,5 R) v (20 puan) Cevap: T2 = 217,6 K, ∆∆U=w= – 2171 J, ∆∆H = -3621 J. ∆∆ ∆∆ 2,5 atm 2 mol Pdış 20 L 3 A) van der Waals denkleminden Virial denklemini, P V B C = 1+ + + … R T V V 2 türetiniz. Gazların ideal davranış gösterdiği sıcaklıkta ideal olmayan etkiler neden kaybolmaktadır? Açıklayınız. (10 puan) B) Yukarıdaki Virial denkleme uyan bir gazın tersinir ve izotermal genişlemesi sırasında yaptığı işi gazın mol sayısı, ilk ve son hacmi ve gazın B ve C katsayıları cinsinden hesaplayınız. (10 puan) 4 A) Termodinamiğin birinci yasasını üç ayrı tanımını yapınız. Örnekler vererek açıklayınız. (10 puan) B) Termodinamiğin ikinci yasasını tanımlayınız ve açıklayınız. Demir paslanır. Kağıt yanar. NaCl suda çözünür. Ancak bu proseslerin tersi gerçekleşmez, yani paslanmış demir saf demir haline gelmez, yanma ürünlerinden kağıt oluşmaz, NaCl sudan ayrılmaz. Neden? (10 puan) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2006 / 2007 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (Ocak 2007) 1) A) Entropi nedir? Düzgün cümleler kurarak ve örnekler vererek açıklayınız. B) “Katı, sıvı veya gaz halindeki küçük moleküller ard arda kimyasal olarak bağlanarak yüksek molekül ağırlıklı bileşikleri (polimerleri) oluştururlar.” “Bazı tuzlar suda çözünmezler.” Her iki durumu termodinamik olarak nasıl açıklarsınız? Soğukta suda çözünmeyen ancak sıcakta kolayca suda çözünebilen tuzlar için entalpi ve entropi değişimlerinin işaretleri ne olabilir? C) Kimyasal potansiyal nedir? Fazlar arasındaki dengeyi ve reaksiyon dengesini termodinamik olarak nasıl ifade edebilirsiniz? Gerekli bağıntıları türetiniz. Ozmotik basınç nedir ve nasıl ortaya çıkar? (30 puan) o o 2) -30 C deki 50 gram buzun 95 C de su haline gelmesi sırasında evrendeki entropi değişimi o kaç Joule/K olur? hesaplayınız. (Çevrenin sıcaklığının 95 C ve sabit olduğunu varsayın) (su ve buz için molar ısı kapasiteleri Cp = 75.3 (su) ve 38.1 J/mol-K (buz). Buzun erime ısısı 5980 J/mol ) Cevap: 27,9 J/K (20 puan) 3) H (g ) + C O (g ) ←→ H O(g ) + CO(g ) 2 2 2 gaz fazı reaksiyonu 1259 K ve 1 atm de yapılıyor. Reaksiyon sistemi başlangıçta 10,1 mol CO ve 89.9 mol H den oluşmaktadır. 2 2 Reaksiyondaki denge anında 9,4 mol CO nun oluştuğu deneysel olarak saptanıyor. a) 1259 K deki standart denge sabitini (K 0) ve standart Gibbs serbest enerjisi değişimini p 0 (∆G ) hesaplayınız. Cevap: 1,568 ve -4,708 kJ/mol b) Yukarıda verilen reaksiyonun 2000 K sıcaklıktaki denge sabiti Kp0 = 3,50 olduğuna göre 0 0 reaksiyonun entalpi değişimini (∆Η ) hesaplayınız. (∆Η ın sıcaklığa bağımlılığını ihmal ediniz) Cevap: 22,7 kJ (25 puan)

4) Sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi Cp = 65,8 J/mol-K, termal genleşme katsayısı α = -4 -1 0 2,3×10 K ve molar hacmi 26,3 mL/mol olan bir sıvının 25 C sıcaklıktaki Joule-Thomson katsayısını (µJT) K/atm cinsinden hesaplayınız. (25 puan) Cevap: -0,0377 K/atm Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K ; 1,987 cal/mol-K ; 82,06 L-atm/mol-K ☺ bol şanslar ☺ 2006 / 2007 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (18.12.2006) 1) A) Düşük sıcaklıklara nasıl ulaşabilirsiniz? Uygulanan yöntemleri açıklayınız (12.5 puan). B) Evrendeki entropi değişmesi ile Gibbs ve Helmholtz serbest enerji değişimleri arasında nasıl bir bağıntı vardır? Türetiniz. (12.5puan). 2) A) Isıtma amaçlı bir klima sisteminin termodinamik verimini ve maksimum verimini o gerekli çizimler ve açıklamalarla türetiniz. (15 puan) B) Hava sıcaklığı –1 C iken bir o odanın iç sıcaklığı 19 C de tutulmaya çalışılıyor. Odanın içerisinde birim zamanda 20 kJ ısı transferinin gerçekleşmesi için klimaya en az kaç kJ iş yapılmalıdır? (10 puan) Cevap: 1,4 kJ 0 0 3) Bir maddenin 10 gramı 15 C ve 5 atm den 150 C ve 220 atm e ısıtıldığında iç enerjisi kaç Joule değişir? (25 puan) Cevap: 104,6 J Not: Termal genleşme katsayısı α = 3,5×10-5 K-1, izotermal sıkışabilirlik κ = 4,8×10-5 atm-1, sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi CP = 19 J/mol-K, mol ağırlığı = 245 g/mol ve yoğunluğu 3,9 g/mL ve sabit olarak alınız. 0 4) 1 mol ideal gaz ( C = 1.5 R) 25 C sıcaklıkta ve 5 atm basınç altında bulunmaktadır. Gaz v aniden 50 atm dış basınç altında ve adyabatik olarak dengeye ulaşana kadar sıkıştırılıyor. Bu proses sırasındaki system ve evrendeki entropi değişimlerini joule/K cinsinden hesaplayın. (25 puan) Cevap: 12,58 J/K

Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 82,06 mL-atm/mol-K ******* bol şanslar ********* 2006 / 2007 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (6.11.2006) 1) Basınç / Atm 1 mol ideal gaza (C = 1,5R) şekilde v görülen çevrimsel proses (A.B.C.A) A 8,,00 yaptırılıyor. (A. B izotermi tersinirdir) izoterm A) Her bir basamaktaki ısı akışı, iş, iç enerji, C B ve entalpi değişimlerini (q, w, ∆U, ∆H) kJ 3,00 hesaplayınız. cinsinden B) Çevrimsel proses sonucunda ne kadar ısı işe (veya iş ısıya) dönüşür? Toplam iç enerji, 2,50 6,67 Hacım / litre ve entalpi değişimleri ne olur? Hesaplayınız. (35 puan) Cevap: AB) w = -q = -1,99 kJ. BC) w = 1,27 kJ, q = -3,165 kJ, ∆∆U=-1,90 kJ, ∆∆H = -3,165 ∆∆ ∆∆ kJ, CA) w=0, ∆∆U= q= 1,90 kJ, ∆∆H = 3,165 kJ ∆∆ ∆∆ 0,72 kJ ısı işe dönüşür. NOT: İLK ÖNCE A, B, VE C DEKİ SICAKLIKLARI HESAPLAYIN! 2) 1,5 mol ideal gaz ( 0 Cv = 1,5 R ) 25 C sıcaklık ve 5 atm basınç altında bulunuyor. Aşağıdaki prosesler sırasında ki ısı akışı (q), iş (w), iç enerji değişimi (∆U) ve entalpi değişimini (∆H) kiloJoule (kJ) cinsinden hesaplayınız: (35 puan)

a) Tersinir ve izotermal olarak 2 atm e kadar genişletiliyor, (3 puan) b) Sabit 2 atm lik bir dış basınç altında izotermal olarak genişletiliyor, (6 puan) c) Tersinir ve adyabatik olarak 2 atm e kadar genişletiliyor, (13 puan) d) Sabit 2 atm lik bir dış basınç altında genişletiliyor. (13 puan) (NOT: HER BİR ŞIKKI BİRBİRİNDEN BAĞIMSIZ OLARAK DÜŞÜNÜN!) Cevap: a) w=-q = -3,4 kJ; b) w=-q=-2,2 kJ; c) T2 = 206,6 K, ∆∆U=w= -1,71 kJ, ∆∆H=-2,85 ∆∆ ∆∆ kJ. d) T2 = 226,5 K, ∆∆U=w= -1,34 kJ, ∆∆H=-2,23 kJ. ∆∆ ∆∆ 3) A) Termodinamiğin birinci prensibini düzgün cümleler ve örneklerle açıklayınız. İdeal monatomic bir gazın sabit hacımdaki ısı kapasitesi 1,5R’ye eşittir. Neden? (10 Puan) B) Termodinamiğin ikinci prensibini ve entropi fonksiyonunun ortaya çıkışını düzgün cümleler ve örneklerle açıklayınız. (10 Puan) C) Boyle sıcaklığı ve kritik sıcaklık nedir. Düzgün cümleler ve grafiklerle açıklayınız. (10 Puan) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (BAHAR 2006) 4) 10 mmol A ve 12 mmol B bir kaba konularak 500 Kelvin sıcaklığa ısıtılıyor ve A (g) + B (g) .. 2C (g) + D (g) .. gaz fazı reaksiyonu dengesi sağlanıyor. Denge anında toplam basıncın 1000 torr olduğu ve 5 mmol C içerdiği ölçülüyor. İdeal gaz varsayımı yaparak standart denge sabiti Kp o ve ∆Go değerlerini hesaplayınız. (30 puan) (Not: Hatırlıyorsanız gerekli denklemleri türetmeden kullanabilirsiniz) Cevap: 0,0477 ve 12,6 kJ/mol ∂ U  ∂H  2) Α) Sabit sıcaklıkta iç enerjinin basınca (   ) ve entalpinin hacme (   ) bağlı  ∂P T ∂V T değişim katsayılarını α, κ, T ve V cinsinden türetiniz. B) Türettiğiniz ifadelerin ideal gaz -4 -1 -5 -1 varsayımında sıfıra eşitlendiğini gösteriniz. C) α = 10 K , κ = 10 atm ve molar hacim = 2 0 10 mL/mol olan bir sıvı için 0 C ve 1 atm deki katsayı değerlerini sırasıyla J/atm-mol ve J/mL cinslerinden hesaplayınız. (30 puan) Cevap: C) -0,276 J/mol-atm ve -9855 J/mL 0 3) 3 mol ideal gaz ( C = 1.5 R) 15 C sıcaklıkta ve 1 atm basınç altında bulunmaktadır. Gaz v aniden 10 atm dış basınç altında ve A) adyabatik olarak B) izotermal olarak dengeye ulaşana kadar sıkıştırılıyor. Bu prosesler sırasında ki (ayrı ayrı A ve B şıkları için) iç enerji, entalpi, system ve evrendeki entropi değişimleri joule (veya joule/K) cinsinden ne olur? Hesaplayınız. (40 puan) Cevap: A) 38790 J, 64650 J, 37,73 J/K, 37,73 J/K. B) 0 J, 0 J, -57,43 J/K, 167,05 J/K Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (25.04.2005) 1) o o -8 C sıcaklıkta ve 1 atm basınç altında bulunan 1 mol buz, 200 C sıcaklıkta ve 2 atm basınç altında su buharı haline geldiğinde evrendeki entropi değişimi kaç Joule/Kelvin olur? Hesaplayınız. (26 puan) Cevap: 158,03-116,8 = 41,2 J/K o Çevrenin sıcaklığı 200 Cdir. Buzun erime ve buharlaşma entalpileri sırasıyla 5980 J/mol ve 40,6 kJ/mol dur. Buzun, suyun, ve su buharının sabit basınçtaki molar ısı kapasiteleri sırasıyla 38,1; 75,3; ve 35,4 J/mol-K dir. 2) o 1 atm basınç altında ve 25 C sıcaklıkta 1 mol suyun Joule katsayısını Kelvin/mL cinsinden hesaplayınız. (27 puan) Cevap: -2,47 K/mL Suyun termal genleşme katsayısı α = 3,06×10-4 K-1, izotermal sıkışabilirliği κ = 5,2×10-5 atm- 1, ve C = 72,0 J/mol-K dir. v o 3) Bir buzdolabının motoru buzdolabı içerisinden 45 kJ ısı uzaklaştımakta ve 27 C deki sıcak kaynağa 67 kJ ısı aktarmaktadır. Buzdolabının maksimum verimle çalıştığını varsayarak buz dolabının iç sıcaklığını hesaplayınız. (27 puan) Cevap: -71,5 oC o 4) 15 C sıcaklıkta ve 5 litre hacminde 1 mol ideal gaz izotermal şartlarda ve aniden 50 litre hacme genişliyor. Bu sırada evrendeki entropi değişimini hesaplayınız. (20) Cevap: 11,66 J/K Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2005 / 2006 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (21.03.2005) 1) o 80 C sıcaklıkta ve 50 litre hacminde bir silindir içerisinde 2 mol ideal gaz bulunuyor. Bu gaza 5 kJ ısı akışı gerçekleşiyor ve gaz izotermal olarak a) sabit bir dış basınca karşı, b) tersinir olarak genişliyor. Her iki durum için gazın son basıncını atm. cinsinden hesaplayın. (30puan) Cevap: a) 0,172 atm b) 0,495 atm 0 2) 5 mol ideal gaz ( C = 1.5 R) 100 C sıcaklıkta ve 10 atm basınç altında bulunmaktadır. v Bu gazın 25 atm’lik bir dış basınç altında denge durumuna kadar adyabatik şartlarda sıkıştırılması sırasında iç enerji ve entalpi değişimleri ne olur? Joule cinsinden hesaplayın. (30 puan) Cevap: 13955 J ve 23258 J 3) A) Termodinamiğin birinci ve ikinci prensiplerini düzgün cümleler ve örneklerle açıklayınız. (10 Puan) B) Virial denklemi, van der Waals denkleminden çıkarak türetiniz. Boyle sıcaklığı 2 -2 nedir? Açıklayınız. Karbonmonoksit gazının van der Waals sabitleri a = 1,47 atm. l . mol ve b = 0,0393 l.mol-1 olduğuna göre karbonmonoksitin Boyle sıcaklığı kaç derecedir. (10 Puan) Cevap: 456 K C) Joule ve Joule – Thomson denemeleri niçin yapılmıştır? Kısaca açıklayınız. (10 Puan) D) İdeal gaz proseslerinde iç enerjisi değişimi hacme bağlı olmadığından iç enerji de o ğişimi dU = nC dT dekleminden çıkılarak hesaplanıyor. Örneğin 25 C ve 1 litre hacımdan v 30oC ve 5 litre hacme kadar ideal bir gazın ısıtılması sırasında, gaz hacmindeki değişime rağmen, bu ifade kullanılıyor. Neden? Verilen örnek için bu ifadeyi türetin. (10 Puan) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2005 / 2006 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (20.1.2006) 1A) Kimyasal potensiyal nedir? Açık sistemlerde kendi kendine madde akışı hangi yönde gerçekleşir? Materyal denge şartı nedir? Ozmotik basınç nedir? Açıklayınız. 1B) Bir reaksiyonun ilerleme derecesi ξ , stokiyometrik katsayı ν nedir? Açıklayınız. H + i 2 1/2 O . H O reaksiyonunda beşer mol hidrojen ve oksijen reaksiyona sokuluyor. Reaksiyon 2 2 ortamında 2 mol hidrojen kaldığı an reaksiyonun ilerleme derecesi ne olur? 1C) Gazların kritik sıcaklığı nedir? Deneysel olarak nasıl belirleyebilirsiniz? 1D) Suyun çeşitli halleri için (katı, sıvı ve gaz) mutlak entropiler 189, 70, ve 48 J/mol-K olarak hesaplanmıştır. Hangi değer hangi haline karşılık gelebilir, neden? (20 puan) 0 0 2) 95 C sıcaklıktaki 150 gram su ile 25 C sıcaklıkta 50 gram su izole bir oda içerisinde karıştırılıyor ve dengeye ulaşması bekleniyor. Bu esnada evrendeki entropi değişmesi ne o olur? Hesaplayınız. (suyun spesifik ısısı = 1 cal/g- C) (25 puan) Cevap: 0,805 cal/oC 0 0 5 3A) N 2 (g )+3H 2 (g )⇔2NH 3 (g ) reaksiyonunun 25 C de standart denge sabiti Kp = 6,8×10 ve amonyağın oluşum entalpisi ∆H 0 -46,11 kJ/mol olduğuna göre reaksiyonun standart f ,NH 3 (g ) 0 0 0 Gibbs serbest enerjisi ∆G ve reaksiyonun 100 C sıcaklıktaki standart denge sabiti Kp nedir. Hesaplayınız. (15 puan) Cevap: 0,-33,3 kJ ve 382 3B) A(g ) ⇔ B (g ) + 2 C (g ) gaz fazı reaksiyonunda ve 2 atm basınçta denge anında gözlenen mol kesirleri x = 0.20, x = 0.40, ve x = 0.52 olduğuna gore standart denge sabiti A B C 0 o Kp yi hesaplayınız. (Standart basınç = P = 1 bar = 750 mmHg) (15 puan) Cevap: 2,2 -3 -1 -4 -1 3 0 4) α = 5,5×10 K , κ = 2,05×10 atm ve molar hacmi 50 cm /mol olan bir sıvı için 25 C ve ∂H  ∂ U  3 1 atm. de   ve   değerlerini sırasıyla J/cm ve J/atm-mol cinslerinden ∂V T  ∂P T hesaplayınız. (25 puan) Cevap: 316 J/mL ve -8,3 J/atm-mol R = 8,314 J/mol-K veya 82,06 mL-atm/mol-K

2005 / 2006 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (5.12.2005) 1) A) Düşük sıcaklıklara nasıl ulaşabilirsiniz? Uygulanan yöntemleri açıklayınız (12.5 o puan). B) 25 Cde bir gazın Joule-Thomson katsayısı 0.8 K/atm olduğuna gore bu gaz iki o kere 20 atm den 1 atm e genişletildiğinde sıcaklığı kac C olur? (12.5puan). Cevap: -5,4oC 2) Hava sıcaklığı –2 oC iken bir klima sistemi odanın iç sıcaklığını 22 oC da tutmaya çalışıyor. 1 kJ iş başına odaya en fazla kaç kJ ısı transferi gerçekleşebilir? Problemi çizerek ve gerekli bağıntıları çizim yardımı ile türeterek çözünüz (25 puan) Cevap: -12,3 kJ 3) A) Entropi nedir? Açıklayınız. Karışma sırasında, örneğin bir tuzun su ile karışması sırasında entropy değişimi ne olur? Neden? B) gümüş klorür tuzu suda çözünmez. Bu durum yukarıdaki açıklamanız ile çatışmıyor mu? Bu durumu termodinamik olarak nasıl açıklarsınız? C) Evrendeki entropi değişmesi ile Gibbs serbest enerjisi değişmesi arasında nasıl bir bağıntı vardır, türetiniz. (25 puan) 0 0 4) Bir maddenin 35 gramı 20 C ve 1 atm den 50 C ve 120 atm e ısıtıldığında entalpisi kaç Joule değişir? (25 puan) Cevap: 258,608 J -5 -1 Not: Termal genleşme katsayısını α = 8,5×10 K , sabit basınçtaki molar ısı kapasitesini CP = 24 J/mol-K, mol ağırlığını = 138 g/mol ve yoğunluğunu 5,4 g/mL ve sabit olarak alınız. Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2005 / 2006 GÜZ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (31.10.2005) 5) A) Termodinamiğin birinci ve ikinci prensiplerini düzgün cümleler ve örneklerle açıklayınız (20 puan). B) Boyle sıcaklığı nedir? Açıklayınız. Boyle sıcaklığını van der Waals gazlarının a ve b sabitlerinden veren denklemi türetiniz (20 puan). 2) 0 3 mol ideal gaz ( C = 1.5 R) 20 C sıcaklıkta ve 1 v atm basınç altında bulunmaktadır. Gaz 2 atm basınca kadar a) izotermal olarak ve yavaş yavaş (tersinir olarak) sıkıştırılıyor, (15 puan) b) izotermal olarak ve sabit 2 atm lik dış basınç altında sıkıştırılıyor, (15 puan) ve 3 mol c) adyabatik olarak ve yavaş yavaş (tersinir 1 atm 20 0C olarak) sıkıştırılıyor (30 puan). Her bir durum için ısı akışı, iş, iç enerji ve entalpi değişimlerini Joule cinsinden hesaplayınız Cevap: a) w=-q=5066 J. b) w=-q=7308 J c) ∆∆U=w=3502 J, ∆∆H=5837 J ∆∆ ∆∆ Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2002 / 2003 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (26.04.2003) 1) Dört farklı reaksiyon için aşağıdaki bilgiler mevcuttur: A) ∆H = ekzotermik, ∆S = azalıyor, B) ∆H = ekzotermik, ∆S = artıyor, C) ∆H = endotermik, ∆S = artıyor. D) ∆H = endotermik, ∆S = azalıyor, Bu reaksiyonlardan a) hangisi kesinlikle gerçekleşir, b) hangisi kesinlikle gerçekleşmez, c) hangisi düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir, ve d) hangisi yüksek sıcaklıklarda gerçekleşebilir. Nedenleriyle açıklayınız (25 puan). 2) 650 0 C sıcaklıktaki 36,0 gram su 20 C sıcaklıkta izole bir oda icerisinde (rezervuar) bırakılıyor. Sıcak su soğuyarak oda sıcaklığına ulaşıyor. Bu esnada evrendeki entropi değişmesi kaç J/K olur? Hesaplayınız. (25 puan) (suyun molar ısı kapasitesi CP = 75.3 J/mol-K. (Cevap : 1,6 J/K) 3) İzotermal bir proseste sistemin entalpisi hacme bağlı olarak değişirmi? İdeal gazlar ve gerçek sistemler için açıklayınız. Termal genleşme katsayısını α = 4,0×10-5 K-1, izotermal sıkışabilirliğini κ = 7,8×10-7 atm-1 olan bir maddenin entalpisinin hacımla değişim katsayısı ∂H  0   25 C sıcaklıkta kaç J/L dir. (25 puan)  ∂V T 8 (Cevap : -1,3×10 J/L) o 4) 0 C de 5,0 mol helyum gazı 9 atm. lik sabit bir dış basınç altında (tersinmez) adyabatik o olarak 10 litre hacme kadar genişlediğinde sıcaklığında 50 C lik bir azalma gözleniyor. Helyum gazını ideal ve CV = 1,5 R varsayarak bu proses sırasında gerçekleşen iç enerji, entalpi, ve entropi değişimlerini (∆U, ∆H ve ∆S) Joule ve Joule/K cinsinden hesaplayınız. (25 puan) (Cevap : -3118 J, -5196 J, 4,7 J/K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır. R = 8,314 J/mol-K veya 0,08206 L-atm/mol-K

2002 / 2003 KIŞ DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (2.01.2003) 0 0 1) Hava sıcaklığı 34 C iken bir klima sistemi ile oda iç sıcaklığının 21 C de tutulması isteniyor. Klima maksimum termodinamik etkinliğinin % 40ı ile çalıştığına göre 1 kWh iş başına odadan saniyede kaç kJ ısı emer ? (1kWh = 3600 kW, 1 kW = 1kJ/san.) (30 puan)(Cevap : 32566 kJ ısı emer) 0 0 2) 20 C de ve 1 atm basınç altında bulunan bir mol maddenin 80 C ve 100 atm basınca kadar ısıtılması esnasında entalpi değişmesi (∆H) ne olur ? (maddenin molar hacmini 100 mL/mol alınız. Maddenin termal genleşme katsayısı α = 1 x 10-5 K-1 ve molar ısı kapasitesi ( Cp ) = 30 J/mol-K) (35 puan) (Cevap : 2799 J) 3) 1 mol ideal gaza (C = 1,5R) şekilde v Basınç / Atm görülen siklik proses (A.B.C.A) yaptırılıyor. (A . B izotermi tersinirdir) A 5,00 izoterm Her bir basamaktaki ısı akışı, iş, iç enerji, entalpi ve entropi değişimlerini ( q, w, ∆U, B 1,00 ∆H, ∆S) kJ veya J/K cinsinden C hesaplayınız. Siklik proses sonucunda ne kadar ısı işe (veya iş ısıya) dönüşür? Toplam 26,51 132,5 iç enerji, entalpi ve entropi, değişimleri ne Hacım / litre olur? Hesaplayınız. (35 puan) (Cevap: AB) w = -q = -21605 J. BC) w=10738J, q=-26854 J, ∆∆U=-16113 J, ∆∆H = -26854 J. ∆∆ ∆∆ CA) ∆∆U=q=16113, w=0, ∆∆H=26855J. 10,864 kJ ısı işe dönüşür) ∆∆ ∆∆ R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

2002 / 2003 KIŞ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 2. VİZE SINAVI (16.12.2002) 0 0 1) 30 C de 25 g su ile 5 C de 80 g su izole bir system içinde karıştırılıyor ve dengeye gelmesi bekleniyor. Bu sırada evrendeki entropi değişmesini J/K cinsinden hesaplayınız. (25 Puan) (Cevap: 0,31 J/K) 0 2) 5 C de ve 2 atm basınç altında Helyum gazı bulunuyor. Bu gazı adyabatik şartlarda 0 50 C ye kadar ısıtmak istiyorsunuz. A) tersinir ve B) tersinmez (sabit bir dış basınç altında) proseslerde bu sıcaklığa kadar gazın ısınması için son basınç ne olmalıdır? Her iki durum için hesaplayınız. (25 Puan) (2,91 ve 2,81 atm) 0 0 3) 10 mL toluenin 20 C ve 1 atm den 70 C ve 5 atm e ısıtılması ile iç enerjisi kaç Joule artar, hesaplayınız. (30 Puan) (Cevap: 49884 J) 4) Herhangi bir T sıcaklığında yapılacak bir reaksiyondaki entalpi değişmesini nasıl hesaplayabilirsiniz? Bu hesap için hangi sabitlere ihtiyacınız vardır? Açıklayınız. (20 Puan) SABİTLER: 0 c (su)= 1 cal /g- C C (helium) = 1,5 R v Toluen: yoğunluk = 0,78 g/mL, mol ağırlık = 92 g/mol, termal genleşme katsayısı α = 5,2×10-3 K-1, izotermal sıkışabilirliği κ = 1,1×10-5 atm-1, C = 13,5 J/mol-K) p R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) = 1,987 cal /mol-K Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

2002 / 2003 KIŞ DÖNEMİ TERMODİNAMİK 1. VİZE SINAVI (18.11.2002) 1) 3.00 mol ideal gaz ( C = 1.5 R ) 250C sıcaklık ve 2.00 atm basınç altında bulunuyor. v Aşağıdaki prosesler sırasında ki ısı akışı (q), iş (w), iç enerji değişimi (∆U), entalpi değişimi (∆H), system, çevre ve evrendeki entropi değişimlerini (∆S) Joule veya Joule/Kelvin birimlerinden hesaplayınız: (80 puan) e) Tersinir ve izotermal olarak 2.40 atm e kadar sıkıştırılıyor, f) Sabit 2.40 atm lik bir dış basınç altında izotermal olarak sıkıştırılıyor, g) Tersinir ve adyabatik olarak 2.40 atm e kadar sıkıştırılıyor, h) Sabit 2.40 atm lik bir dış basınç altında sıkıştırılıyor. 2) Termodinamiğin birinci ve ikinci prensiplerini düzgün cümleler kurarak ve örnekler vererek açıklayınız. (20 puan) (Cp-Cv arasındaki fark hariç) kullanılan tüm denklemleri türetin. R = 0.08206 l-atm/(mol-K) = 8.314 J/(mol-K)

2001 / 2002 BAHAR DÖNEMİ TERMODİNAMİK FİNAL SINAVI (14.05.2002)  ∂S  1) a) Van der Waals gazı için   değerini türetiniz. İzotermal bir genleşme sırasında ∂V T ideal gazın mı yoksa van der Waals gazının mı entropisi daha fazla artar? Neden? (10 puan) b) Evrendeki entropi değişimi ile Gibbs serbest enerjisi değişimi arasındaki bağıntıyı türetiniz. (10 puan) c) Soğukta suda çözünmeyen ancak sıcakta kolayca suda çözünebilen tuzlar için entalpi ve entropi değişimlerinin işaretleri ne olabilir? (5 puan) 2) “Bir sistemin sıcaklığı arttırılırsa entropisi artar, basıncı arttırılırsa entropisi azalır.” 0 0 20.0 C sıcaklıkta bulunan suyun sıcaklığı 0.1 C arttırılıyor. Bu sırada entropi artışı olmaması için basıncı kaç atmosfer arttırılmalıdır? (Su için termal genleşme katsayısı α = 3×10-4 K-1, molar hacım = 18 mL/mol ve Cp = 75 J/mol-K) (25 puan) 3) a) Joule-Thomson denemesi olarak bilinen deneme ne amaçla yapılmıştır. Açıklayınız. Deneyi çizerek anlatınız. (10 puan) b) Sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi Cp = 75.2 J/mol-K, termal genleşme katsayısı α = -4 -1 0 1.6×10 K ve molar hacmi 35 mL/mol olan bir sıvının 25 C sıcaklıktaki Joule-Thomson katsayısını (µJT) K/atm cinsinden hesaplayınız. (15 puan) 4) 2 mol ideal gaz ( 0 C = 1.5 R) 20 C sıcaklıkta ve 2 atm basınç altında bulunmaktadır. Gaz v aniden 20 atm dış basınç altında ve adyabatik olarak dengeye ulaşana kadar sıkıştırılıyor. Bu proses sırasındaki iç enerji, entalpi, system ve evrendeki entropi değişimleri joule (veya joule/K) cinsinden ne olur? Hesaplayınız. (25 puan) R = 0,08206 l-atm/(mol-K) = 8,314 J/(mol-K) Türetilmeden kullanılan denklemler gözönüne alınmayacaktır.

Bir cevap yazın