AlCh 1 1Chemische Grundbegriffe
Chemietechniker ILS Verbindungen und Elemente Chemische Reaktionen und Stöchiometrie Brutto- und Nettoreaktionsgleichungen Molare Masse, Stogffmenge und molares Nornvolumen Reaktionsenergie und -enthalpie
Chemietechniker ILS Verbindungen und Elemente Chemische Reaktionen und Stöchiometrie Brutto- und Nettoreaktionsgleichungen Molare Masse, Stogffmenge und molares Nornvolumen Reaktionsenergie und -enthalpie
Für mehratomige Teilchen verwendet man die ?
Summenformel:
Elemente:
H2 Wasserstoff
P4 Phosphor
Verbindungen:
H2O Wasser
HNO3 Salpetersäure
Die Summenformel liefert uns zwei Aussagen...
a) qualitative Aussage
b) quantitative Aussage
Qualitative Aussage der Summenformel H2O ?
Das Wasserteilchen ist aus dem Elementen H und O aufgebaut.
Quantitative Aussage der Summenformel H2O ?
Das Wasserteilchen ist aus zwei H und einem O Atom aufgebaut zwischen denen eine chem. Bindung besteht.
Der tiefgestellte Index 2 heißt stöchiometrischer Faktor, ist dieser 1 wird er nicht angegeben
Elemente und Verbindungen können miteinander neue Teilchen bilden, man spricht dann von einer ??? , diese werden durch ??? dargestellt
chemischen Reaktion
Reaktionsgleichungen
Bei einer Reaktionsgleichung werden die ??? links formuliert und die ??? rechts und beide mit einem ??? verbunden
Edukte, Produkte, Reaktionsfeil
Hinreaktion
Produkte → Edukte
Durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen lassen sich aus Produkten wieder ??? gewinnen
Edukte
Rückreaktion
Edukte <------- Produkte
Hin- und Rückreaktionen stehen in Konkurenz zueinander.
Irgendwann sind die Triebkräfte beider Reaktionsrichtungen gleich groß, man spricht dann vom???
chemischem Gleichgewicht
Chemische Reaktionen sind ???, ???
umkehrbar, Gleichgewichtsreaktionen
Um Gleichgewichtsreaktionen wiederzugeben verwendet man in Reaktionsgleichungen den ???
Gleichgewichtspfeil
Verbrennung von Elementarem Schwefel:
Schwefel hat Summenformel S8 und reagiert in Verbrennungsreaktion mit Sauerstoff O2 zu Schwefeldioxid SO2
S8 +O2 ---> SO2
Diese Reaktion ist stöchiometrisch nicht korrekt.
Wir müssen das Gesetz der Erhaltung der Masse berücksichtigen welches lautet:???
In chem. Reaktionen müssen Anzahl und Art der reagierenden Atome auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung gleich sein.
In chem. Reaktionen müssen Anzahl und Art der reagierenden Atome auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung gleich sein.
S8 + O2 ----> SO2 muss um den korrekten ??? ergänzt werden.
Reaktionskoeffizienten
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
weiterhin kann es in Reaktionsgleichungen wichtig sein, den Aggregatszustand in welchem die Teilchen bei der Reaktion vorliegen, anzugeben.
Man verwendet dann als tiefgestellten Index in Klammern neben dem stöchiometrischen Faktor:
(f) oder (s) für feste Phasen
(fl) oder (l) für flüssige Phasen
(g) für gasförmige Phasen
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
Brutto- oder Gesammtreaktionsgleichung lautet?
S8(s) + 8 O2(g) ----> 8 SO2(g)
Weiter Beispiele: HABER-BOSCH-Reaktion Foto:
Ionenreaktionen:
elektr. geladene Teilchen heißen Ionen.
Ist die Ladung positiv liegt ein ??? vor, ist die Ladung negativ liegt ein ??? vor.
Kation,
Anion
Ein einfach positivgeladenes Kation heisst ??? Kation.
Ein zweifach positiv geladenes Anion heißt ??? Anion.
einwertiges
zweiwertiges
Bsp.: Mg2+ zweiwertiges Kation
Al3+ dreiwertiges Kation
PO43- dreiwertiges Anion
Neutralitätsprinzip:
Chem. Verbindungen und ihre Lösungen sind elektrisch immer neutral.
Die Summenformel von Ionen muss also immer so gebildet werden, dass sich die positiven und negativen Ladungen kompensieren.
Ionenverbindungen sind in Wasser mehr oder weniger gut löslich. Die festen Ionenverbindungen zerfallen beim Lösungsvorgang in frei bewegliche Kat- und Anionen.
Dieser Vorgang heißt ???:
elektrolytische Dissoziation.
Aus dem Elektroneutralitätsprinzip ergibt sich eine weitere wichtige Regel zu Reaktionsgleichungen:
Die Ladungssumme muss auf beiden Seiten der RG ???
gleich sein.
Bruttoreaktionsgleichung vom Chlorid-Nachweis:
AgNO3+NaCl ----> AgCl(Pfeilunten)+NaNO3
Der Pfeilunten macht deutlich, dass AgCl als feste Phase ausfällt.
Informativer ist allerding die Bruttoionengleichung, der man entnehmen kann, welche Teilchen ionisch gelöst vorliegen:
Ag++NO3-+Na++Cl----->
AgCl(Pfeilunten)+Na++NO3-
An der Bruttoionengleichung wird deutlich, dass die Na+ und NO3- Ionen nicht an der Reaktion teilnehmen.
Sie können daher gekürzt werden
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Ag++NO3-+Na++Cl----->
AgCl(Pfeilunten)+Na++NO3-
An der Bruttoionengleichung wird deutlich, dass die Na+ und NO3- Ionen nicht an der Reaktion teilnehmen.
Sie können daher gekürzt werden und man erhält die ???
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Nettoionengleichung
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Die Nettoionengleichung fokussiert das Auge auf das eigentliche Reaktionsgeschehen. Man sollte immer die Kürzungsregel anwenden die im übrigen für alle Reaktionen gillt!
Die Kürzungsregel lautet ?
Teilchen, die auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung auftreten, werden "gekürzt"
Eine Reaktionsgleichung erlaubt nicht nur eine qualitative Aussage, z. B. dass
Ammoniak NH3 in der Haber-Bosch-Reaktion aus den Gasen Stickstoff N2 und
Wasserstoff H2 gebildet wird. Wir können der Reaktionsgleichung auch entnehmen,
dass ein Teilchen N2 mit drei Teilchen H2 reagiert und zwei Teilchen NH3
gebildet werden. Auf dieser Basis wird nun eine Massenbilanz möglich, da alle
Atome eines Elementes eine für dieses Element typische und immer (auch im
Universum) gleiche Masse aufweisen.
Da die Masse von Atomen extrem gering ist (10–22 bis 10–24 g), bezieht man sich
in der Chemie bei Massenangaben auf eine sehr große Zahl von Atomen und Teilchen.
Diese Zahl heißt ??? und = ???
Avogadro-Zahl NA bzw. Loschmidt-Zahl NL:
NA = NL = ???
6,02 · 1023 Teilchen/mol
Die Avogadro-Zahl NA bzw. Loschmidt-Zahl NL beträgt
6,02*1023 Teilchen und wird als Naturkonstante in vielen Gesetzmässigkeiten gefunden.
Liegen 6,02 · 1023 Teilchen vor spricht man von ???
Die entsprechende Grösse heißt ??? mit
der Einheit ???
1 mol Teilchen
Stoffmenge n
mol
Eine Stoffmenge n von einem mol enthält ???
6,02*1023 Teilchen
Die eindeutige verwendung der Stoffmenge erfordert immer die genaue Bezeichnung des Teilchens, dessen Teilchenzahl man angeben will.
Beispiel: n(S8) = 0,2 mol
Man sagt: Die ??? an ??? beträgt ???
Stoffmenge, S8-Teilchen, 0,2 mol
Die Masse m von 1mol Teilchen bezeichnet man als ???
Sie besitzt die Einheit ???
molare Masse M des Teilchens
g/mol
Bei mehratomigen Teilchen berechnet sich die molare Masse des Teilchen additiv aus den molaren Massen der Atome:
Beispiel:
m(H2O) = 2*M(H) +M(O)= 2*1,008g/mol+15,999g/mol
zur Berechnung der Masse eines Wasserteilchens mussdie Molare Masse durch die ??? geteilt werden:
Avogadro-Zahl,
m(H2O) = M(H2O) / NA = 18,015g/mol / 6,02*1023 Teilchen/mol
= 2,99*10-23g/Wasser-Teilchen
m(H2O) = M(H2O) / NA = 18,015g/mol / 6,02*1023 Teilchen/mol
= 2,99*10-23g/Wasser-Teilchen
Als Platzhalter für ein Teilchen verwendet man X.
dann gillt:
m (X) = n (X)*M(X)
Neben der Massebilanz ermöglicht die Reaktionsgleichung auch eine Volumenbilanz wenn Gase beteiligt sind
Volumenbilanz:
1 mol eines (idealen Gase) nimmt unter Standardbedingungen ( ??? ) ein Voulumen von ??? ein
1013hPa und 0°C
22,414 L
Volumenbilanz:
Diese Größe heißt ??? und hat die Einheit ???
molares Normvolumen
L/mol
Dass
VM von der Art des Gases unabhängig ist, erscheint auf den ersten Blick überraschend,
ist die Teilchengröße von z. B. H2 und Propan C3H8 doch sehr unterschiedlich.
In Gasen ist der Teilchenabstand jedoch so groß, dass das
Eigenvolumen der Teilchen vernachlässigbar ist. Außerdem sind wegen des großen
Abstandes auch Anziehungskräfte zwischen den Teilchen vernachlässigbar. Man
bezeichnet solche Gase als ideale Gase.
Unter Standardbedingungen verhalten sich alle Gase und Dämpfe in erster Näherung
ideal. Allerdings nimmt das reale Verhalten mit steigendem Druck und sinkender
Temperatur zu.
Das Volumen V eines Gases der Stoffmenge n berechnet sich unter Normalbedingungen
allgemein nach ???
V(X) = n (X) · VM
Erfolgt die Verbrennung mit überschüssigem Sauerstoff sind die Verbrennungsprodukte der Elemente C, H, N, S und Cl immer dieselben
C ---> CO2
H ---> H2O
N ---> N2
S ---> SO2
Cl ---> HCl
Beispiel:
Wie groß ist das Rauchgasvolumen unter Standardbedingungen bei der vollständigen Verbrennung von 10 g Methylmercaptan CH3SH (H2O soll dampfförmig vorliegen, alles ideale Gase)?
Lösung:
Zunächst Reaktionsgleichung aufstellen:
CH3SH(g) + 3O(2)(g)---> CO2(g) + 2H2O(g) + SO2(g)
1 mol Rauchgase liefert bei der Verbrennung 4mol Rauchgase:
• n(Rauchgase) = 4 * n(CH3SH)
• Die Stoffmenge an (CH3SH) berechnet sich nach
n (CH3SH) = m (CH3SH) / M (CH3SH)
• Für die molare Masse ergibt sich:
M (CH3SH) = M (C) + 4*M (H) + M (S) = 48,10g/mol
• Damit berechnet sich die Stoffmenge zu
n (CH3SH) = 10g / 48,10 g/mol = 0,2079 mol
• Die Stoffmenge an Rauchgasen ist 4 mal so groß wie die an (CH3SH) also,
n (Rauchgase) = 4*n (CH3SH) = 4 * 0,2079mol = 0,8316 mol.
• Das Voulemen der Rauchgase erhält man nach
V (Rauchgase) = n (Rauchgase) * VM =
0,8316 mol * 22,414 L/mol = 18,64L.
Reaktionsenergie und -enthalpie:
Die chem. Energie die Teilchen innewohnt heist innere Energie U.
z.B. C(f) + O2(g) ---> CO2(g)
Für diese Reaktion gillt:
UEdukte > UProdukte, also U(C(f)+U(O2(g) > U(CO2)
Während U von Teilchen nicht messbar ist, sind die Differenzen deltaU = UProdukte - UEdukte sehr genau messbar, mann nennt die Grösse ?
deltaU Reaktionsenergie
Die Reaktionswärme bei konstantem Druck heißt Reaktionsenthalpie deltaH. Sie
unterscheidet sich dann von der Reaktionswärme deltaU, wenn an einer Reaktion
Gase beteiligt sind und das Eduktvolumen ungleich dem Produktvolumen ist.
International hat man sich auf ΔH als Maß für die Wärmetönung chemischer
Reaktionen geeinigt. Da ΔH außerdem eine Funktion des Druckes und der Temperatur
ist, die bei der Messung herrschten, hat man zum Vergleich verschiedener
Reaktionen Standardbedingungen definiert:
Man bezieht die Messungen auf einen Druck von 1013 hPa und eine Temperatur
von 25 °C. Die so erhaltenen Werte nennt man Standardreaktionsenthalpie
H°:
ΔH° = ΔH° (Produkte) – ΔH° (Edukte)
ΔH° ist natürlich von den eingesetzten Mengen abhängig. Sie wird bezogen auf
den Stoffumsatz in mol, den sog. Formelumsatz. Die Verbrennungsreaktion des
C hat einen ΔH°-Wert von – 283 kJ/mol. Das negative Vorzeichen bedeutet, dass
diese Wärmemenge freigesetzt wird; man nennt die Reaktion ???. Die Wärmemenge
von 283 kJ wird frei, wenn 1 mol C(f) (als Grafit) mit 1 mol O2 unter
Standardbedingungen vollständig umgesetzt wird. Reaktionen, die in ihrem Verlauf
Wärme aufnehmen, heißen ???. Ihre Standardreaktionsenthalpie ist
dann positiv.
exotherm
endotherm
ΔH° der Haber-Bosch-Reaktion beträgt –92 kJ/mol. Die Reaktion ist also ebenfalls
exotherm. Diese Wärmemenge wird frei, wenn 1 mol N2 und 3 mol H2 unter Standardbedingungen
vollständig zu 2 mol NH3 umgesetzt werde
Wie nennt man die Atomindexzahlen ?
Stöchiometrischer Faktor
Wann sind Reaktionswärme und Reaktionsenthalpie identisch bzw. unterschiedlich.
Sind identisch wenn aus x -mol Edukte wieder x-mol Rauchgase werden.
Sie sind unterschiedlich wenn mehr mol Rauchgase entstehen denn:
Bei konstantem Volumen würde sich der Ausgangsdruck von 1 013 hPa vergrössern. Die Reaktionsgase müssen ihr Volumen also so lange erhöhen (sich ausdehnen), bis Atmosphärendruck erreicht ist. Damit leisten die Rauchgase Arbeit gegen den Atmosphärendruck und verlieren die hierfür erforderliche Energie an die Luft. deltaH ist also kleiner als deltaU
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Flashcards
Für mehratomige Teilchen verwendet man die ?
Summenformel:
Elemente:
H2 Wasserstoff
P4 Phosphor
Verbindungen:
H2O Wasser
HNO3 Salpetersäure
Die Summenformel liefert uns zwei Aussagen...
a) qualitative Aussage
b) quantitative Aussage
Qualitative Aussage der Summenformel H2O ?
Das Wasserteilchen ist aus dem Elementen H und O aufgebaut.
Quantitative Aussage der Summenformel H2O ?
Das Wasserteilchen ist aus zwei H und einem O Atom aufgebaut zwischen denen eine chem. Bindung besteht.
Der tiefgestellte Index 2 heißt stöchiometrischer Faktor, ist dieser 1 wird er nicht angegeben
Elemente und Verbindungen können miteinander neue Teilchen bilden, man spricht dann von einer ??? , diese werden durch ??? dargestellt
chemischen Reaktion
Reaktionsgleichungen
Bei einer Reaktionsgleichung werden die ??? links formuliert und die ??? rechts und beide mit einem ??? verbunden
Edukte, Produkte, Reaktionsfeil
Hinreaktion
Produkte → Edukte
Durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen lassen sich aus Produkten wieder ??? gewinnen
Edukte
Rückreaktion
Edukte <------- Produkte
Hin- und Rückreaktionen stehen in Konkurenz zueinander.
Irgendwann sind die Triebkräfte beider Reaktionsrichtungen gleich groß, man spricht dann vom???
chemischem Gleichgewicht
Chemische Reaktionen sind ???, ???
umkehrbar, Gleichgewichtsreaktionen
Um Gleichgewichtsreaktionen wiederzugeben verwendet man in Reaktionsgleichungen den ???
Gleichgewichtspfeil
Verbrennung von Elementarem Schwefel:
Schwefel hat Summenformel S8 und reagiert in Verbrennungsreaktion mit Sauerstoff O2 zu Schwefeldioxid SO2
S8 +O2 ---> SO2
Diese Reaktion ist stöchiometrisch nicht korrekt.
Wir müssen das Gesetz der Erhaltung der Masse berücksichtigen welches lautet:???
In chem. Reaktionen müssen Anzahl und Art der reagierenden Atome auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung gleich sein.
In chem. Reaktionen müssen Anzahl und Art der reagierenden Atome auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung gleich sein.
S8 + O2 ----> SO2 muss um den korrekten ??? ergänzt werden.
Reaktionskoeffizienten
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
weiterhin kann es in Reaktionsgleichungen wichtig sein, den Aggregatszustand in welchem die Teilchen bei der Reaktion vorliegen, anzugeben.
Man verwendet dann als tiefgestellten Index in Klammern neben dem stöchiometrischen Faktor:
(f) oder (s) für feste Phasen
(fl) oder (l) für flüssige Phasen
(g) für gasförmige Phasen
S8 + 8 O2 ----> 8 SO2
Brutto- oder Gesammtreaktionsgleichung lautet?
S8(s) + 8 O2(g) ----> 8 SO2(g)
Weiter Beispiele: HABER-BOSCH-Reaktion Foto:
Ionenreaktionen:
elektr. geladene Teilchen heißen Ionen.
Ist die Ladung positiv liegt ein ??? vor, ist die Ladung negativ liegt ein ??? vor.
Kation,
Anion
Ein einfach positivgeladenes Kation heisst ??? Kation.
Ein zweifach positiv geladenes Anion heißt ??? Anion.
einwertiges
zweiwertiges
Bsp.: Mg2+ zweiwertiges Kation
Al3+ dreiwertiges Kation
PO43- dreiwertiges Anion
Neutralitätsprinzip:
Chem. Verbindungen und ihre Lösungen sind elektrisch immer neutral.
Die Summenformel von Ionen muss also immer so gebildet werden, dass sich die positiven und negativen Ladungen kompensieren.
Ionenverbindungen sind in Wasser mehr oder weniger gut löslich. Die festen Ionenverbindungen zerfallen beim Lösungsvorgang in frei bewegliche Kat- und Anionen.
Dieser Vorgang heißt ???:
elektrolytische Dissoziation.
Aus dem Elektroneutralitätsprinzip ergibt sich eine weitere wichtige Regel zu Reaktionsgleichungen:
Die Ladungssumme muss auf beiden Seiten der RG ???
gleich sein.
Bruttoreaktionsgleichung vom Chlorid-Nachweis:
AgNO3+NaCl ----> AgCl(Pfeilunten)+NaNO3
Der Pfeilunten macht deutlich, dass AgCl als feste Phase ausfällt.
Informativer ist allerding die Bruttoionengleichung, der man entnehmen kann, welche Teilchen ionisch gelöst vorliegen:
Ag++NO3-+Na++Cl----->
AgCl(Pfeilunten)+Na++NO3-
An der Bruttoionengleichung wird deutlich, dass die Na+ und NO3- Ionen nicht an der Reaktion teilnehmen.
Sie können daher gekürzt werden
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Ag++NO3-+Na++Cl----->
AgCl(Pfeilunten)+Na++NO3-
An der Bruttoionengleichung wird deutlich, dass die Na+ und NO3- Ionen nicht an der Reaktion teilnehmen.
Sie können daher gekürzt werden und man erhält die ???
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Nettoionengleichung
Ag++Cl-----> AgCl(Pfeilunten)
Die Nettoionengleichung fokussiert das Auge auf das eigentliche Reaktionsgeschehen. Man sollte immer die Kürzungsregel anwenden die im übrigen für alle Reaktionen gillt!
Die Kürzungsregel lautet ?
Teilchen, die auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung auftreten, werden "gekürzt"
Eine Reaktionsgleichung erlaubt nicht nur eine qualitative Aussage, z. B. dass
Ammoniak NH3 in der Haber-Bosch-Reaktion aus den Gasen Stickstoff N2 und
Wasserstoff H2 gebildet wird. Wir können der Reaktionsgleichung auch entnehmen,
dass ein Teilchen N2 mit drei Teilchen H2 reagiert und zwei Teilchen NH3
gebildet werden. Auf dieser Basis wird nun eine Massenbilanz möglich, da alle
Atome eines Elementes eine für dieses Element typische und immer (auch im
Universum) gleiche Masse aufweisen.
Da die Masse von Atomen extrem gering ist (10–22 bis 10–24 g), bezieht man sich
in der Chemie bei Massenangaben auf eine sehr große Zahl von Atomen und Teilchen.
Diese Zahl heißt ??? und = ???
Avogadro-Zahl NA bzw. Loschmidt-Zahl NL:
NA = NL = ???
6,02 · 1023 Teilchen/mol
Die Avogadro-Zahl NA bzw. Loschmidt-Zahl NL beträgt
6,02*1023 Teilchen und wird als Naturkonstante in vielen Gesetzmässigkeiten gefunden.
Liegen 6,02 · 1023 Teilchen vor spricht man von ???
Die entsprechende Grösse heißt ??? mit
der Einheit ???
1 mol Teilchen
Stoffmenge n
mol
Eine Stoffmenge n von einem mol enthält ???
6,02*1023 Teilchen
Die eindeutige verwendung der Stoffmenge erfordert immer die genaue Bezeichnung des Teilchens, dessen Teilchenzahl man angeben will.
Beispiel: n(S8) = 0,2 mol
Man sagt: Die ??? an ??? beträgt ???
Stoffmenge, S8-Teilchen, 0,2 mol
Die Masse m von 1mol Teilchen bezeichnet man als ???
Sie besitzt die Einheit ???
molare Masse M des Teilchens
g/mol
Bei mehratomigen Teilchen berechnet sich die molare Masse des Teilchen additiv aus den molaren Massen der Atome:
Beispiel:
m(H2O) = 2*M(H) +M(O)= 2*1,008g/mol+15,999g/mol
zur Berechnung der Masse eines Wasserteilchens mussdie Molare Masse durch die ??? geteilt werden:
Avogadro-Zahl,
m(H2O) = M(H2O) / NA = 18,015g/mol / 6,02*1023 Teilchen/mol
= 2,99*10-23g/Wasser-Teilchen
m(H2O) = M(H2O) / NA = 18,015g/mol / 6,02*1023 Teilchen/mol
= 2,99*10-23g/Wasser-Teilchen
Als Platzhalter für ein Teilchen verwendet man X.
dann gillt:
m (X) = n (X)*M(X)
Neben der Massebilanz ermöglicht die Reaktionsgleichung auch eine Volumenbilanz wenn Gase beteiligt sind
Volumenbilanz:
1 mol eines (idealen Gase) nimmt unter Standardbedingungen ( ??? ) ein Voulumen von ??? ein
1013hPa und 0°C
22,414 L
Volumenbilanz:
Diese Größe heißt ??? und hat die Einheit ???
molares Normvolumen
L/mol
Dass
VM von der Art des Gases unabhängig ist, erscheint auf den ersten Blick überraschend,
ist die Teilchengröße von z. B. H2 und Propan C3H8 doch sehr unterschiedlich.
In Gasen ist der Teilchenabstand jedoch so groß, dass das
Eigenvolumen der Teilchen vernachlässigbar ist. Außerdem sind wegen des großen
Abstandes auch Anziehungskräfte zwischen den Teilchen vernachlässigbar. Man
bezeichnet solche Gase als ideale Gase.
Unter Standardbedingungen verhalten sich alle Gase und Dämpfe in erster Näherung
ideal. Allerdings nimmt das reale Verhalten mit steigendem Druck und sinkender
Temperatur zu.
Das Volumen V eines Gases der Stoffmenge n berechnet sich unter Normalbedingungen
allgemein nach ???
V(X) = n (X) · VM
Erfolgt die Verbrennung mit überschüssigem Sauerstoff sind die Verbrennungsprodukte der Elemente C, H, N, S und Cl immer dieselben
C ---> CO2
H ---> H2O
N ---> N2
S ---> SO2
Cl ---> HCl
Beispiel:
Wie groß ist das Rauchgasvolumen unter Standardbedingungen bei der vollständigen Verbrennung von 10 g Methylmercaptan CH3SH (H2O soll dampfförmig vorliegen, alles ideale Gase)?
Lösung:
Zunächst Reaktionsgleichung aufstellen:
CH3SH(g) + 3O(2)(g)---> CO2(g) + 2H2O(g) + SO2(g)
1 mol Rauchgase liefert bei der Verbrennung 4mol Rauchgase:
• n(Rauchgase) = 4 * n(CH3SH)
• Die Stoffmenge an (CH3SH) berechnet sich nach
n (CH3SH) = m (CH3SH) / M (CH3SH)
• Für die molare Masse ergibt sich:
M (CH3SH) = M (C) + 4*M (H) + M (S) = 48,10g/mol
• Damit berechnet sich die Stoffmenge zu
n (CH3SH) = 10g / 48,10 g/mol = 0,2079 mol
• Die Stoffmenge an Rauchgasen ist 4 mal so groß wie die an (CH3SH) also,
n (Rauchgase) = 4*n (CH3SH) = 4 * 0,2079mol = 0,8316 mol.
• Das Voulemen der Rauchgase erhält man nach
V (Rauchgase) = n (Rauchgase) * VM =
0,8316 mol * 22,414 L/mol = 18,64L.
Reaktionsenergie und -enthalpie:
Die chem. Energie die Teilchen innewohnt heist innere Energie U.
z.B. C(f) + O2(g) ---> CO2(g)
Für diese Reaktion gillt:
UEdukte > UProdukte, also U(C(f)+U(O2(g) > U(CO2)
Während U von Teilchen nicht messbar ist, sind die Differenzen deltaU = UProdukte - UEdukte sehr genau messbar, mann nennt die Grösse ?
deltaU Reaktionsenergie
Die Reaktionswärme bei konstantem Druck heißt Reaktionsenthalpie deltaH. Sie
unterscheidet sich dann von der Reaktionswärme deltaU, wenn an einer Reaktion
Gase beteiligt sind und das Eduktvolumen ungleich dem Produktvolumen ist.
International hat man sich auf ΔH als Maß für die Wärmetönung chemischer
Reaktionen geeinigt. Da ΔH außerdem eine Funktion des Druckes und der Temperatur
ist, die bei der Messung herrschten, hat man zum Vergleich verschiedener
Reaktionen Standardbedingungen definiert:
Man bezieht die Messungen auf einen Druck von 1013 hPa und eine Temperatur
von 25 °C. Die so erhaltenen Werte nennt man Standardreaktionsenthalpie
H°:
ΔH° = ΔH° (Produkte) – ΔH° (Edukte)
ΔH° ist natürlich von den eingesetzten Mengen abhängig. Sie wird bezogen auf
den Stoffumsatz in mol, den sog. Formelumsatz. Die Verbrennungsreaktion des
C hat einen ΔH°-Wert von – 283 kJ/mol. Das negative Vorzeichen bedeutet, dass
diese Wärmemenge freigesetzt wird; man nennt die Reaktion ???. Die Wärmemenge
von 283 kJ wird frei, wenn 1 mol C(f) (als Grafit) mit 1 mol O2 unter
Standardbedingungen vollständig umgesetzt wird. Reaktionen, die in ihrem Verlauf
Wärme aufnehmen, heißen ???. Ihre Standardreaktionsenthalpie ist
dann positiv.
exotherm
endotherm
ΔH° der Haber-Bosch-Reaktion beträgt –92 kJ/mol. Die Reaktion ist also ebenfalls
exotherm. Diese Wärmemenge wird frei, wenn 1 mol N2 und 3 mol H2 unter Standardbedingungen
vollständig zu 2 mol NH3 umgesetzt werde
Wie nennt man die Atomindexzahlen ?
Stöchiometrischer Faktor
Wann sind Reaktionswärme und Reaktionsenthalpie identisch bzw. unterschiedlich.
Sind identisch wenn aus x -mol Edukte wieder x-mol Rauchgase werden.
Sie sind unterschiedlich wenn mehr mol Rauchgase entstehen denn:
Bei konstantem Volumen würde sich der Ausgangsdruck von 1 013 hPa vergrössern. Die Reaktionsgase müssen ihr Volumen also so lange erhöhen (sich ausdehnen), bis Atmosphärendruck erreicht ist. Damit leisten die Rauchgase Arbeit gegen den Atmosphärendruck und verlieren die hierfür erforderliche Energie an die Luft. deltaH ist also kleiner als deltaU
