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Energetik (Enthalpie, Entropie, Satz von Hess,..)
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1. Einführung und Wiederholung Energetik Redoxreaktion (Reaktionstyp): Elektronen übertragungsreaktion Energie Energie ist das gespeicherte Vermögen Arbeit zu verrichten. Es gibt verschiedene Energie formen (Lichtenergie, wärmeenergie), die ineinander umgewandelt werden, so dass nie Energie verloren geht (Energicerhaltungssatz). Reaktionsenergie: Energie, die bei einer Reaktion frei wird, bzw zugeführt werden muss. Reaktionsenthalpie: die bei einer chemischen Reaktion unter konstantem Druck aufgenommene oder abgegebene wärmeenergie. Aktivierungsenergie: Energie, die zum Starten einer Reaktion benötigt wird jede Reaktiom muss mithilfe einer Aktiv- ierungsenergie gestartet werden. Katalysator : exotherm Energie wird frei (Energie- gehalt der Produkte ist kleiner als der der Ausgangsstoffe.) > beschleunigt und ermöglicht Reak- tionen, indem Sie die Aktivierungs- energie herabsetzen und Selbst unver- ändert aus der Reaktion hervorgehen. AH < 0 umgebung wird wärmer. > System und umgebung: > Offenes System: geschlossenes System: abgeschlossenes system: isoliertes Edukte endotherm Energie wird frei (Energie- gehalt der Produkte ist größer als der der Ausgangsstoffe.) ΔΗ> Ο Aktivierungs- energie mit Katalysator Umgebung wird kälter. Produkte Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung kein stoff-aber Energieaustausch mit der Umgebung kein Stoff und kein Energieaustausch mit der Umgebung ↳ Anderung der inneren Energie immer [AU=0] Aktivierungs- energie ohne Katalysator Insgesamt frei- werdene Energie (exotherme Reaktion) Zeit 1 2. (Standard)reaktionsenthalpie -2.1 Allgemeines Die Reaktionsenthalpie ist die bei einer chemischen Reaktion unter konstantem Druck aufgenommene oder abgegebene wärmeenergie. ArH Einheit ky ArH< Oky exotherme Reaktion Art > Oky endotherme Reaktion Berechning: As Hom Molare Reaktionsenthalpie = 1. 4 H° = Σ AfH°m (Produkte) • -{ aft°m (Edukie) in [ky] [ky] Ar Ho 2. Ar H²= Ar Hᵒm n [K] Beispiel: Zusatz: Die Reaktionsenthalpic ist temperatur und druckabhängig. Deswegen gibt man die Reaktionsenthalpic unter Standardbedinungen "0" an (p=1013 mbar;...
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T=25°C (298K)) ( bezogen auf 1 mol des Stoffes) r: Stent für Reaktion", kann auch Ausgetauscht sein durch den Anfangsbuchstaben einer ganz bestimmien Reaktion, 2.B. Verbrennungsreaktion AVH 2.2 Berechung von Reaktionsenthaplien 1. Mit Hilfe der Molare Standardbildungsenthalpie Definition: Die molare Standardbildungsenthalpie einer Verbindung ist die Standard- reaktionsenthalpic, die bei der Bildung von 1 mol dieser verbindung im Standard zustand aus den Elementen auftritt. Standard bed Af H°m [ky] [器] Dabei gilt: Die Stabilste Form eines Elements besitzt bei Standardbed: 4H°m = 0 K mol A₁ Hºm (CO₂) = -394 m land das heißt: lässt mon bei p= 1013 mbar und T = 25°C 1 md sauerstoff mit 1 mol Kohlenstoff zu 1 mol Kohlenstoffdioxid reagieren, dann werden -394 ky frei. 2 Berechnung der Standardreaktionsenthalpic - Beispiel: (4rH° = of H°m (Produkle) - of H°m (Edukle) 1 Fe203 AHO + 300 2 mol. 2 mol afH m (Fe) + 3 md • of Him (CO₂) 25 ky Beispiel: Beachte: ! Dieser Wert gilt für Amal Eisenoxid, 3 mol Kohlenstoffmonoxid, 3mal kohlenstoffdioxid und 2 mol Eisen 2.B. malare Reaktionsenthalpie bezogen auf 1md Eisen: Artin (1 2 Fe ky Omal + 3 md. (-394 M) 2. Berechnung (& « Abschätzung ) mithilfe der molaren Bindingsenthalpie Die molare Bindingsenthalpie (Tabelle) Zweiatomiger Moleküle ist die auf die Stoffmenge bezogene Standard reaktionsenthalpie der spalting in die Atome. (1 Die Zerstörung von Atombindungen erfordert Energie (+ ergänzen) Bei der Bildung von Atombindungen wird Energie frei (-ergänzen) | Br Bri Spaltung von: (+ ergänzen) Br - Br" -Bindung C = C" Bindung Amd. Amd. 1 mal 4,C-H"-Bindung + 3C0₂ Zusatz: Entstehen z. B. mew Atombindungen bei der Produktbildung, als bei der Zerstörung" der Ausgangsstoffe kaputt gemacht werden, liegt i.d. R. eine exotherme Reaktion vor. Bildung von (- ergänzen) 1mcl 1 mol Amd. 4. . . 2. C-C" je mehr Atombindungen zw. zwei Atomen, desto höher ist die Bindungsenthalpie je polarer die Atombinding desto größer ist die Bindungsenthalpie Bindung - [₁ mol. - 1 mol (-8255 ) - 3mdl - (-110 K/ 10) "C-Br"-Bindung C-H"-Bindung Aft*m (FR₂03) + 3md "AfHim (co)] + Дрно = 2459 ку - 2970 ку = - лаку H 4rH n 8 H I 25 kg 2md H 1 - C - C 1 18r) (Bri 1 mol (+ 193 kj/mol) 1 mol ( + 643 ky/ md) (+413 kg/mol) 4 mol Art Spaltung) =+2459 ky . 4 - 12,5 mol exotherm 1 mol (- 348 kj/mol) 2 mol (- 285 ky/ md) 4 mol (-413 ky/mol) = 41 H (Bildung) = -2570 kJ 2.3 Der Satz von Hess Die Reaktionsenthapie einer chemischen Reaktion ist unabhängig vom Reaktions- weg. D. h. die insgesamt freigesetzte bzw. zugeführte Energie ist immer gleich- egal über wie viele zwischenschritte die Reaktion verläuft. Beispiel: Reaktion von Graphit (Kohlenstoff) und Sauerstoff zu kohlenstoffdioxid. weg A: weg B: n= mª с C + CO + 2.4 Stoffmengenberechnungen Aufbau: Qges + 3.1 Bombenkalorimeter wichtige Formein für stoffmengenberechnungen: ArH 4rHom Rührer abgeschlossenes/ isoliertes System 0₂ (9) 1/0₂ (g) S rg1 3. Experimentelle Bestimmung der Reaktionsenthalpie со 2 гдо CO(g) Kalorimeter со 268) n= c.v wasser "Bombe" (Reaktionsraum, [ P = 4rH'm ApHom m = - Artim ( wasser : Thermometer L 393 mol Prinzip: Die bei einer exothermen Reaktion freigesetzle Energie erwärmt das Wasser im Kalorimeter und das kalorimeter gefäß. Die Temperaturandering des Wassers ist messbar. (Bei endothermer Reaktion wird Energie entzogen und es wird kälter). ky MM mol 282 mol Dichte)] · 393 mal 4 Ar H / Qges LD bei exothermer Reaktion ergänzen 4Hm = Qwasser Qualorimeter Energiemenge, die das Wasser bzw das kalorimeter aufnimmt. Cw = 4₁18 9³ k (spez. Wärmekapazität von wasser) AT = Temperatur differenz [K] ma Masse Wasser [g] C₁ = Cw. Mkalt A Die Energiemenge Arl/Qges gilt immer für die eingesetzte Masse (m) des Stoffes) or H/Qges 4rHm [mindestens: (Abi 2021)] zusatz: warmekapazität Kalorimeter: ar H ! 11 Verbrennungskalorimeter: Heizwert: Rührer" abgeschlossenes/ isoliertes System (Cw. Mw. AT → um Brennwert zu bestimmen verbrennungsenthalpie! Q + n= = (Tmisch- Tkalt) (Twarm-Tmisch) C₂ - ( آه Cwmwarm Abgase Sauerstoffzufuhr CK: Spezifische Wärmekapazität von Kalorimeter mk: Masse Kalorimeter Brennwert > Heizwert Qu 4, Hm Thermometer wasser Probe Brennwert: wärmeenergie, die pro Masse frei wird, wenn das Wasser kondensiert wird ↳ Energiemenge bezogen auf Masse an verbranntem Stoff [ H₂O flüssig J Artl/Qges [] → Druck bleibt konstant = wärmeenergie, die pro Masse anfällt, wenn das Wasser bei der Verbrennung als Gas freigesetzt wird [ H₂0 gasförmig ] 5
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