Examen thermodynamica : verloop & voorbeeldvragen
Examen Januari 2022
Datum:
Oefeningen: woensdag 12 januari 2022, 9:00-12:00, lokalen D0.02, D0.03 +
D0.07
We vragen om vanaf 8:30u aanwezig te zijn, zodat we de lokalen rustig kunnen
opvullen en tijdig kunnen starten.
!! Rekenmachine niet vergeten !!
Theorie: 12-14 januari 2022
12/01/2022, 13u, E0.03 + E0.05, Chemie
13/01/2022, 8u, E0.05 + E0.07, groep 1 + groep 2A
14/01/2022, 8u, E0.03 + E0.10, groep 2B + groep 3
Quotering : 50 % oefeningen / 50 % mondeling
- oefeningen: open boek
- Theorie: gesloten boek
Oefeningenexamen (schriftelijk):
4-tal oefeningen, open boek, score op zowel oplossingsmethode als finale
uitkomst (let op eenheden, grootte-orde van antwoord, thermodynamische
consistentie)
Theorie-examen (schriftelijk):
- gesloten boek
- 2-tal ‘grotere’ theorievragen (zie voorbeeldvragen lager in dit document),
volledig schriftelijk te beantwoorden.
- en enkele kleinere theorievragen (bv. definities)
- een voorbeeldexamen kan op het eind van dit document gevonden worden
Principe
Tijdens het theorie-examen wordt de diepgang van de kennis van de stof getest,
dus inclusief de afleidingen, figuren, besprekingen.
Een tweetal berekeningen / afleidingen van Thermodynamische relaties wordt
gevraagd (bv. Formule van Clausius-Clayperon, arbeid voor ontmenging van
gassen, chemische potentiaal van mengsel, Joule-Thomson effect, … - zie ook
voorbeeldvragen).
Daarnaast wordt een 3-5 definities en/of figuren, schetsen van systemen (bv.
Standaard chemische potentiaal, exotherme reactie, endergonische reactie,
1
,allotropie,…) gevraagd. Ook hier dient het antwoord schriftelijk geformuleerd te
worden.
Belangrijke aspecten:
- cruciaal: het systeem dat gebruikt wordt in de berekening: kennen
(kunnen weergegeven) en begrijpen;
- correct gebruik van symbolen
- correcte afleiding en eindformule
- fysische betekenis van het eindresultaat / eindformule
2
,Voorbeeldvragen (doorstreepte vragen : zal niet ondervraagd worden op
theorie-examen)
Hoofdstuk 1
- Op welke ervaringsfeiten zijn de eerste en tweede hoofdwet van de
thermodynamica gebaseerd?
- Wat zijn extensieve en intensieve variabelen? Geef voorbeelden.
Hoofdstuk 2
- Geef de definitie van arbeid, energie en warmte.
- Wat is een indicatordiagramma?
- leg aan de hand van een indicatordiagramma het verschil tussen een
reversibele en een irreversibele toestandsverandering uit.
- Toon aan dat bij een adiabatische toestandsverandering de druk sneller
afneemt bij expansie dan bij een isotherme expansie voor een ideaal gas.
- Wat is de betekenis van Cp en Cv? Wat is de relatie van deze parameters tot de
toestandsvariabelen U en H?
Hoofdstuk 3
- Wanneer is een reactie endotherm of exotherm?
- Wat is een vormingsreactie?
- Definieer standaard vormingsenthalpie.
- Geef de wet van Hess.
- Hoe bereken je reactie-enthalpie bij verschillende temperaturen?
Hoofdstuk 4
- beschrijf de Carnot cyclus (en toon in indicatordiagramma).
- Bespreek de efficiëntie van warmtemachines
- geef het postulaat van Kelvin en Clausius, toon hun equivalentie aan
- Wat zegt de ongelijkheid van Clausius?
- Geef het verband tussen de toename van de entropie en de hoeveelheid arbeid
die verloren gaat bij een irreversibel proces.
Hoofdstuk 5
- Toon aan dat de evenwichtsvoorwaarde SU,V maximaal volkomen gelijkwaardig
is aan de voorwaarde US,V minimaal.
- Toon de relatie tussen Helmholtz energie en maximale arbeid aan.
- Toon de relatie tussen Gibbs energie en maximale arbeid aan.
- Wat is de betekenis van ‘chemische potentiaal’ (§5.7 – vergelijking 5.33 en 5.36
– 5.39 + vergelijking na 5.39)
- Geef de Gibbs-Duhem vergelijking (5.53). Toon de geldigheid ervan aan.
- Beschrijf de verschillende types evenwicht – geef voorbeelden.
- Beschrijf en leidt de evenwichtsvoorwaarden af: thermisch evenwicht,
mechanisch evenwicht, deeltjesevenwicht.
3
, Hoofdstuk 6
- Hoe bereken je entropie bij verschillende temperaturen?
- Geef het warmtetheorema van Nernst (en ook een alternatieve formulering)
- Wat is allotropie?
Hoofdstuk 7
- Geef de wet van Dalton.
- Leid de vergelijking voor chemische potentiaal van een ideaal gas als functie
van druk af.
- Leidt de relatie tussen (Gibbs energie, chemische potentiaal, molaire entropie)
en druk voor een ideaal gas af.
- Bereken de wijziging in totale interne energie, enthalpie, Gibbs energie en
entropie bij de menging van ideale gassen. Welke arbeid moet geleverd worden
om een gasmengsel weer te ontmengen?
- Beschrijf de compressiefactor (formule en betekenis, grafisch verloop ifv druk)
- Beschrijf de Van der Waals en Viriaal toestandsvergelijkingen (enkel voor
zuivere gassen, niet voor mengsels).
- Leid de relatie tussen fugaciteitscoefficient en druk af. Pas toe voor de viriaal
toestandsvergelijking.
- Hoe varieert de compressiefactor met de druk?
- Beschrijf het Joule-Thomson effect. Leidt een uitdrukking voor de Joule-
Thomson coëfficiënt voor een niet-ideaal gas af. Geef de betekenis van de
inversietemperatuur.
Hoofdstuk 8
- Beschrijf het effect van toevoeging van een opgeloste stof aan een oplossing op
het kookpunt en het vriespunt van de oplossing (op grafische wijze). Leid de
relatie tussen vriespuntdaling en molaliteit van de opgeloste stof af.
- Beschrijf de wetten van Raoult en Henry.
- Bepaal de mengrootheden (volume, enthalpie, entropie) van ideale oplossingen.
- Bereken de oplosbaarheid van een stof in een oplosmiddel
- Wat betekent osmotische druk? Leid de van ’t Hoff wet af voor osmotische druk
af.
- Wat zijn thermodynamische excesgrootheden? (enkel definitie)
Hoofdstuk 9
- Wat is het vorderingsgetal van een chemische reactie?
- Definieer de Gibbs reactiefunctie.
- Bereken de standaard Gibbs reactiefunctie van de reactie van ideale gassen.
- Wat zijn exergonische en endergonische reacties?
- Leid de relatie tussen evenwichtsconstante Kp en standaard Gibbs
reactiefunctie af.
- Toon aan hoe de evenwichtsconstante/evenwichtssamenstelling wijzigt met
druk en temperatuur. Relateer aan het principe van Le Chatelier.
4
