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Organische Chemie Fragen und Antworten zur Chemie der Kohlenwasserstoffe. Hier kann alles von funktionellen Gruppen über Reaktionsmechanismen zu Synthesevorschriften, vom Methan zum komplexen Makromolekül diskutiert werden.

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Alt 02.09.2019, 10:00   #1   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
Verbrennung eines Gasgemischs

Hallo, liebe Forenexperten,
Mit meinem inzwischen fast 40 Jahre zurückliegendem DDR-Abitur (was keinesfalls schlecht war) scheitere ich an einer simplen Aufgabe und erhoffe mir hier Hilfe bzw. Denkansätze.

Aufgabe:
100 ml eines Gemisches aus CO, CH4 und C2H2 werden unter Zugabe 400 ml O2 vollständig verbrannt. Nach Abkühlen resultiert eine Menge von 374 ml Gas, dessen Volumen nach dem Waschen mit KOH auf 225 ml sinkt.
Bestimme das Verhältnis der Gase im Ausgangsgemisch.

Mein erster Schritt war dieser:
CO = Kohlenmonoxid (2 CO + O2 = 2 CO2)
C2H2 = Ethin (2 C2H2 + 5 O2 --> 4 CO2 + 2 H2O)
CH4 = Methan (CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O)

2 KOH + CO2 --> K2CO3 + H2O

Laut Aufgabenstellung existieren Normalbedingungen (Druck/Temperatur)und das entstehende H2O kann/soll vernachlässigt werden(?).

Ich habe so gar keinen Plan, wo ich hier ansetzen soll und würde mich freuen, wenn jemand, der "näher" an derartigen Fragen dran ist mir einen hilfreichen Tip geben würde.

Danke schonmal im Voraus!

pgiese
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Alt 02.09.2019, 10:16   #2   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.406
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Das Gasvolumen sollte m.E. nach dem Waschen mit KOH relativ genau 0 ml betragen.

Eine Vollständige Verbrennung der genannten Gase ergibt CO2 und Wasser. Nach dem Abkühlen sollten das Wasser kondensiert, also mit vernachlässigbarem Volumen, vorliegen. Spätestens nach dem Waschen mit KOH (man geht davon aus, dass dies im Überschuss geschieht) sollte auch das Kohlendioxid gebunden sein. Unabhängig vom Abkühlen nach der Verbrennung sollte auch in(nach diesem Schritt das Wasser kondensiert vorliegen.
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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 02.09.2019, 10:42   #3   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Vielen Dank!

Ggf. habe ich mich a) falsch ausgedrückt oder b) die Aufgabenformulierung nicht korekt wiedergegeben. Vermutlich sind die 225 ml dann das K2CO3.

pgiese ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.09.2019, 10:42   #4   Druckbare Version zeigen
jag Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.484
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Das sehe ich anders. Sauerstoff wird im Überschuss eingesetzt (100mL Gemisch zu 400mL Sauerstoff). Dann wird durch das Waschen mit KOH das Co2 entfernt und man kann über das Molvolumen die gebildete Menge CO2 bestimmen. Das Restvolumen wäre Sauerstoff und man kann die verbrauchte Menge Sauerstoff bestimmen.


Die Ansätze sind chemisch i.O. und es resultiert dann nur noch einmathematisches Berechnungsproblem. Dazu die Verbrennungsgleichungen zusammenfassen.

Gruß

jag
__________________
Die Lösung auf alle Fragen ist "42".
Aus gegebenem Anlass: Alle Rechnungen überprüfen, da keine Gewähr. - Fragen bitte im Forum stellen.
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Alt 02.09.2019, 10:46   #5   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

2 CO + CH4 + 2 C2H2 + 8O2 --> 7 CO2 + 4 H20

Habe ich schon getan, macht mich aber auch nicht klüger. Wäre es vermessen nach einem HInweis zur Berechnung des molaren Volumens zu fragen? Google bombardiert mich da mit Links, die mir zunächst nicht viel sagen ...
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Alt 02.09.2019, 12:58   #6   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.618
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Sie haben 6 Komponenten (CO, CH4,...) und 3 Elemente.
Wenn Sie den Rang der Element-Spezies Matrix ermitteln, so kommen Sie zum Schluss, dass 3 Schlüsselkomponenten zur vollständigen Beschreibung der Mengenänderungen notwendig sind.
Direkt zugänglich (aus den gemessenen Volumina):
{\Delta n_{CO_2}}
aus der CO2-Wäsche;

{\Delta n_{O_2}}
aus dem verbrauchten Sauerstoff;

indirekt haben Sie auch aus der Verbrennung der 100 mL Brenngas

{\Delta n_{CO}+\Delta n_{CH_4}+\Delta n_{C_2H_2}}
Vorzeichen für gebildete und verbrauchte Mengen beachten.

Nun stellen Sie die Elementbilanzen auf.
Kohlenstoff:
{\Delta n_{CO}+\Delta n_{CH_4}+2\Delta n_{C_2H_2}+\Delta n_{CO_2}=0}
umgestellt nach der unbekannten C2H2 (links stehen bekannte, siehe oben):
{\Delta n_{CO}+\Delta n_{CH_4}+\Delta n_{C_2H_2}+\Delta n_{CO_2}=-\Delta n_{C_2H_2}}
Wasserstoff:
{4\Delta n_{CH_4}+2\Delta n_{C_2H_2}+2\Delta n_{H_2O}=0}
Sauerstoff
{\Delta n_{CO}+\Delta n_{H_2O}+2\Delta n_{O_2}+2\Delta n_{CO_2}=0}
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Alt 02.09.2019, 13:21   #7   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Zunächst ein herzliches Dankeschön für die prompte Beantwortung und die Mühe!

Das sieht dann doch nach allerhand Mathematik aus, also auf ans Rechenbrett.
pgiese
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Alt 02.09.2019, 13:39   #8   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.406
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Sorry, mein Fheler. Ich bin davon ausgegangen, dass mit den 400 ml auch aller Sauerstoff verbraucht sei.

Und ja. Die Arbeit ist das Lösen von mehreren Gleichungen mit mehreren Unbekannten. Als erstes würde ich mit der Bestimmung der Menge von entstandenem CO2 anfangen.
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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
Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.09.2019, 17:58   #9   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

@ safety:
Nun stellen Sie die Elementbilanzen auf.
Kohlenstoff:
\Delta n_{CO}+\Delta n_{CH_4}+2\Delta n_{C_2H_2}+\Delta n_{CO_2}=0

Muss es hier nicht heißen:

Kohlenstoff:
2\Delta n_{CO}+\Delta n_{CH_4}+2\Delta n_{C_2H_2}+\Delta n_{CO_2}=0
?
Freundliche Grüße
pgiese
pgiese ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.09.2019, 18:20   #10   Druckbare Version zeigen
safety  
Mitglied
Beiträge: 1.618
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

Die Koeffizienten sind nicht die stöchiometrischen aus der Reaktionsgleichung sondern die Anzahl der jeweiligen Atome im Molekül, also Eins (Kohlenstoff) bzw. Vier (Wasserstoff) für Methan
safety ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 02.09.2019, 18:23   #11   Druckbare Version zeigen
pgiese  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 10
AW: Verbrennung eines Gasgemischs

OK, danke!
pgiese
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