Übung 5. Rechnen mit mittleren Bindungsenthalpien (Tabelle in

Übung 5. Rechnen mit mittleren Bindungsenthalpien (Tabelle in Kapitel 5, Seite 10)
1) Überlegen Sie sich, ob bei der industriellen Herstellung von elementarem Chlor (Cl2) das "Verbrennen" von Chlorwasserstoff unter
energetischen Gesichtspunkten ein geeigneter Weg sein könnte. Ausgangsstoffe: HCl, O2; Produkte: Cl2, H2O.
2) Biogas. Bei der Erzeugung von "Biogas" wird organisches Material unter Sauerstoffausschluss durch Mikroorganismen in Kohlendioxid
und Methan aufgespalten. Das Methan kann als Energieträger verwendet werden. Wie sieht bei diesem Prozess die Energiebilanz aus?
Betrachten Sie als Modellreaktion die Umsetzung von Glukose in Kohlendioxid und Methan.
3) Verbrennung von Dioxin. "Dioxin" ist eine ökotoxikologisch äußerst bedenkliche Verbindung ("Seveso-Gift"). Dioxinhaltige Abfälle
müssen in speziellen Öfen entsorgt (verbrannt) werden. Wie sieht die Energiebilanz aus? Annahme: Bei der Verbrennung entsteht
Kohlendioxid und Chlorwasserstoff.
Hinweis zum Lösen der Aufgaben; gehen Sie wie folgt vor:
1) Formulieren Sie für die drei Prozesse korrekte stöchiometrische Gleichungen (Erhaltungssätze beachten!)
2) Schätzen Sie die Reaktionswärme ab, indem Sie die Edukte vollständig in einzelne Atome zerlegen und dann aus den Atomen die
Produkte bilden. Verwenden Sie für diese beiden Teilschritte mittlere Bindungsenthalpien, und verrechnen Sie anschließend die beiden
Energiebeträge.
H
Cl
Cl
H
C
O
HO
C
Cl
C
C
C
C
C
C
C
C
C
O
H
C
H
Dioxin
CH2
O
HC
CH
HC
Cl
HO
OH
CH
CH
OH
Glukose
OH
Lösungen
1) 4 HCl + O2
2 Cl2 + 2 H2O.
Energiebilanz.
Zerlegung der Edukte in Atome
4 × 429 kJ =
495 kJ =
4 H-Cl
1 O=O
1716 kJ
495 kJ
2211 kJ
Bildung der Produkte aus den isolierten Atomen
2 × -224 kJ = -448 kJ
4 × -463 kJ = -1852 kJ
2 Cl-Cl
4 O-H
-2300 kJ
Fazit: Die Reaktion ist exotherm. Pro mol Cl2 wird eine Reaktionswärme (-ΔH) von 44.5 kJ frei.
2) C6H12O6
3 CO2 + 3 CH4.
Energiebilanz.
Zerlegung der Edukte in Atome
5 C-C
5 O-H
7 C-O
7 C-H
5×
5×
7×
7×
345 kJ
463 kJ
358 kJ
416 kJ
=
=
=
=
1725 kJ
2315 kJ
2506 kJ
2912 kJ
9458 kJ
Bildung der Produkte aus den isolierten Atomen
6 C=O
12 C-H
6 × -803 kJ =
12 × -416 kJ =
-4818 kJ
-4992 kJ
-9810 kJ
Fazit: Die Reaktion ist exotherm. Pro mol Methan wird eine Reaktionswärme (-ΔH) von 117 kJ frei.
3) C12H4Cl4O2 + 11 O2
12 CO2 + 4 HCl.
Energiebilanz.
Zerlegung der Edukte in Atome
12 C-C (a)
4 C-Cl
4 C-H
4 C-O
11 O=O
12 ×
4×
4×
4×
12 ×
518 kJ
327 kJ
416 kJ
358 kJ
495 kJ
= 6216 kJ
= 1308 kJ
= 1664 kJ
= 1432 kJ
= 5445 kJ
16'065 kJ
Bildung der Produkte aus den isolierten Atomen
24 C=O
4 Cl-H
24 × -803 kJ = -19272 kJ
4 × -429 kJ = -1716 kJ
-20'988 kJ
Fazit: Die Reaktion ist exotherm. Pro mol Dioxin wird eine Reaktionswärme (-ΔH) von 4923 kJ frei.