Physikalische Chemie
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Physikalische Chemie Ob Elektrochemie oder Quantenmechanik, das Feld der physikalischen Chemie ist weit! Hier könnt ihr Fragen von A wie Arrhenius-Gleichung bis Z wie Zeta-Potential stellen.

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Alt 10.07.2019, 15:01   #1   Druckbare Version zeigen
Physiker1234  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
Partialdruck Klausuraufgabe

Hallo Zusammen,


ich habe eine Aufgabe aus einer alten Prüfung und hoffe, dass ihr mir bei der Lösung helfen könnt. Die Aufgabe lautet wie folgt:

Fester C wird in ein Gefäß gebracht, in dem sich von der Einstellung eines Gleichgewichts Wasserstoff (H2) bei 1100 mbar und 1273 K befindet.
Nach Einstellung des Gleichgewichts C (s) + 2 H2 (g) CH4 (g) beträgt der Partialdruck CH4 (g) 100 mbar

a) Wie groß ist der Partialdruck des H2 im Gleichgewicht?
b) Wie groß ist Ka bei 1273 K?



Vielen Dank für eure Hilfe!
Liebe Grüße
Physiker1234
Physiker1234 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 15:14   #2   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.241
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Was sind denn Deine Lösungsansätze?
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Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 10.07.2019, 15:23   #3   Druckbare Version zeigen
Physiker1234  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Also mein Ansatz für die Partialdrücke wäre:



p(C)=x(C)*p'(Dampfdruck von reinem C) mit x(C)=2/3
p(H2)=x(CH2)*p'(Dampfdruck von reinem H2) mit x(H2)=1/3


...bin mir aber nicht sicher, ob es so stimmt.
Physiker1234 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 15:41   #4   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.241
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Wie groß schätzt Du denn den Dampfdruck von Kohlenstoff ein? Wie schnell verdampft denn Kohle so im Alltag?

Vielleicht informierst Du Dich zum Unterschied zwischen Dampfdruck und Partialdruck.
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Alt 10.07.2019, 17:28   #5   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.406
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Im Aufgabentext wird C als "solid" angegeben; man ihn also bei der Berechnung vernachlässigen. Dann vereinfacht sich die Überlegung dazu, wieviel Wasserstoff verbraucht wird und wieviel Methan gebildet wird und wie das die Partialdrücke verändert.

Gruß

jag
__________________
Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.
jag ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 18:23   #6   Druckbare Version zeigen
Physiker1234  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Danke für die Hilfe!

Mir war schon klar, dass der feste Kohlenstoff nicht in die Berechnung mit eingeht. Ich hatte wohl die Aufgabe falsch verstanden, aber mittlerweile habe ich sie gelöst. :-)
Schönen Abend,
Physiker1234
Physiker1234 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 18:29   #7   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.255
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

ergaenzender hinweis:

bei diesem aufgabentyp werden ( u.a. fuer das MWG : darum gehts ja hier) einige stillschweigende voraussetzungen gemacht:

- kohlenstoff, fest ist mit der aktivitaet " 1" in die gleichung einzubringen, unbeschadet der frage wieviel davon da ist, wieviel sich verbraucht, ob seine oberflaeche sich mithin ( geringfuegig) aendert
(deshalb hast du zum kohlenstoff in der aufgabenstellung auch keine naeheren angaben)

- sein eigenvolumen ist als vernaechlaessigbar anzusetzen, ebenso die aenderung desselben per abreaktion


die umsatzgleichung " C(s) + 2 H2 {\to} CH4" stellt sich sodann im zugehoerigen MWG wie folgt dar:


{K_p \ = \ \frac {p_{part}(CH_4)}{a(C_{(s)}) \ * \ \left(  p_{part.}(H_2) \right)^2 } \ = \ \frac {p_{part}(CH_4)}{1 \ * \ \left(  p_{part.}(H_2) \right)^2 } \ }
(die partialdruecke sind solche des eingestellten gleichgewichts)

beruecksichtigst du nun zusaetzlich, dass das entstehende methan ja zu lasten des initialen wasserstoff-inventars gebildet worden sein muss, so erweitert sich der ausdruck wie folgt:


{K_p \ =  \ \frac {p_{part}(CH_4)}{1 \ * \ \left(  p_{part.}(H_2) \right)^2 } \ = \ \frac {p_{part}(CH_4)} { \left( p_0(H_2) \ - \ 2 * p_{part.}(CH_4) \right) ^2 }}


... und das loesen der resultierenden quadratischen gleichung, einsetzen der werte und berechnen bekommt ein physiker sicherlich selbststaendig hin


gruss

Ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 10.07.2019, 21:03   #8   Druckbare Version zeigen
Physiker1234  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 4
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Danke Ingo für deine Ergänzung!
Die Gleichgewichtskonstante habe ich wie Du, mit deiner ersten Gleichung gelöst. Ich denke, für meine Zwecke ist dies ausreichend.


PS: ...das Lösen der quadratischen Gleichung wäre naturlich kein Problem.... ;-)

Physiker1234 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 22:16   #9   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.241
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

Zitat:
Zitat von magician4 Beitrag anzeigen
- kohlenstoff, fest ist mit der aktivitaet " 1" in die gleichung einzubringen, unbeschadet der frage wieviel davon da ist, wieviel sich verbraucht, ob seine oberflaeche sich mithin ( geringfuegig) aendert
(deshalb hast du zum kohlenstoff in der aufgabenstellung auch keine naeheren angaben)

- sein eigenvolumen ist als vernaechlaessigbar anzusetzen, ebenso die aenderung desselben per abreaktion
Das muss gar nicht so stillschweigend geschehen. Alle die beschriebenen Phänomene, die sich lediglich auf die Größe der Grenzfläche zwischen Kohlenstoff und Gasphase beziehen, haben zwar einen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit aber keinen auf die Gleichgewichtslage.

Das kann man bei einer Verdampfung (Einstellung des GG-Dampfdrucks) sich viel einfacher vorstellen: das Verhältnis von Verdampfen zu Kondensieren ist auf einer Normfläche konstant. Wird die Fläche Vergrößert, ändert sich zwar die Menge des Austausches, nicht jedoch das Verhältnis von Verdampfen zu Kodensieren.

Von daher gelangen diese Prozesse als konstanter Wert automatisch in die Gleichgewichtskonstante.

In obiger Reaktion muss also nur gewährleistet werden, dass noch fester Kohlenstoff vorhanden ist. Wie viel das ist, spielt keine Rolle.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.07.2019, 23:18   #10   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.255
AW: Partialdruck Klausuraufgabe

@Cyrion:

eine interessante plausibilitaets-argumentation, danke


... denn bisher war das fuer mich eher ein sich aus PC-formeln "irgendwie" ergebender effekt, ungefaehr von der qualitaet "die konzentration des wassers in sich selbst aendert sich nur vernachlaessigbar, wenn sich eine saeure darin dissoziierend aufloest" ( und die ~55,5 M koennen daher als quasi-konstante in K mit eingearbeitet werden, wodurch sich KS ergibt)

aber so ist's natuerlich einleuchtender

man lernt nie aus

danke

Ingo
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aufgabe, dampfdruck, physikalische chemie, thermodynamik

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