Chemistry Labs

問題 2

解離ガスサイクル。四酸化二窒素は二酸化窒素と平衡混合物をつくる: NX2OX4(g)⇌2 NOX2(g)\ce{N2O4(g) <=> 2 NO2(g)}。NX2OX4\ce{N2O4} 1.00 mol を体積 24.44 dm3^3 の空の容器に入れた。298 K での平衡圧は 1.190 bar、348 K に加熱すると平衡圧は 1.886 bar になった。(a) 理想気体と仮定して 298 K における反応の ΔG∘\Delta G^{\circ} を計算せよ。(b) 温度依存を無視して ΔH∘\Delta H^{\circ} と ΔS∘\Delta S^{\circ} を計算せよ。NX2OX4\ce{N2O4} の可逆的解離は動力サイクルに利用でき、ステップ 3→43 \to 4 で高温の混合ガスがタービンを通して可逆・断熱膨張する。(c) CV,mC_{V,m} を一定とし、温度が T3T_3 から T4T_4 に下がるとき、不活性気体（空気）1 mol が可逆断熱膨張 3→43 \to 4 でする仕事の式を書け。
ステップ 5/5: 断熱膨張の仕事
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wair=ΔU=CV,m(air) (T3−T4)w_{\text{air}} = \Delta U = C_{V,m}(\text{air})\,(T_3 - T_4)
分析

可逆断熱膨張では q=0q = 0 なので、気体のする仕事は内部エネルギーの減少に等しい：wair=−ΔU=CV,m(T3−T4)w_{\text{air}} = -\Delta U = C_{V,m}(T_3 - T_4)（仕事の出力を正とする）。

よくある誤り. pinip_{ini} は各温度で理想気体の式から再計算すること——348 K で 1.014 bar を使うと xx が誤る。