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chemische Energetik Abitur

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chemische Energetik Abitur

 Chemische Energetik
= Teilgebiet der physikalischen Chemie, das sich mit Energleänderungen während
chemischer Reaktionen beschäftigt
Arten

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Komplette Zusammenfassung des Themas chemische Energetik fürs Abitur ab 2021 in Bw: Systeme Brenn-& Heizwert Exo-&endotherm Kalorimetrie Energieerhaltung Enthalpien Entropie Gibbs Helmholtz Gleichung Grenzen energetische Betrachtung Reaktionskinetik

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Chemische Energetik = Teilgebiet der physikalischen Chemie, das sich mit Energleänderungen während chemischer Reaktionen beschäftigt Arten von Systemen System = definierter Bezugsrahmen CZ.B. im Reagenzglas) 1.) offenes System Stoffe 1 2.) geschlossenes System kein Stoffaustausch 7 Energie 3) isoliertes System ken Stoffaustausch Delta →→Energie vor der Reaution kein Energieaustausch Energie & Enthalpie U= innere Energie eines Systems (nicht messbar) AU=U₁₂-U₁ nach der Reaktion mate 2. B. ein offenes Reagenzglas in dem die Reaktion abläuft 4D entstehende Gase kennen entweichen ArU = Qv ↑ Andening der inneren Energie während der Reaktion 2.B. ein Reagenzglas mit einem Luftballon drauf Lo entstehende Gase sammeln sich im Luftballon, können nicht entweichen 2.B. Reagenzglas mit Luftballon in sobox Energieerhaltungssatz: Die Summe aller Energien in einem isolierten System ist konstant. CAnderung der inneren Energie während einer Reaktion) othergie kann nicht erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur umgewandelt. - verläuft die Reaktion im geschlossenen System bei konstantem Volumen, wird innere Energie in Form von Wärme abgegeben oder aufgenommen. wärme (bei konstanten Volumen V) Dmit Luftballon -overläuft die Reaktion bei konstantem Druck, wird die innere Energie u. U. Zeilweise zur Volumenarbeit genutzt und nur teilweise in wärme umgesetzt. A₁U = Q p +W warme (beikonst. Druck) Die Enthalpie ist die bei einer Reaktion unter konstantem Druck aufgenommene bzw. abgegebene Wärme. Qp = Art & Reaktionsenthalpie (iny / 1]) Wird während einer Reaktion Enthal pie freigesetot Carlt 40) ist die Reaktion exotherm. wird Enthalpie aufgenommen (Art >0), ist die Reaktion endotherm. volumenarbeit W=P² AV Druck TONTHAUS Kalorimetrie-Messung von Enthalpien Kalorimeter sind Geräte zur Messung von (Reaktions-)...

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Enthalpien. Messgrepen: Grundaufbau: Thermometer Deckel Wasser bolation re in C ablaufende Reaktion Rührer Cum Temperatur- Schichtungen zu vermeiden) Glasstal 20. einfache Kalorimeter gleichung (wenn gesamte Energie aufs Wasser (nicht auf Valarinets) übertragen wird) Q = Cw•mw• AT: T₁ Temperatur vor der Reaktion T₂ Temperatur nach der Reaktion mw = Masse des Wassers extrapolierter 7 wert für Maximaltemperatur Tabellenwert: (w = spezifische Wärme kapazität des Wassers (₁=4₁ 19 J=5²₁²₁ K-1 4, Jag Arit = ±Q Artm = korrektur der Kalorimetrie-Ergebnisse 1.) graphische Ermittlung der End temperatur Arlt Flächen müssen sechgroß sein - molare Reaktionsenthalpie (y.mol-1 oder kjo mal^^) Ausgangpgerade 2.) Einbezug der Wärmekapazität des Kalorimeters Q=Qw+ Qk · vom Kalorimeter aufgenommene wärme vom Wasser aufgenommene Wärme Abkühlungsgerade --> Q = Cw• Mw₁AT+ # Q = ((w²mw+C₂) > AT Kalorimetergleichung Arten von Enthalpien Art Reaktionsenthalpie : bezogen auf beliebige chem. Spea. Wärmekapazität des ilalarimeters Masse des Valorimeters 1 Скотк I · AT Reaktion, bezieht sich auf Formelumsatz C₂ = wärmekapazität des Valerimeters Dexperimentell bestimmber; m₁ = 100g 1₂0/ 2=20°C m₂ = 100g H₂0 * *૦% aufgrund Energieerhaltunpoatz.. iz - Im Dm-Des C₁ = (wom₂ • -CWMA Acit Verbrennungsenthalpie: ce=combustion, bezieht sich auf verdbrannten Stoff 4&It Bildungsenthalpie : f= formation, bezieht sich auf die Bildung eines stoffes aus den Elementer ASH Schmelzenthalpie: bei Aggregate Bustandsänderungen fest ( Art Verdampfungsenthalpie: bei • flüssig 11 flüssig => gasförmig Aelt Lesungsenthalpie bei Lösungsvorgängen salzartiger Staffe Anit Bindungsenthalpie: zur Bindungsspaltung aufzwendende bzw. bei Bindungsbildung freigesetate Enthalpie Heizwerte & Brennwerte - freiwerdende Wärmemenge bei Verbrennung eines fassilen Brennstoffs (Abrupredulute toter Pflanzend Trase - Brank & Stenkable, Erdgus &-10) -D • Bezug auf handelslibliche Brennstoffgroßen (m², l, kg) pasitive Vorzeichen Bei Verbrennung fassiler Brennstoffe entstehen hauptsächlich CO₂ & Wasser Helewort to Wasser bleibt gasformig Kondensation setzt Ceusätzliche) ) Energie frei Brennwert to Wasser wird flüssig Berechnung von Reaktionsenthalpien 1.) aus Bindungrenthalpien Bsp 3 H₂ + N₂ → 2 INENI H-H H-H H-H · 2 NH 3 402. B. Fe, CGRAPHIT, 0₂ ✓ H-Ñ- 1 H -P-H 2.) aus Standard-Bildungsenthalpien molare Standard-Bildungsenthalpie Of Hom energiearmste Form eines Elements hat per =D Art=-2346ky +2253kJ = = 93kJ ↑ exotherm Artm= -46₁ 5kJ/mol (bezogen auf NH3) allgemein gilt: ↓ Diamant ist sauerstoffateme Energieaufwand (- Edukte) für Bindungprspaltung 3x H-H-Einfachbindung: 3mal • 436 kJ/mal 1x N=N-Dreifachbindung: A mal. 345kJ/mil du Aufwand + 225 34 J Energie freisetzung (+ Produkte) für Binduny (bildung 6x N-It-Einfach bindung: 6mel • 39145/mal 3, Pull": Standard bedingungen: 25°C, 1013 hPa Definition 4pH m = Oky/mal energiereicher sind energiereicher Standard bildungsenthalpie einer Verbindung ist die bei der Bildung der Verbindung den Elementen freiwerdende Enthalpie (unter Standardbedingungen) BSP.: CGRAPHIT + O₂ con ArHom- AiHom (con) Elemente da Prewetzing 7-2346kg 2346ку was raushompt/ entsteht Satz von Hess Bsp.: (A) 2 ( + 0₂ - ²00 Art=2 (B) C+0₂ -0 C(₁₂₂ Aritm = -393 kJ/mol (C) 2 (0+ 0₂ - Chalorimetrisch bestimmt) 200₂ Aritm = -28243 /mol (kalorimetrisch bestimmt) Sigma = Summe CEN was man reinführt/ Ausgangsstoffe 0 Art° = [ (n. ApH m [Produkte]) - Σ (n. Aflt'm [Edukte]) aus (1840), Die Reaktionsenthal pie ist unabhängig vom Reaktionsweg" (A) 2 (0 (+0₂₂) (B) 20+20₂ A+H (A) + A₂H (C) = A₂H (B) Art (A) = Arl(B) -ArH(C) 200₂ (زنا) Entropie (Maß der Unordnung") (S) große Ordnung /hoher Ordnungsgrad Per Definition erhält ein aus gleichen Atomen bestehender Kristall bei OK (Kelvin) den Entropiewart S= 0 = 0 Alle Staffe haben positive Entropie waste (unordentliches") Abschätzen den Entropie beichemischen Reaktionen Die Entropie nimmt zu, wenn · sich die Teilchenanzaḥl in der Reaktion erhöht (gilt v.a. für Gase) • sich die Bewegungsenergie der Teilchen erhöht centspricht einer Temperaturerhshung) • beim Ausgleich unterschiedlicher Drücke, Temperaturen oder Konzentrationen Bsp.: Lösen eines salzartigen Stoffes: sulzartiger Stoff - lonengitter -o hoher Ordnungsgrad to geringe Entropie Lösung to freihe wegliche lonen & geringer Ordnungsgrad to höhere Entropie D Entropie nimmt zu Berechnen der Reaktionsentropie (aus Tabellenwerten) Ar so = (n. Sºm [Produkte]) - (n. Sᵒm [Edukte]) Spontaneitat von Reaktionen ArG=Arit T·ArS 2.) Ar>0 & AS LO Gibbs Helmholtz-- fr gleichung Argº=A₁H⁰-298K²A.Sº 1 = 25°C ArG= Anderung der freien Firthul pie 7 auf Einheiten achten & anpassen Ÿ • srlinky &ors in y 0 A₁ GLO - exergonisch-o spontan ablaufend Ara 70 1.) Arit LO & Ar S70 endergonisch-D Reaktion läuft nicht freiwillig ab Enthalpie nimmt ab, Entrepie nimmt zu -o entspricht Prinzipien der Spontaneität der Realitich (Prinzip des Energieminimuns & cler max. Unordnung) -D Reaktion muss spontan sein - widerspricht beiden Prinzipien für spontanen Reaktionsablauf - Reaktion läuft nicht spontan ab 3.) Art >0 & Ors > O Spontaneität ist von Temperatur abhanging o läuft oberhalb eines Grenzwerter spontan ab. Grenz temperatur: 0 = Arit - T·Ars Arit Ars.. 4.) ArH²O & A SLO → Spontaneität ist temperaturabhängig + lüft unterhalb einer Grenztemperatur spontan ab ArG² = [ (n. AG²m [Produkk])-[(n⋅A Gºm [Edukke]) =0²₁T² = (4) Grenzen energetischer Betrachtungen Der spontane Ablauf einer chemischen Reaktion lässt sich mit der freien Gritholpie voraussagen. Die freie Enthalpie sagt nichts über die Reaktionsgeschwindigkeit aus. 4. Beispiel. COMMONT -P CARAPHIT Ursache: hoher Energieaufwand beim Umbau des Gitters (hohe Aktivierungsenergie) 2. Beispiedio H₂ot roit = 2 H₂O (Neutralisation) Arltom=-5865/mal Ar 5²m = + 813/ Komal sollte immer spontan ablaufen aber: Diamant verharrt in einem metastabilen Zustand Reaktionskinetik - Reaktionsgeschwindigkeit V= - Reaktion läuft spontan ab, aber unvollständig - chemisches Gleichgewicht stellt sich ein - mit freier Enthalpie schlecht beschreibbar Ac - konzentrations andering st Reaktionszeit Zeitdauer, bis Reaktion vollständig abgelaufen ist нсе (97) 4+ttºm= -2kJ/mol Ar Som= +43/ Komel Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit Bsp.: Mg + 2 HCl(aq) →→→ MgCl₂ + (H₂ (9) C It'z -Mg (s) "Kolbenprober Messreihe: tins 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10o V(₂) in ml49 57 62 65 67 68 69 70 70 70 im mey's 4,9 0,8 0,5 0,3 0,2 0 1 0 0 0 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von äußeren Faktoren 1.) Phasengrenzflächen (Phase - homogenes System) -o treten auf zwischen Reaktionspartnern mit unterschiedlichem Aggregatzustand coler Mischbarkeit. -oda Reaktionen nur an den Oberflächen stattfinden, sorgt zerkleinerung für höhere Reaktionsgeschwindigkeit. 2.) Einfluss der Temperatur → Teilchen besitzen bei höherer Temperatur höhere Geschwindigkeit und mehr Energie LD haufigere energierechere Zusammenstoße Reaktionen laufen ofter ab Faustregel: RaT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit -- Temperatur-Regel) 10°C Temperaturerhshung → doppelte bis vierfache Reaktionsgeschwindigkeit 3.) Einfluss der Konzentration •hothere Konzentration - ho here Teilchenzahl - häufigere Zusammenstöße

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Cool, mit dem Lernzettel konnte ich mich richtig gut auf meine Klassenarbeit vorbereiten. Danke 👍👍

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Wärmekapazität des ilalarimeters Masse des Valorimeters 1 Скотк I · AT Reaktion, bezieht sich auf Formelumsatz C₂ = wärmekapazität des Valerimeters Dexperimentell bestimmber; m₁ = 100g 1₂0/ 2=20°C m₂ = 100g H₂0 * *૦% aufgrund Energieerhaltunpoatz.. iz - Im Dm-Des C₁ = (wom₂ • -CWMA Acit Verbrennungsenthalpie: ce=combustion, bezieht sich auf verdbrannten Stoff 4&It Bildungsenthalpie : f= formation, bezieht sich auf die Bildung eines stoffes aus den Elementer ASH Schmelzenthalpie: bei Aggregate Bustandsänderungen fest ( Art Verdampfungsenthalpie: bei • flüssig 11 flüssig => gasförmig Aelt Lesungsenthalpie bei Lösungsvorgängen salzartiger Staffe Anit Bindungsenthalpie: zur Bindungsspaltung aufzwendende bzw. bei Bindungsbildung freigesetate Enthalpie Heizwerte & Brennwerte - freiwerdende Wärmemenge bei Verbrennung eines fassilen Brennstoffs (Abrupredulute toter Pflanzend Trase - Brank & Stenkable, Erdgus &-10) -D • Bezug auf handelslibliche Brennstoffgroßen (m², l, kg) pasitive Vorzeichen Bei Verbrennung fassiler Brennstoffe entstehen hauptsächlich CO₂ & Wasser Helewort to Wasser bleibt gasformig Kondensation setzt Ceusätzliche) ) Energie frei Brennwert to Wasser wird flüssig Berechnung von Reaktionsenthalpien 1.) aus Bindungrenthalpien Bsp 3 H₂ + N₂ → 2 INENI H-H H-H H-H · 2 NH 3 402. B. Fe, CGRAPHIT, 0₂ ✓ H-Ñ- 1 H -P-H 2.) aus Standard-Bildungsenthalpien molare Standard-Bildungsenthalpie Of Hom energiearmste Form eines Elements hat per =D Art=-2346ky +2253kJ = = 93kJ ↑ exotherm Artm= -46₁ 5kJ/mol (bezogen auf NH3) allgemein gilt: ↓ Diamant ist sauerstoffateme Energieaufwand (- Edukte) für Bindungprspaltung 3x H-H-Einfachbindung: 3mal • 436 kJ/mal 1x N=N-Dreifachbindung: A mal. 345kJ/mil du Aufwand + 225 34 J Energie freisetzung (+ Produkte) für Binduny (bildung 6x N-It-Einfach bindung: 6mel • 39145/mal 3, Pull": Standard bedingungen: 25°C, 1013 hPa Definition 4pH m = Oky/mal energiereicher sind energiereicher Standard bildungsenthalpie einer Verbindung ist die bei der Bildung der Verbindung den Elementen freiwerdende Enthalpie (unter Standardbedingungen) BSP.: CGRAPHIT + O₂ con ArHom- AiHom (con) Elemente da Prewetzing 7-2346kg 2346ку was raushompt/ entsteht Satz von Hess Bsp.: (A) 2 ( + 0₂ - ²00 Art=2 (B) C+0₂ -0 C(₁₂₂ Aritm = -393 kJ/mol (C) 2 (0+ 0₂ - Chalorimetrisch bestimmt) 200₂ Aritm = -28243 /mol (kalorimetrisch bestimmt) Sigma = Summe CEN was man reinführt/ Ausgangsstoffe 0 Art° = [ (n. ApH m [Produkte]) - Σ (n. Aflt'm [Edukte]) aus (1840), Die Reaktionsenthal pie ist unabhängig vom Reaktionsweg" (A) 2 (0 (+0₂₂) (B) 20+20₂ A+H (A) + A₂H (C) = A₂H (B) Art (A) = Arl(B) -ArH(C) 200₂ (زنا) Entropie (Maß der Unordnung") (S) große Ordnung /hoher Ordnungsgrad Per Definition erhält ein aus gleichen Atomen bestehender Kristall bei OK (Kelvin) den Entropiewart S= 0 = 0 Alle Staffe haben positive Entropie waste (unordentliches") Abschätzen den Entropie beichemischen Reaktionen Die Entropie nimmt zu, wenn · sich die Teilchenanzaḥl in der Reaktion erhöht (gilt v.a. für Gase) • sich die Bewegungsenergie der Teilchen erhöht centspricht einer Temperaturerhshung) • beim Ausgleich unterschiedlicher Drücke, Temperaturen oder Konzentrationen Bsp.: Lösen eines salzartigen Stoffes: sulzartiger Stoff - lonengitter -o hoher Ordnungsgrad to geringe Entropie Lösung to freihe wegliche lonen & geringer Ordnungsgrad to höhere Entropie D Entropie nimmt zu Berechnen der Reaktionsentropie (aus Tabellenwerten) Ar so = (n. Sºm [Produkte]) - (n. Sᵒm [Edukte]) Spontaneitat von Reaktionen ArG=Arit T·ArS 2.) Ar>0 & AS LO Gibbs Helmholtz-- fr gleichung Argº=A₁H⁰-298K²A.Sº 1 = 25°C ArG= Anderung der freien Firthul pie 7 auf Einheiten achten & anpassen Ÿ • srlinky &ors in y 0 A₁ GLO - exergonisch-o spontan ablaufend Ara 70 1.) Arit LO & Ar S70 endergonisch-D Reaktion läuft nicht freiwillig ab Enthalpie nimmt ab, Entrepie nimmt zu -o entspricht Prinzipien der Spontaneität der Realitich (Prinzip des Energieminimuns & cler max. Unordnung) -D Reaktion muss spontan sein - widerspricht beiden Prinzipien für spontanen Reaktionsablauf - Reaktion läuft nicht spontan ab 3.) Art >0 & Ors > O Spontaneität ist von Temperatur abhanging o läuft oberhalb eines Grenzwerter spontan ab. Grenz temperatur: 0 = Arit - T·Ars Arit Ars.. 4.) ArH²O & A SLO → Spontaneität ist temperaturabhängig + lüft unterhalb einer Grenztemperatur spontan ab ArG² = [ (n. AG²m [Produkk])-[(n⋅A Gºm [Edukke]) =0²₁T² = (4) Grenzen energetischer Betrachtungen Der spontane Ablauf einer chemischen Reaktion lässt sich mit der freien Gritholpie voraussagen. Die freie Enthalpie sagt nichts über die Reaktionsgeschwindigkeit aus. 4. Beispiel. COMMONT -P CARAPHIT Ursache: hoher Energieaufwand beim Umbau des Gitters (hohe Aktivierungsenergie) 2. Beispiedio H₂ot roit = 2 H₂O (Neutralisation) Arltom=-5865/mal Ar 5²m = + 813/ Komal sollte immer spontan ablaufen aber: Diamant verharrt in einem metastabilen Zustand Reaktionskinetik - Reaktionsgeschwindigkeit V= - Reaktion läuft spontan ab, aber unvollständig - chemisches Gleichgewicht stellt sich ein - mit freier Enthalpie schlecht beschreibbar Ac - konzentrations andering st Reaktionszeit Zeitdauer, bis Reaktion vollständig abgelaufen ist нсе (97) 4+ttºm= -2kJ/mol Ar Som= +43/ Komel Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit Bsp.: Mg + 2 HCl(aq) →→→ MgCl₂ + (H₂ (9) C It'z -Mg (s) "Kolbenprober Messreihe: tins 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10o V(₂) in ml49 57 62 65 67 68 69 70 70 70 im mey's 4,9 0,8 0,5 0,3 0,2 0 1 0 0 0 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von äußeren Faktoren 1.) Phasengrenzflächen (Phase - homogenes System) -o treten auf zwischen Reaktionspartnern mit unterschiedlichem Aggregatzustand coler Mischbarkeit. -oda Reaktionen nur an den Oberflächen stattfinden, sorgt zerkleinerung für höhere Reaktionsgeschwindigkeit. 2.) Einfluss der Temperatur → Teilchen besitzen bei höherer Temperatur höhere Geschwindigkeit und mehr Energie LD haufigere energierechere Zusammenstoße Reaktionen laufen ofter ab Faustregel: RaT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit -- Temperatur-Regel) 10°C Temperaturerhshung → doppelte bis vierfache Reaktionsgeschwindigkeit 3.) Einfluss der Konzentration •hothere Konzentration - ho here Teilchenzahl - häufigere Zusammenstöße