U.8 Thermodynamik 1

U.8 Thermodynamik 1
1.
Welche der folgenden Aussagen zur Enthalpie ist richtig?
Sie ist eine intensive Eigenschaft, die immer die Dimension Energie pro Stoffmenge
besitzt.
Sie ist eine Zustandsfunktion.
Änderungen der Enthalpie werden bei konstantem Volumen gemessen.
Die Änderung der Enthalpie bei einer Reaktion ist gleich dem Kehrwert der
Enthalpieänderung bei der Rückreaktion.
2.
Die Änderung welcher der folgenden Grössen hängen nur vom Anfangs- und Endzustand aber
nicht vom Weg eines Prozesses ab?
Wärme
Arbeit
Wärme und Arbeit
Enthalpie und innere Energie
nur die innere Energie
nur die Enthalpie
3.
a) Berechnen Sie ∆rH° für folgende Reaktion.
C3H8(g) + 5 O2(g)
→
3 CO2(g) + 4 H2O(g)
∆rH° = ?
Gegeben sind folgende Standardbildungsenthalpien:
C3H8(g)
CO2(g)
H2O(g)
∆fH° = -103.8 kJ mol-1
∆fH° = -393.5 kJ mol-1
∆fH° = -241.8 kJ mol-1
b) Ein Gastank enthält 13.2 kg Propan C3H8 . Berechnen Sie die Wärme (in kJ), die bei der
vollständigen Verbrennung des Propans im Tank freigesetzt wird.
4.
Betrachten Sie die beiden Reaktionen (1) und (2):
(1)
Pb (s) + PbO2 (s) + 2 H2SO4 (aq)
(2)
N2 (g) + 3 H2 (g)
Tabellenwerte:
→
→
2 PbSO4 (s) + 2 H2O (l)
2 NH3 (g)
∆fH° (PbSO4 (s)) = − 920.0 kJ mol−1
∆fH° (PbO2 (s)) = − 277.4 kJ mol−1
∆fH° (H2SO4 (aq)) = − 909.3 kJ mol−1
∆fH° (H2O, l) = – 285.9 kJ mol-1
∆fH° (NH3, g) = – 46.11 kJ mol-1
a) Informieren Sie sich, wo diese Reaktionen eine Rolle spielen.
b) Worin unterscheiden sich die beiden Reaktionen grundsätzlich?
c) Berechnen Sie für beide Reaktionen die Standard-Reaktionsenthalpie ∆rH° bei 25°C.
Benützen Sie dazu die angegebenen Tabellenwerte. Handelt es sich um exotherme oder
endotherme Reaktionen?
d) Das Standard-Reaktionsvolumen der Reaktion (1) beträgt ∆rV°(1) = 17.98 cm3 mol-1.
Wie gross ist das Standard-Reaktionsvolumen ∆rV°(2) der Reaktion (2)?
e) Berechnen sie für beide Reaktionen aus ∆rH° und ∆rV° die Reaktionsgrösse ∆rU°.
Vergleichen Sie jeweils ∆rU° mit ∆rH° und ziehen Sie eine Schlussfolgerung.
5.
In einem ideal wärmeisolierten und masselosen Behälter befinden sich 1 mol gasförmiges
Wasser H2O(g) von 100 °C sowie 1 mol Eis H2O(s) von 0 °C.
Daten: Schmelzenthalpie von Eis ∆mH° = 6 kJ mol−1,
Verdampfungsenthalpie von fl. Wasser ∆vH° = 41 kJ mol−1,
Wärmekapazität von fl. Wasser Cp° = 75 J K−1 mol−1.
a) Welches ist der Zustand des Systems im Behälter im thermodynamischen Gleichgewicht:
i. Alles Wasser ist flüssig.
ii. Alles Wasser ist gasförmig.
iii. Alles Wasser ist fest.
iv. Festes und flüssiges Wasser sind koexistent.
v. Flüssiges und gasförmiges Wasser sind koexistent.
vi. Festes, flüssiges und gasförmiges Wasser sind koexistent.
b) Wie gross ist die Temperatur des Systems im Gleichgewicht?
Hinweis: Betrachten Sie die Energien für die Phasenübergänge.
6.
Berechnen Sie Standardreaktionsenthalpie ∆rH° für die Reaktion
B2H6 (g) + 6 Cl2 (g)
→
2 BCl3 (g) + 6 HCl (g)
mit Hilfe von:
7.
(1)
BCl3 (g) + 3 H2O (l)
→
H3BO3 (s) + 3 HCl (g) ∆rH°(1) = − 112.5 kJ mol-1
(2)
B2H6 (g) + 6 H2O (l) →
2 H3BO3 (s) + 6 H2 (g) ∆rH°(2) = − 493.4 kJ mol-1
(3)
½ H2 (g) + ½ Cl2 (g) →
HCl (g)
∆rH°(3) = − 92.3 kJ mol-1
Berechnen Sie die Standard-Bildungsenthalpie ∆fH° von Hydrazin N2H4 aus den Daten der
folgenden Verbrennungsreaktion sowie Tabellenwerten.
N2H4 (l) + O2 (g)
→
N2 (g) + 2 H2O (l)
∆rH° = − 622.4 kJ mol-1
Tabellenwert: ∆fH° (H2O, l) = – 285.9 kJ mol-1
8.
Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie ∆rH° für die Reaktion
a) aus mittleren Bindungsenergien (s. Vorlesungsfolien)
b) aus Standard-Bildungsenthalpien ∆fH°
Tabellenwerte:
∆fH° (HCN, g) = +135.1 kJ mol-1
∆fH° (H3CNH2, g) = – 23.0 kJ mol-1
9.
Prüfungsaufgabe W 2014
Berechnen Sie aus den gegebenen Daten die Gitterenthalpie von CsCl. Die Gitterenthalpie
entspricht der Reaktionsenthalpie folgender Reaktion:
Cäsium:
Chlor:
CsCl:
CsCl (s)
→
Cs+(g) + Cl− (g)
∆GitterH° = ?
Cs (s)
→
Cs(g)
∆subH° = + 78 kJ mol-1
Cs(g)
→
Cs+(g) + e− (g)
∆IH°
= + 375 kJ mol-1
Cl2 (g)
→
2 Cl (g)
∆disH°
= + 242 kJ mol-1
Cl (g) + e− (g)
→
Cl− (g)
∆EAH° = – 349 kJ mol-1
CsCl (s)
∆fH°
Cs (s) + 0.5 Cl2 (g) →
= – 443 kJ mol-1