Reaktion von Adipinsäure (Hexandisäure) mit Hexamethylendiamin, Verbrennung von Ethanol und Ethan, Vergleich der Bildungsenthalpie des Butadiens1,3 mit der des Butadiens1,2, Lösen von Hcl in H2O, Synthese von Wasser

Aufgabe 1

Reaktion von Adipinsäure (Hexandisäure) mit Hexamethylendiamin

Chemikalien: Adipinsäure (Hexandisäure) , Hexamethylendiamin (1,6 Diaminohexan)

a) Beschreiben Sie den Versuch und Ihre Beobachtungen.

b)Formulieren und erläutern Sie den Mechanismus der Reaktion des Demonstrationsversuches. Begründen Sie. warum man bei der Synthese des Kunststoffes die Temperatur möglichst über 100 - 120 oC hält.

c) Charakterisieren Sie den entstandenen Kunststoff hinsichtlich seiner Stoffklasse und  erläutern Sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Ihnen demonstriert wurden.

Aufgabe 2

Verbrennung von Ethanol und Ethan

a)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung  von Ethanol

(C2H5OH, g) zu H2O (g) und CO2 (g).

b)Erläutern Sie die Aussage des Ergebnisses Ihrer Berechnung und zeichnen und erläutern Sie eine Apparatur zu  dessen experimentelle Bestimmung.

c)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung von Ethan 

(C2H6, g) zu CO2 (g) und H2O (g). Vergleichen Sie diesen Wert mit dem in a) bestimmten und begründen Sie den Unterschied.

Aufgabe 3.1

Bindungsenergien

Vergleich der Bildungsenthalpie des Butadiens1,3 mit der des Butadiens1,2

a) Berechnen Sie die Bildungssenthalpie des Butadiens1,3  und Butadiens1,2 aus den Bindungsenergien.

b)Vergleichen Sie die von Ihnen errechneten Werte mit den in der Tabelle angegebenen und interpretieren Sie die Differenzen. Welcher Stoff bildet sich leichter und warum?

c)Zeichnen Sie zur Verdeutlichung ein Energiediagramm.

Aufgabe 3,2

Bindungsenergien

Berechnung der Verbrennungsenthalpie von Butan aus den Bindungsenergien

a)Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie aus den Bindungsenergien von

 Butan C4H10(g) zu Kohlendioxid und gasförmigem Wasser.

b) Zeichnen Sie ein Energiediagramm und erläutern Sie  dieses.

c) Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie aus den Standardbildungs-enthalpiewerten.

d) Vergleichen Sie  die beiden gefundenen Werte und interpretieren Sie den Unterschied.

Aufgabe 4

Lösung von HCl(g) in H2O

Beim Lösen von 1,825 g HCl(g) in H2O erwärmen sich 50 g H2O um 17,92K.

a) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie aus den gemessenen Werten.

b) Berechnen Sie die Reaktionsentropie.

c) Berechnen Sie die freie Enthalpie und die Gleichgewichtskonstante K der Reaktion.

d) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten.

Aufgabe 5

Synthese von H2O(l)

In einem Kalorimeter bringt man Wasserstoff und Sauerstoff  zur Reaktion.Dabei entsteht flüssiges Wasser. Man verbrennt 0,1 g H2  und erwärmt dabei 100 g Wasser um  34K.

a) Zeichnen Sie den Versuchsaufbau, beschriften Sie die Zeichnung und erläutern Sie sie kurz.

 b) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie.

c) Zeichnen Sie ein galvanisches Element, in dem die oben beschriebene Reaktion unter Standardbedingungen abläuft. Beschriften Sie die Zeichnung und erläutern Sie, welche Reaktionen jeweils an den Elektroden ablaufen.

d) Berechnen Sie die freie Enthalpie

.

d) Berechnen  Sie die Reaktionsentropie

e) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten.

Aufgabe 6

Erdöl oder Erdgas?

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan, CH4(g), Erdöl aus einem unterschiedlichen Gemsich verschiedener Kohlenwasserstoffe. Für die Analyse in dieser Aufgabe sei angenommen, daß Erdöl aus Nonan C9H20. Dieses liege wie Erdgas in gasförmigem Zustand vor.

Beide Stoffe werden in großem Ausmaß zur Energiegewinnung verwandt, indem man sie verbrennt. Ziel Ihrer Untersuchung soll es sein, ein Aussage darüber zu treffen, ob es besser ist, Erdgas oder Erdöl zu verbrennen. Dabei sollten alle Aspekte betrachtet werden, also soweit möglich die Ressourcenlage, die Umweltbelastung und ähnliche Gesichtspunkte. Gehen Sie folgendermaßen vor:

a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung der Verbrennung beider Stoffe zu Kohlendioxid und gasförmigem Wasser auf und bestimmmen sie für beide Stoffe die Verbrennungsenthalpie.

b) Berechnen Sie für beide Reaktionen die Reaktionsentropie.

c) Berechnen Sie für beide Reaktionen die freie Enthalpie.

d) Berechnen Sie für beide Stoffe die freie Bildungsenthalpie.

e) Zeichnen Sie ein Enthalpiediagramm und ein Diagramm für die freie Enthalpie.

Dabei sollen die Stoffe C, H2 und O2 den Bezugspunkt (Null) bilden.

f) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten, geben Sie in Hinblick auf die Energiegewinnung ein schlüssiges Urteil ab und fällen Sie schließlich unter Berücksichtigung  aller  betrachteten Faktoren die Entscheidung für einen bestimmten Brennstoff.

Thermodynamische Daten und Konstanten

Gaskonstante R = 8,314 J/K/mol

spez. Wärme des Wassers:

4,184 J/g/K

Faraday - Konstante 96487 C

Bindungsenergien: (kJ/mol Bindung)

H - H          217,9

C- C           347,7

C = C         615,0

C - H         413, 4

C - O         351,5                       

C=O          728                           

H - O          462

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

C     718,4                          H          217

O    247,5

Atommassen:

H 1u       C 12u        O  16u         Cl  35,5u

Normalpotentiale Eo (V)

Standardbildungsenthalpien (kJ/mol)

Aufgabe 1

Reaktion von Adipinsäure (Hexandisäure) mit Hexamethylendiamin

Chemikalien: Adipinsäure (Hexandisäure) , Hexamethylendiamin (1,6 Diaminohexan)

a) Beschreiben Sie den Versuch und Ihre Beobachtungen.

b)Formulieren und erläutern Sie den Mechanismus der Reaktion des Demonstrationsversuches. Begründen Sie. warum man bei der Synthese des Kunststoffes die Temperatur möglichst über 100 - 120 oC hält.

c) Charakterisieren Sie den entstandenen Kunststoff hinsichtlich seiner Stoffklasse und  erläutern Sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Ihnen demonstriert wurden.

Aufgabe 2

Verbrennung von Methanal und Methansäure

a)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung  von Methanal

(CH2O, g) zu H2O (g) und CO2 (g).

b)Erläutern Sie die Aussage des Ergebnisses Ihrer Berechnung und zeichnen und erläutern Sie eine Apparatur zu  dessen experimentelle Bestimmung.

c)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung von Methansäure  (CH2O2, g) zu CO2 (g) und H2O (g). Vergleichen Sie diesen Wert mit dem in a) bestimmten und begründen Sie den Unterschied.

Aufgabe 3.1

Bindungsenergien

Bildungsenthalpie des Benzols

a)Berechnen Sie die Bildungsenthalpie des Benzols aus den Bindungsenergien.

 b)Vergleichen Sie die von Ihnen errechneten Werte mit den in der Tabelle angegebenen und interpretieren Sie die Differenzen.

c) Zeichnen Sie zur Verdeutlichung ein Energiediagramm

Aufgabe 3,2

Bindungsenergien

Berechnung der Verbrennungsenthalpie von Propan aus den Bindungsenergien

a)Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie aus den Bindungsenergien von

 Propan C3H8(g) zu Kohlendioxid und gasförmigem Wasser.

b) Zeichnen Sie ein Energiediagramm und erläutern Sie  dieses.

c) Berechnen Sie die Verbrennungsenthalpie aus den Standardbildungs-enthalpiewerten.

d) Vergleichen Sie  die beiden gefundenen Werte und interpretieren Sie den Unterschied.

Aufgabe 4

Lösung von NH3 (g) in H2O

Beim Lösen von 1,7 NH3(g) in H2O erwärmen sich 50 ml H2O um 16,25K.

a) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie aus den gemessenen Werten.

b) Berechnen Sie die Reaktionsentropie.

c) Berechnen Sie die freie Enthalpie und die Gleichgewichtskonstante K.

d) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten.

Aufgabe 5

Synthese von HCl(aq)

In einem Kalorimeter bringt man Wasserstoff und Chlor  zur Reaktion.

Man verbrennt 0,1 g H2  und erwärmt dabei 100 g Wasser um  20K. Das entstehende Chlorwasserstoffgas wird in Wasser gelöst.

a) Zeichnen Sie den Versuchsaufbau, beschriften Sie die Zeichnung und erläutern Sie sie kurz.

 b) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie.

c) Zeichnen Sie ein galvanisches Element, in dem die oben beschriebene Reaktion unter Standardbedingungen abläuft. Beschriften Sie die Zeichnung und erläutern Sie, welche Reaktionen jeweils an den Elektroden ablaufen.

d) Berechnen Sie die freie Enthalpie

.

d) Berechnen  Sie die Reaktionsentropie

e) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten.

Aufgabe 6

Erdöl oder Erdgas?

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan, CH4(g), Erdöl aus einem unterschiedlichen Gemsich verschiedener Kohlenwasserstoffe. Für die Analyse in dieser Aufgabe sei angenommen, daß Erdöl aus Nonan C9H20 besteht. Dieses liege wie Erdgas in gasförmigem Zustand vor.

Beide Stoffe werden in großem Ausmaß zur Energiegewinnung verwandt, indem man sie verbrennt. Ziel Ihrer Untersuchung soll es sein, ein Aussage darüber zu treffen, ob es besser ist, Erdgas oder Erdöl zu verbrennen. Dabei sollten alle Aspekte betrachtet werden, also soweit möglich die Ressourcenlage, die Umweltbelastung und ähnliche Gesichtspunkte. Gehen Sie folgendermaßen vor:

a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung der Verbrennung beider Stoffe zu Kohlendioxid und gasförmigem Wasser auf und bestimmmen sie für beide Stoffe die Verbrennungsenthalpie.

b) Berechnen Sie für beide Reaktionen die Reaktionsentropie.

c) Berechnen Sie für beide Reaktionen die freie Enthalpie.

d) Berechnen Sie für beide Stoffe die freie Bildungsenthalpie.

e) Zeichnen Sie ein Enthalpiediagramm und ein Diagramm für die freie Enthalpie. Dabei sollen die Stoffe C, H2 und O2 den Bezugspunkt (Null) bilden.

f) Interpretieren Sie die gefundenen thermodynamischen Daten, geben Sie in Hinblick auf die Energiegewinnung ein schlüssiges Urteil ab und fällen Sie schließlich unter Berücksichtigung  aller  betrachteten Faktoren die Entscheidung für einen bestimmten Brennstoff.

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Thermodynamische Daten und Konstanten

Gaskonstante R = 8,314 J/K/mol

spez. Wärme des Wassers:

4,184 J/g/K

Faraday - Konstante 96487 C

Bindungsenergien: (kJ/mol Bindung)

H - H          217,9

C- C           347,7

C = C         615,0

C - H         413, 4

C - O         351,5                       

C=O          728                          

H - O          462

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

C     718,4                          H          217

O    247,5

Atommassen:

H 1u,  C 12u, O  16u,    Cl 35,5u

Normalpotentiale Eo (V)

Standardbildungsenthalpien (kJ/mol)