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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 09.10.2009, 14:26   #1   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 117
innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

Hallo liebes Forum,

ich schreibe nächste Woche eine Klausur über Enthalpie und habe dazu noch ein paar Fragen:

1) wir haben die Lösungsenthalpie von Kaliumchlorid berechnet:


dabei kamen wir auf das Ergebnis delta H=-1926J. Ich dachte aber, dass wenn die Enthalpie negativ ist, dann wird Wärme abgegeben (exotherm) und das Gemisch erwärmt sich. Bei Kaliumchlorid wurde das Gemisch aber um 2° kälter. Bei der spezifischen Lösungsenthalpie (in kJ/kg) ist bei Kaliumchlorid 247,1 angegeben. Dort ist der Wert ja auch positiv.

2) Bei dem Schaubild (Link unten) verstehe ich die Zusammenhänge noch nicht ganz. Es gibt die Formel delta
. Aber die innere Energie ist als beschrieben. Ich weiß das die Volumenarbeit in angegeben wird, aber warum? Demnach müsste ja die Reaktionsenergie größer als die innere Energie sein, wenn sich das Volumen vergrößert.

Im Schaubild unten passt zu a) und b) die Formel . Bei c) und d) passt aber die Formel . Ich bin verwirrt. Hat dies etwas mit exotherm und endotherm zu tun?

http://www.thomasmusolf.de/fuer_schueler_und_eltern/Chemie/Semester%202%20Energetik/Innere%20Energie,%20Reaktionswaerme,%20Enthalpie.pdf
(das Schaubild unten B4 Zusammenhang zwischen innerer Energie, Reaktionswärme bei konstantem Druck und Volumenarbeit)


Ich blick es jetzt überhaupt nicht mehr mit der Enthalpie, inneren Wärme,....
HILFE!

Viele Dank
Gruß Chemie22

PS: Warum wird das Bild über Grafik einfügen nicht angezeigt?
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Alt 09.10.2009, 18:07   #2   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

Zu 1)
Wie Du ja selbst schreibst war die Reaktion endotherm, dann erhält die Wärmemenge natürlich ein positives Vorzeichen. Wenn Du bei {\Delta T} in Deine Fotmel {T_{ende}-T_{anfang}} eingesetzt hättest, wäre die Wärme auch positiv herausgekommen.
Zu 2)
Die Formel: {U=Q+W} besagt, daß die innere Energie sowohl durch Zufuhr von Wärme, als auch durch Arbeit erhöht werden kann.
Nun ist aber die bei einer chemischen Reaktion auftretende Volumenarbeit (bei konstantem Druck) {p\cdot \Delta V} wenn Vend-Vanfang immer dann positiv, wenn Vend größer istals Vanfang, während gerade in diesem Fall die Arbeit vom Syxstem geleistet wird, also negativ gerechnet werden müßte. Das kompensiert man durch das negative Vorzeichen von p*V
Die Enthalpie ist nichts anderes als die Wärmebilanz einer Reaktion, die man bei konstantem Druck, also im Normalfall mißt. Die Volumenänderung z.B. bei Gasentwicklung wird dabei vom System automatisch gegen den Luftdruck geleistet.Man mißt also {\Delta H = \Delta U+p\cdot \Delta V}
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 09:07   #3   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

Viele Dank für die Antwort.

Ok, jetzt habe ich beide Fragen verstanden. Nun habe ich noch eine Frage:

Wenn ich jetzt die Lösungsenthalpie oder die Neutralisationsenthalpie berechne, dann wende ich ja die Formel . Diese stelle ich dann noch um, um so die Enthalpie zu berechnen. Das heißt, dass ich eigentlich nur ausrechne, wieviel Energie das Wasser und der Kalorimeter aufgenommen haben. Diese beiden Summen zusammen, bilden dann die jeweilige Enthalpie. Ist die berechnede Enthalpie positiv, so ist die Reaktion endotherm, das System hat Wärme aufgenommen und kühlt sich daher ab. Ist die Enthalpie negativ, so ist die Reaktion exotherm, das System hat Wärme abgegeben und nimmt daher an Temperatur zu.

Bei einem Kalorimeter läuft die Reaktion eigentlich ja in gleichem Volumen ab oder? Deshalb wird dort keine Volumenarbeit verrichtet oder?

Falls bei einem Kalorimeter Volumenarbeitet verrichtet worden wäre, würde die Gleichung für die Lösungs-/Neutralisationenthalpie so aussehen oder?:


Danke für eure Hilfe
Gruß
Chemie22


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Alt 10.10.2009, 09:34   #4   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

Bei einem normalen Vorgang in einem Kalorimeter spielt die Volumenarbeit nur deswegen keine Rolle, weil die geringfügige Volumenänderung von Feststoffen und Flüssigkeiten praktisch vernachlässigbar klein ist, sodaß mit hinreichender Genauigkeit {\Delta H = \Delta U} gesetzt werden kann.
Aber z.B. in einem Verbrennungskalorimeter, bei dem Gase entstehen, und wo die Verbrennungsgase beim Durchgang durch die Heizschlange des Kalorimeters ihre Wärme abgeben, da mißt man direkt {\Delta H}.
Wenn man {\Delta U} messen möchte, muß man in einem solchen Fall in einem "Bombenkalorimeter" messen, wo das Volumen konstant gehalten wird, und deshalb keine Volumenarbeit geleistet wird.
Bei den Berechnungen ist es sinnvoll, sich das Vorzeichen der Wärmeeffekte zu überlegen, denn rein physikalisch ist die Wärmemenge ja immer eine positive Größe:
{W_Q=c\cdot m\cdot \Delta T} egal ob exo oder endotherm. (Mal ganz abgesehen von Schmelz- und Verdampfungswärmen).
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 09:52   #5   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

ok danke.

Jetzt hat uns unserer Lehrer die Aufgabe gegeben:

"Erklären Sie den Zusammenhang zwischen den Änderungen der inneren Energie und der Enthalpie sowie der Volumenarbeit für die Verbrennung von Kohlenstoffmonooxid."

Als Lösung hat er gesagt:
Das man daraus die Reaktionsformel ablesen muss:

Jetzt muss man dann noch wissen, dass diese Reaktion exotherm abläuft. Danach kann man ablesen, dass weniger Gasförmige Moleküle entstanden sind, wodurch sich das Volumen verkleinert hat. Daraus kann man dann die Zusammenhänge erklären:

Es gibt eine negative Enthalpie, dazu muss man die Volumenarbeit addieren, da sich das Volumen verkleinert hat. Das Ergebnis ist dann
.

Den Zusammenhang erklären weiß ich wie es funktioniert. Ich habe aber noch Probleme genau zu wissen, welche Reaktionsgleichung ich aufstellen muss und dann zu bestimmen ob es sich um einen exothermen oder endothermen Vorgang handelt. Bei der Verbrennung von CO war es jetzt nicht soo schwer die Reaktionsgleichung herzuleiten. Aber bei anderen Reaktionen wüsste ich dies nicht. Und dann auch noch bestimmen ob es sich um exotherm oder endotherm handelt. Das kann ich nicht^^.
Gibt es da irgendeinen Trick oder wie macht man so etwas?

gruß


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Alt 10.10.2009, 11:13   #6   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

OK, nehmen wir die Reaktion:
{2CO+O_2->2CO_2}
Um die Reaktionsenthalpie zu berechnen, mußt Du zunächst die "Standardbildungsenthalpien" der beteiligten Stoffe kennen. Die findet man in Tabellen.
{\Delta H_B(CO) = -110,6 kJ/mol}
{\Delta H_B(CO_2) = -393,8 kJ/mol}
Die Bildungsenthalpie der Elemente im Standardzustand ist Null !
Um die Energiebilanz dieser Reaktion zu berechnen, gehst Du so vor: Die Summe der Bildungsenthalpien der Produkte vermindert um die Summe der Bildungsenthalpien der Edukte ist die Reaktionsenthalpie. Also:
{\Delta H_r=2mol\cdot (-393,8kJ/mol)-(2mol\cdot (-110,6kJ/mol)=-566,4kJ}
Das ist nun die "Verbrennungsenthalpie von 2 mol CO
Die Verbrennungsenthalpie von 1 mol CO beträgt dann -283,2 kJ/mol
Bei dieser Reaktion wurden aus 3mol Gas 2mol. Die Volumenarbeit beträgt also unter Standardbedingungen p*V=n*R*T Das bedeutet: Die Volumenarbeit pro 1 mol beträgt: 1mol*R*T = 2478 J = 2,478 kJ
Da diese Volumenarbeit bei der Verbrennung von 2 mol CO geleistet wurde, ist ihr Anteil pro 1 mol CO natürlich auch nur die Hälfte = 1,239kJ/mol
Da diese Arbeit nicht vom System geleistet wurde, kommt sie dem System zugute, erhält also ein positives Vorzeichen.
Jetzt mußt Du Dich entscheiden,ob Du die Bilanz der Reaktionsgleichung berechnen möchtest (bezogen auf die Gleichung), oder die Bilanz pro mol CO Verbrennung. Erstere ist natürlich doppelt so groß wie letztere, die Reihenfolge der Berechnung ist also egal. Üblich ist die Berechnung bezogen auf die Reaktionsgleichung, vofür man das Symbol {\Delta H_r} eingeführt hat. Also:
{\Delta U_r=\Delta H_r+\Delta W_r=-566,4kJ+2,478 kJ = -563,9kJ}
Bezogen auf die Verbrennung von ein mol CO also: {\Delta U=-282kJ}
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 11:45   #7   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

vielen Dank Auwi für die ausführliche Antwort, aber so genau, mit einer Rechnenung und so, müssen wir es noch gar nicht machen, weil wir die Bindungsenthalpie noch gar nicht hatten.

Der Lehrer verlangt nur, dass ich die Reaktionsgleichung aufstelle. Dann muss ich wissen, ob es sich dabei um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt (ohne Rechnung!!). Anschließend kann ich an der Reaktionsgleichung ablesen, ob sich das Volumen vergrößter oder verkleinert hat. Und zum Schluss muss ich ein Schaubild malen das dann z.B. bei der Verbrennung von Kohlenstoffmonooxid so aussehen würde: (Siehe Anhang)

Mein Problem ist nur, dass ich als nicht genau weiß wie die Reaktionslgiechung ausschaut und ob die Reaktion endotherm oder exotherm ist ohne zu rechnen.

Gruß
Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg scannen00011.jpg (175,1 KB, 10x aufgerufen)
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Alt 10.10.2009, 12:06   #8   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
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Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

ok. Aber aus einer Reaktionsgleichung allein kannst Du nicht entnehmen, ob die Reaktion exotherm oder endotherm verläuft, daß kann man höchstens durch eine Messung feststellen. Schon garnicht wäre es möglich, aufgrund der Reaktionsgleichung einen Wert für die Änderung der inneren Energie oder Enthalpieanzugeben.
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 12:28   #9   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

hmm... der Lehrer hat halt gemeint, dass man wissen müsse, dass die Reaktion von allein weiterläuft und daher exotherm ist. Ebenso bei der Neutralisation von Salzen. Wenn man die Base und die Säure mischt, neutralisieren sie sich ja von alleine, daher kann es nur exotherm sein. Kann der Lehrer das von uns überhaupt verlangen?

Jetzt wäre ich euch noch sehr verbunden, wenn ihr mir ein paar Aufgaben stellen würdet, inden ich die Reaktionsgleichung aufschreiben muss.
Beispiel:
- Verbrennung von CO
- Kupfer(II)-Sulfatlösung reagiert mir Zink
- Silber und Sauerstoff reagieren zu Silberoxid (Silber gibt dabei ein Elektron ab)

solche Aufgaben haben wir bisher von unserem Lehrer bekommen. Dabei war ich mir häufig sehr unsicher, daher möchte ich es üben

Vielen Vielen Dank, ist echt das Beste Forum, das ich kenne.
Liebe Grüße
Chemie22 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 13:02   #10   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

Zitat:
hmm... der Lehrer hat halt gemeint, dass man wissen müsse, dass die Reaktion von allein weiterläuft und daher exotherm ist.
Ganz so einfach ist es nun doch nicht.
Beispiel: Du gibst festes KNO3 in ein Glas Wasser.
Du beobachtest, daß sich das Salz "von allein" auflöst. Du stellst aber fest, daß sich das Wasser dabei abkühlt. Es gibt also auch Reaktionen,die von allein ablaufen und trotzdem endotherm sind.
Aber das werdet Ihr im Laufe des Unterrichts noch kennenlernen, weil die Exothermität nicht die eigentliche Ursache für die "Triebkraft" einer Reaktion ist.

Stell doch mal die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Zucker auf:
{C_{12}H_{22}O_{11}}
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 13:22   #11   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

ok vielen Dank. Ich hoffe, dass so eine Frage, wo man exotherm oder endotherm bestimmen muss, ohne Rechnung, dann nächste Woche nicht in der Klausur drankommt.

Verbrennung von Zucker: Ich weiß es eigentlich nicht was dabei entsteht, aber ich habe einfach mal geraten:

{C_{12}H_{22}O_{11}+ 12O_2 -> CO_2 + 11 H_2O}


Aber ich habe ehrlich gesagt keine Ahnung. Es könnte ja genausogut etwas anderes entstehen^^

gruß
Chemie22 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 14:12   #12   Druckbare Version zeigen
Auwi Männlich
Mitglied
Beiträge: 9.766
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

ok. Richtig, bis auf 12 CO2 auf der rechten Gleichungsseite !
Bei solchen Reaktionen entstehen (wenn nicht ausdücklich etwas anderes verlangt wird) immer die stabilsten Endprodukte einer Oxidation, also bei C = CO2 und beim H = H2O
Wichtig in Deinem Sinne ist auch die Volumenarbeit dieser Reaktion. Sie beträgt = Null, weil aus 12 mol O2 12 mol CO2 entstehen, und unter Standardbedingungen das entstehende Wasser ja flüssig ist, also kein wesentliches Volumen hat.
Wenn das Wasser gasförmig wäre, und die Endprodukte bei z.B. 120°C vorlägen, dann wird die Rechnung komplizierter, auch schon wegen der Verdampfungsenthalpie des Wassers beim Siedepunkt...
Auwi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 14:13   #13   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

ohh, ich sehe gerade, dass ich die 12 vor CO2 vergessen habe:


so jetzt
Chemie22 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 14:15   #14   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

da war ich wohl zu langsam.

Ok vielen vielen Dank Auwi. Jetzt habe ich es verstanden.
Ich lerne jetzt am Nachmittag nocheinmal für die Klausur, falls ich nochmal eine Frage hätte, melde ich mich wieder.

Vielen Vielen Dank
Liebe Grüße
Chemie22
Chemie22 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.10.2009, 22:43   #15   Druckbare Version zeigen
Chemie22 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 117
AW: innere Energie, Volumenarbeit und Enthalpie

guten Abend,

jetzt habe ich eine Aufgabe gefunden (siehe Anhang), die ich überhaupt nicht hätte lösen können. Es handelt sich hierbei um die Komplette 1. Aufgabe (1.1 hätte ich noch gekonnt). Ich hätte nicht gewusst, wie die Reaktionsgleichungen aussehen würde, und ich hätte auch nicht gewusst, ob es exotherm oder endotherm ist ohne zu rechnen, und das hätte man ja wissen müssen, um die Aufgabe zu lösen.

Woher weiß man zum Beispiel, dass bei der Reaktion von Magnesium und Salzsäure genau diese Endprodukte entstehen und das es exotherm ist?

Kann mir jemand erklären, wie das gehen soll?

Vielen Dank
gruß
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