Hydrolyse von Ethansäureethylester, Vergleich der Verbrennungsenthalpie  von gasförmigem Methanol und gasförmigem Methan, Reaktion von Natriumthiosulfat mit Salzsäure

Aufgabe 1

Hydrolyse von Ethansäureethylester

Ethansäureethylester und NaOH (Hydroxidionen) reagieren unter Bildung von Natriumacetat (NaAc) und Ethanol. Zur Untersuchung dieser Reaktion misst man die Veränderung der Konzentration von Ethansäureethylester in Abhängigkeit von der Zeit. Man nimmt folgende Werte auf:

a)     Formulieren Sie das Reaktionsschema und stellen Sie das Versuchsergebnis graphisch dar.

b)     Beschreiben Sie die Aussage der graphischen Darstellung des Versuchsergebnisses und interpretieren Sie diese in Hinblick auf die Theorie der Kinetik  chemischer Reaktionen.

c)     Bestimmen Sie die Ordnung der Reaktion und formulieren Sie das Geschwindigkeitsgesetz und bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante. Erläutern Sie die Aussage des Geschwindigkeitsgesetzes und die Bedeutung der Geschwindigkeitskonstanten.

Aufgabe 2

Reaktion von Natriumthiosulfat mit Salzsäure

Bei der Reaktion von Natriumthiosulfat Na2S2O3 mit Salzsäure entstehen Schwefel und Schwefeldioxid:

Na2S2O3 + 2HCl  ->    SO2 + S + 2NaCl + H2O

Für ein Gemisch von 20 ml Natriumthiosulfatlösung (O,2 mol/l), 30 ml Wasser und 5 ml Salzsäure (2 mol/l) erhielt man bei verschiedenen Temperaturen die in der Tabelle festgehaltenen Reaktionszeit t(r) bis zur Entstehung einer bestimmten, stets gleichen, aber sehr kleinen Menge Schwefels.

Aufgaben

a)     Beschreiben Sie die Durchführung des Versuches, bewerten Sie die eingesetzten Konzentrationen und begründen Sie, inwiefern der Kehrwert der Reaktionszeit ein Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit ist.

b)     Berechnen Sie die Kehrwerte der Reaktionszeiten bei den verschiedenen Temperaturen und zeichnen Sie ein Diagramm  zur Darstellung der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur.

c)     Bestimmen Sie anhand des Diagramms quantitativ, welche Beziehung zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Temperatur besteht und interpretieren und begründen Sie die Beziehung aus den Gesetzen zur Kinetik chemischer Reaktionen.

 Aufgabe 3

Vergleich der Verbrennungsenthalpie  von gasförmigem Methanol und gasförmigem Methan

a)     Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung  von Methanol (CH3OH, g)  zu H2O (g) und CO2 (g).

b)      Zeichnen und erläutern Sie eine Apparatur zur Durchführung dieser experimentellen Bestimmung.

c)     Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung von Methan  (CH4, g) zu CO2 (g) und H2O (g).

d)     Vergleichen Sie beide Werte, interpretieren Sie diese und begründen Sie den Unterschied.

 Aufgabe 4

Standardbildungsenthalpie  von gasförmigem Benzol C6H6(g)

a)     Berechnen Sie die Standardbildungsenthalpie des Benzols (g)  aus den Bindungsenergien.

b)     Zeichnen Sie ein Energiediagramm zur Rechnung in Aufgabe a) und erläutern Sie kurz den Rechenweg.

c)     In den thermodynamischen Tabellen findet man als Standardbildungsenthalpie für gasförmiges Benzol 167 kJ/mol.  Interpretieren Sie die Differenz zum oben berechnete Wert und zeichnen Sie zur Verdeutlichung ein Energiediagramm.

Aufgabe 5

Untersuchung der Synthese von Chlorwasserstoff

Versuch 1

HCl (g) wird aus den Elementen Cl2 (g) und H2 (g) in einem Kalorimeter synthetisiert.

Dabei erwärmt sich bei der Synthese von 1 g HCl (g) eine Flüssigkeitsmenge von 50 g Wasser in dem Kalorimeter um 12,1K.

Versuch 2

Synthetisiert man hingegen aus den Elementen HCl (aq) in einem Kalorimeter, so erwärmt sich das Kalorimeter mit den 50 ml Wasser um 21,9 K.

Versuch 3

Bei der Synthese von HCl (aq) in einem galvanischen Element misst man eine Spannung von 1,36 V.

a)     Zeichnen und beschreiben  den Aufbau des galvanischen  Elementes von Versuch 3.

b)     Erläutern und begründen Sie die Ausbildung der gemessenen Spannung und legen Sie dar, welche Reaktionen an den Elektroden ablaufen.

c)     Werten Sie die Ergebnisse zur Bestimmung der   Reaktionsenthalpie der Reaktion  in Versuch1  und 2 aus, vergleichen Sie beide Werte und interpretieren Sie die Unterschiede.

d)     Berechnen Sie die Entropieänderung  der Reaktion zur Synthese von gasförmigem HCl aus den Elementen von Versuch 1. Berechnen Sie dann die freie Reaktionsenthalpie.

e)     Berechnen Sie die freie Reaktionsenthalpie und die Entropieänderung bei der Synthese von in Wasser gelöstem HCl aus den Elementen. Erläutern Sie die Aussage dieser beiden Werte und interpretieren Sie die Werte hinsichtlich der abgelaufenen Reaktion.

f)      Berechnen Sie die freie Reaktionsenthalpie der Reaktion von gasförmigem Chlorwasserstoff (HCl (g)) zu gelöstem Chlorwasserstoff (HCl (aq)) und die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion.

g)     Interpretieren Sie die in Aufgabe f) bestimmten  thermodynamischen Daten.

Thermodynamische Daten und Konstanten

Gaskonstante R = 8,31 J/K/mol

Faraday - Konstante 96487 C

Spez. Wärme des Wassers: 4,184 J/g

Bindungsenergien: (kJ/mol Bindung)

H - H          436

C- C           347,7

C = C         615,0

C - H         413, 4

F - F           155

Cl - Cl      242

Energie zur Herstellung isolierter Atome  (kJ/ mol isolierter Atome )

C     718,4

H    217,9

Cl   121,4

F      77,5

Br   11,8

Atommassen: H 1 u, Cl 35,5 u

Normalpotentiale