Schmelzflusselektrolyse, Lösungsenthalpie, Brennstoffzelle

1. Bei der Schmelzflusselektrolyse wird das Salz eines Stoffes direkt geschmolzen, also ohne dass es in Wasser aufgelöst ist. Diese Salzschmelze wird dann direkt der Wirkung des elektrischen Stromes ausgesetzt, wobei dann entsprechend den elektrochemischen Potentialen die entsprechenden Vorgänge ablaufen. Diese Potentiale sind hier  auch einzusetzen.

Aluminium wird durch Schmelzflusselektrolyse von Bauxit (überwiegend Al2O3) gewonnen.

a)      Welche Reaktionen laufen an den Elektroden ab?

b)      Welche Spannung ist für diese Elektrolyse erforderlich? (Standardbedingungen)

c)      Wieviel Energie ist erforderlich, um durch Schmelzflußelektrolyse 1 kg Aluminium aus Al2O3 herzustellen?

d)      Welchen Fehler hat die durchgeführte Berechnung?

2. 10 g Ammoniumchlorid werden in Wasser gelöst. 50 g Wasser kühlen sich dadurch um 13,4 K ab. Wie groß ist die Lösungsenthalpie dieser Reaktion. Berechne die Lösungsenthalpie auch mit Hilfe der Tabelle. Wie groß ist die freie Energie dieser Reaktion? Interpretiere die gefunden thermodynamischen Daten.

3. Man gibt in einem Kalorimeter 25 ml 1 mol/l NaOH mit 25 ml gleichkonzentrierter HCl zusammen. Man beobachtet eine Temperaturerhöhung von 6,7 K.

Berechne die Neutralisationsenthalpie dieser Reaktion.

Welcher Wert ergibt sich bei Verwendung gleichkonzentrierter Schwefelsäure?

4. In einer Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus der Knallgasreaktion gewonnen. Berechne die freie Energie dieser Reaktion.

Wie groß ist die freie Energie im Vergleich zur Reaktionsenthalpie dieser Reaktion? Wie erklärt sich der Unterschied?

Zeichne den Aufbau einer Brennstoffzelle.

Lösungen:

1. 1673084 J

    für 1 kg Al:  30962 kJ

2. DH = 15,4 kJ

    DS = 73,4 J/K/mol

    DG = - 6,7 kJ

3.   - 55,9 kJ

4.  DH = - 285 kJ

     DG = -237 kJ