Читать книгу Arbeitsbuch zu Atkins, de Paula, Keeler Physikalische Chemie - James J. Keeler - Страница 30

L2.3.1a Tetrachlormethan wird bei konstantem Druck verdampft, daher gilt

Die bei konstantem Druck verrichtete Arbeit ist durch Gl. (2.6) gegeben, w = −p_exΔV. Beachten Sie, dass näherungsweise ΔV = V_E gilt, denn die Substanz nimmt im gasförmigen Endzustand ein viel größeres Volumen als im flüssigen Anfangszustand. Das Endvolumen V_E lässt sich mithilfe der Zustandsgleichung des idealen Gases (Gl. (1.4)) berechnen.

Mithilfe des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik (Gl. (2.2)) erhalten wir

L2.3.2a Die Reaktionsgleichung für die Bildung von Ethylbenzol lautet

Zur Berechnung der Standardverbrennungsenthalpie dieser Verbindung setzen wir die angegebene Standardbildungsenthalpie Δ_BH^⊖ sowie weitere Werte aus Tab. 2.11 aus dem Anhang des Lehrbuchs in Gl. (2.30a) ein. Für die Standardverbrennungsenthalpie erhalten wir

L2.3.3a Die Standardbildungsenthalpie Δ_BH^⊖ von HCl (aq) entspricht der Standardreaktionsenthalpie Δ_RH^⊖ der Reaktion

Da es sich bei HCl um eine starke Säure handelt, lautet die effektive Reaktion

Per Definition ist Δ_BH^⊖(H⁺, aq) = 0, daher entspricht Δ_RH^⊖ dieser Reaktion der Standardbildungsenthalpie der Chloridionen, Δ_BH^⊖ (Cl⁻, aq):

L2.3.4a Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Naphthalin lautet

Die Standardverbrennungsenthalpie Δ_CH^⊖ berechnen wir mithilfe von Gl. (2.30a) unter Verwendung der thermochemischen Daten, die in Tab. 2.10 und 2.11 im Anhang des Lehrbuchs angegeben sind:

In einem Bombenkalorimeter findet die Wärmeübertragung bei konstantem Volumen statt; die Wärmemenge ist daher durch q_V = nΔ_CU^⊖ gegeben. Δ_CU^⊖ und Δ_CH^⊖hängen über die in Gl. (2.20) angegebene Beziehung zusammen, Δ_RH^⊖ = Δ_RU^⊖ + Δn_gRT, wobei Δn_g die Änderung der Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist Δn_g = 10 mol − 12 mol = − 2mol, und wir erhalten

Die Wärmemenge, die im Inneren des Bombenkalorimeters durch die Verbrennung von 120 mg Naphthalin (M = 128,1632g mol⁻¹) freigesetzt wird, ist

Die Kalorimeterkonstante ist daher

Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Phenol lautet

Die Werte entnehmen wir wieder den Tab. 2.10 und 2.11 im Anhang des Lehrbuchs. Mit der gleichen Vorgehensweise wie zuvor erhalten wir Δ_CH^⊖ = −3054 kJ mol⁻¹, Δng = −1 mol und Δ_CU^⊖ = −3,05… × 10³ kJ mol⁻¹. Die Wärmemenge, die im Inneren des Bombenkalorimeters durch die Verbrennung von 150 mg Phenol (M = 94,10 g mol⁻¹) freigesetzt wird, ist

Somit ist der Temperaturanstieg

L2.3.5a

1 (i) Reaktion (3) = (−2) × Reaktion (1) + Reaktion (2). Nach dem Satz von Hess werden die Reaktionsenthalpien der Reaktionen ebenso wie die Reaktionsgleichungen kombiniert:ΔRH⊖ hängt mit ΔRU⊖ über die in Gl. (2.20) angegebene Beziehung zusammen, ΔRH⊖=ΔRU⊖ + ΔngRT wobei Δng die Änderung der Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist Δng = 2 mol + 2 mol − 4 mol − 1 mol = −1 mol, und wir erhalten

2 (ii) Reaktion (1) repräsentiert die Bildung von 2 mol HCl(g) aus den Elementen in ihren jeweiligen Referenzzuständen; die Standardbildungsenthalpie von 1 mol HCl (g) ist daherReaktion (2) repräsentiert die Bildung von 2 mol H2O (g) aus den Elementen in ihren jeweiligen Referenzzuständen; die Standardbildungsenthalpie von 1 mol H2O (g) ist daher

L2.3.6a Δ_RH^⊖ hängt mit Δ_RU^⊖ über die in Gl. (2.20) angegebene Beziehung zusammen, Δ_RH^⊖=Δ_RU^⊖ + Δn_gRT, wobei Δn_g die Änderung der Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist Δn_g = 2 mol + 3 mol − 3 mol = +2 mol, und wir erhalten

L2.3.7a

1 (i) Die Standardreaktionsenthalpie bei 298 K lässt sich aus den Standardbildungsenthalpien bei 298 K mithilfe von Gl. (2.30a) berechnen:ΔRH⊖ hängt mit ΔRU⊖ über die in Gl. (2.20) angegebene Beziehung zusammen, ΔRH⊖ = ΔRU⊖ + ΔngRT, wobei Δng die Änderung der Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist Δng = 1 mol + 1 mol − 1 mol = +1 mol, und wir erhalten

2 (ii) Die Differenz der molaren Wärmekapazitäten der Produkte und der Reaktanten lassen sich mithilfe von Gl. (2.32b) und den thermochemischen Daten aus Tab. 2.6 des Lehrbuchs berechnen:Unter der Voraussetzung, dass die Wärmekapazitäten im betrachteten Temperaturbereich konstant sind, können wir die integrierte Form des Kirchhoff’schen Gesetzes (Gl. (2.32d)) anwenden, und wir erhalten:

L2.3.8a Die Reaktionsgleichung C(s, Graphit) + O₂ (g) CO (g) repräsentiert die Bildung von CO₂(g) aus den Elementen in ihren jeweiligen Referenzzuständen, daher ist Δ_RH^⊖ (298 K) = Δ_BH^⊖ (CO₂. g) = −393,51 kJmol⁻¹. Die Temperaturabhängigkeit der Standardreaktionsenthalpie ist durch das Kirchhoff’sche Gesetz (Gl. (2.32a)) gegeben:

Die Differenz der molaren Wärmekapazitäten der Produkte und der Reaktanten lassen sich mithilfe von Gl. (2.32b) berechnen:

In Tab. 2.2 in Abschn. 2.2 des Lehrbuchs sind die molaren Wärmekapazitäten bei konstantem Druck in der Form angegeben, daher schreiben wir mit Δa = a(CO₂, g) −a(O₂, g) −a(Graphit, s). In analoger Weise lassen sich entsprechende Beziehungen für Δb und Δc formulieren. So erhalten wir:

Durch Integration des Kirchhoff’schen Gesetzes erhalten wir

Einsetzen der Werte liefert