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 22.02.2013, 18:25   #1   Druckbare Version zeigen
Praef Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 12
Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Halli hallo,

Ich befinde mich gerade bei der Vorbereitung für meine Chemieklausur und bin bei einer alten Klausur über eine Frage gestolpert:

"
Wie groß ist die Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators im geladenen Zustand unter Standardbedingungen?"

Befindet sich der Bleiakku im aufgeladenen Zustand nicht im Gleichgewicht?
Wenn das so wäre, dann müsste die Gibbsenergie (also delta G) doch gleich null sein oder?
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Alt 22.02.2013, 19:19   #2   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Das ist sicher so gemeint:

{\Delta G = -z\cdot F\cdot \Delta E}

Mit {z=2\ \ \Delta E=2,1\,V\ } pro Zelle ergäbe das:

{\Delta G = 405,3 kJ/mol}
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.02.2013, 19:33   #3   Druckbare Version zeigen
Praef Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 12
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Achso,
Also doch keine Fangfrage.

Vielen Dank!

Praef ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.02.2013, 19:59   #4   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Habe nur das Vorzeichen vergessen...es ist negativ !
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.02.2013, 17:23   #5   Druckbare Version zeigen
Praef Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 12
Wiedermal Bleiakku

Hallöchen,

Ich habe gerade eine Klausuraufgabe durchgerechnet und wollte gerne wissen ob man dass so gelten lassen kann.

Aufgabe:
a) Berechnen Sie die Spannung (E, elektromotorische Kraft) für einen Bleiakkumulator aus den gegebenen thermochemischen Daten. b) Wie viel Wärme wird dabei beim Umsatz von 100g Blei freigesetzt?

Gegeben:
PbO_2(s)∆_BG°: -217,3; ∆_BH°: -277,3
PbSO_4(s)∆_BG°:-813,2; ∆_BH°-919,9
H_2O(l)∆_BG°:-237,2; ∆_BH°-285,8
Pb^{2+}(aq)∆_BG°:-23,9; ∆_BH°+0,92
SO4^{2-}(aq)∆_BG°:-744,5; ∆_BH°-909,6
(verzeiht das es ein wenig unübersichtlich ist)

a)

Berechnen der freien Enthalpien für die Anode und die Kathode

Anode:{d_rG = d_bG_{PbSO4} - d_bG_{SO4^2-} = -68,7 kJ/mol}


Kathode: {d_rG = d_bG_{PbSO4} + 6 * d_bG_{H2O} - d_bG_{PbO2} + d_bG_{SO4^2-} = -1274,6 kJ/mol}

Daraus dann über {d_rG= -z * F * E} E ausgerechnet.
Kathode: E= 0,35 V
Anode: E= 6,605 V

Also ergibt {E_{gesamt} = 6,255V}, stimmt das? Auwi schrieb doch das E=2,1V (oder Wiki 2,05V) für eine Zelle sein müsste.
b)
Hier habe ich für jede Zelle die Werte für die Enthalpie ausgerechnet, diese dann voneinander abgezogen (Kathode - Anode).
Dann mit der Stoffmenge von Pb für 100g (0,483mol) multipliziert, (kJ/mol*mol ergibt ja kJ)
damit wäre Q= 184,4 kJ

Ich irgendwie das Gefühl, das ich mit den Enthalpien nicht richtig gearbeitet habe...

vielen Dank schon im Voraus
Praef ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.02.2013, 19:54   #6   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Gib doch erst einmal die von Dir vermuteten Teilreaktionen an Anode und Kathode an. Aus Deinen "Berechnungen" sind die nicht ersichtlich.
Wahrscheinlich klärt sich dann so einiges schon auf...
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.02.2013, 20:24   #7   Druckbare Version zeigen
Praef Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 12
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Deswegen frage ich ja nach, ich habe ja schließlich nach den Teilreaktionen die Gleichungen für die freie Enthalpie aufgestellt.

Die Teilreaktionen:

Anode:
{Pb + SO_4^{2-} \rightleftharpoons PbSO_4 + 2e^-}

Kathode:
{PbO_2 + SO_4^{2-} + 4H_3O^+ +2e^- \rightleftharpoons PbSO_4 + 6H_2O }
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Alt 07.04.2018, 19:17   #8   Druckbare Version zeigen
ChemNasch  
Mitglied
Beiträge: 8
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Hallo,
die Frage des Fragestellers hat sich nach 5 Jahren sicherlich schon erledigt. Falls nicht: @ Praef, du hast die Enthalpien und nicht die Gibbs-Energie zum Rechnen verwendet!

Ich habe bei meiner Rechnung zwar Gibbs-Energien verwendet, komme aber leider auch auf einen falschen Wert.

Folgendes habe ich berechnet:
Gesamtreaktion des Pb Akkus:

{Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4\rightleftharpoons 2 PbSO_4 + 2 H_2O}

Oxidation
{Pb + H_2SO_4\rightleftharpoons PbSO_4 + 2H^+ + 2e^-} {E^0 = -0,3588 V}

Reduktion
{PbO_2 + 2H^+ H_2SO_4 + 2e^-\rightleftharpoons PbSO_4 + 2H_2O}{E^0=+1,455 V}

{\Delta E = 2,0408 V }

Aus {\Delta G = z*F* \Delta E = \frac{2*96485,3228959 C/mol * 2,0408}{1000}= -393,81 kJ/mol}

Berechne ich jetzt {\Delta G} aus den Standartbildungs-Gibbsenergien (entnommen aus dem Mortimer, Allgemeine Chemie)

{\Delta G_f^0(Pb)= 0 kJ/mol}
{\Delta G_f^0(PbO_2)= -219,0 kJ/mol}
{\Delta G_f^0(H_2_SO_4)= -687,5 kJ/mol}
{\Delta G_f^0(PbSO_4)= -811,2 kJ/mol}
{\Delta G_f^0(H_2O)= -237,19 kJ/mol}

{\Delta G = \Delta G (Produkte) - \Delta G (Edukte) = (2*-811,22+2*-237,19)-(0+-219,0+2*-687,5)=-502,78 kJ/mol}

Also stimmt {\Delta G} bei verschiedenen Rechenwegen nicht überein. Hilfe bitte!
ChemNasch ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.04.2018, 08:48   #9   Druckbare Version zeigen
no_body  
Mitglied
Beiträge: 595
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Vermutlich liegt es an der Schwefelsäure.
Im Bleiakku liegt diese mehr oder weniger aquatisiert und verdünnt vor. Für die verdünnte Form findet man einen Wert von -909,27 statt der -811,2 kJ/mol. Für die halbverdünnte Variante könnte der Wert dazwischen liegen.
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Meine Beiträge sind wie Gold - selten und kostbar.

Geändert von no_body (10.04.2018 um 08:58 Uhr)
no_body ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.04.2018, 09:03   #10   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.210
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Das ist ja der Unsinn bzw. die Falle in der Frage.
1. 38 %ige H2SO4 sind keine Standardbedingungen
2. Die Aktivität der H2SO4 bzw. der H3O^+ oder was auch immer in halbkonzentrierter H2SO4 vorliegt und das GG beinflusst, ist völlig unklar.
Zur Berechnung der tatsächlichen Spannung des Akkus findet man in der Literatur und im www unterschiedlichste theoretische Ansätze, die von der Realität um bis zu 0,5 V abweichen.
Auch hier: Delta E° theoretisch 1,8138 V - praktisch delta E 2,2 V und nicht 2,0408 V

Geändert von cg (10.04.2018 um 09:09 Uhr)
cg ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.04.2018, 08:53   #11   Druckbare Version zeigen
ChemNasch  
Mitglied
Beiträge: 8
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Hallo,
vielen Dank für die Beiträge!
Hier muss ich mal andersherum fragen:
Auch wenn in der Praxis 1 mol/l H2SO4 nicht gegeben ist, sind beide Rechenwege wie oben aufgeführt theoretische Rechenwege, welche mit Standardgrößen arbeiten, d.h. es gilt in beiden Rechenwegen c(H2SO4)=1 mol/l
daran sollte es also nicht liegen.
Für die Berechnung von deltaE habe ich die Normalpotentiale aus dem Mortimer verwendet

{PbSO_4 + 2 e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}   E^0 = -0,3588 V}
{PbO_2 + 4H^+ + 2 e^- + SO_4^{2-}\rightarrow PbSO_4 + 2H_2O   E^0 = +1,455V}

{\Delta E^0 = 1,455 V - (-0,3588 V)= 2,0408 V}

Das es in der Praxis anders aussieht ist mir auch bewusst. Ich frage mich nur warum ich bei den o. berechneten dG auf so unterschiedliche Werte komme, obwohl ich nur Standardgrößen verwende...
ChemNasch ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 14.04.2018, 10:48   #12   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.210
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Tja, das habe ich mich auch schon gefragt. Wahrscheinlich muss man den angegebenen Standarddaten nachspüren. Irgengwo ist da ein Fehler und nicht bei Deiner Rechnung.

Viel Erfolg. Würde mich auch sehr interessieren.
Freundliche Grüße
cg
cg ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 25.04.2018, 09:12   #13   Druckbare Version zeigen
no_body  
Mitglied
Beiträge: 595
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Die Berechnung nach den Standardredoxpotentialen gilt für wässrige Lösungen. Hingegen werden bei den Standartbildungs-Gibbsenergien die reinen Stoffe zugrundegelegt.

Einmal wird die Reaktion in wässriger Umgebung durchgeführt und das andere Mal werden die reinen Stoffe zur Reaktion gebracht.
__________________
Meine Beiträge sind wie Gold - selten und kostbar.
no_body ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 26.04.2018, 09:14   #14   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.210
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Danke, no_body, sehr erhellend. Da muss man drauf kommen.

Freundliche Grüße
cg
cg ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 01.05.2018, 17:19   #15   Druckbare Version zeigen
ChemNasch  
Mitglied
Beiträge: 8
AW: Gibbs-Energie eines Bleiakkumulators

Hey no_body,
hm, das könntes schon erklären... dann ist der Fakt, dass die Berechnung bei der H2O Elektrolyse klappt vielleicht nur Zufall...
ChemNasch ist offline   Mit Zitat antworten
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