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Thermodynamik des Gleichgewichts
Aufgabe 1 - Berechnung von Reaktionsenthalpien
In der folgenden Tabelle sind die molaren Standardbildungsenthalpien ∆ B
H m
° einiger Verbindungen in kJ/mol angegeben.
a) Erläutern Sie die Begriffe molaren Standardbildungsenthalpien ∆ B
H m
° und Standardreaktionsenthalpie ∆ R
H°.
b) Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie folgender Reaktionen und geben Sie an, ob diese Reaktionen exotherm oder
endotherm sind:
b1) CO(g) + H 2
O(g) CO 2
(g) + H 2
(g) b2) Fe 2
O 3
(s) + 3 CO(g) 3 CO 2
(g) + 2 Fe (s)
b3) HCl
H + Cl (Spaltung eines HCl Moleküls in isolierte Atome)
Aufgabe 2 - molare Standardentropie
In der folgenden Tabelle sind die molaren Standardentropien S m
° einiger Stoffe in J·mol -1·K -1 aufgeführt.
a) Erläutern Sie, was man unter der molaren Standardentropie S m
° und unter der Standardreaktionsentropie ∆S° einer Reaktion
versteht.
b) Berechnen Sie für die folgenden Reaktionen die Standardreaktionsentropien:
b1) H 2
(g) + Cl 2
(g) 2 HCl(g) b2) C(s) + O 2
(g) CO 2
(g)
b3) O 2
(g) + 2 C(s) 2 CO (g) b4) N 2
(g) + 3 H 2
(g) 2 NH 3
(g)
c) Bestimmen Sie für jede Reaktion, wie viele Moleküle auf der Edukt- bzw. Produktseite im gasförmigen Zustand vorliegen.
d) Erklären Sie, bei welchen Reaktionen besonders hohe Entropieänderungen auftreten.
Aufgabe 3 - freie Enthalpie
Untersuchen Sie, ob die folgenden Reaktionen unter Standardbedingungen freiwillig ablaufen.
Berechnen Sie dazu die Standardreaktionsenthalpie ∆H°, die Standardreaktionsentropie ∆S° und die freien Standardreaktionsenthalpien
∆G° dieser Reaktionen. Geben Sie an, ob diese Reaktionen exergonisch oder endergonisch sind.
a) Wasser verdampft bei 25°C H 2
O(l) H 2
O(g)
b) N 2
(g) + 3 H 2
(g) 2 NH 3
(g) c) O 2
(g) + 2 C(s) 2 CO (g)
Aufgabe 4 - freie Enthalpie und Gleichgewichtskonstante
Für den Zusammenhang zwischen freier Standardreaktionsentropie ∆G° und Gleichgewichtskonstante K einer Reaktion gilt:
J
G°=−2,3 R⋅T⋅lg K ;R=8,31 (allgemeine Gaskonstante)
mol⋅K
a) Zeigen Sie durch Schrittweise Umformung, dass damit gilt:
[−G °/2,3 R⋅T ]
K=10
b) Bestimmen Sie mit Hilfe dieser Gleichung für T = 298 K die Gleichgewichtskonstanten der Reaktionen aus Aufgabe 3.