Читать книгу Arbeitsbuch zu Atkins, de Paula, Keeler Physikalische Chemie - James J. Keeler - Страница 31

S2.3.1 Bei konstantem Druck ist die Temperaturerhöhung durch Gl. (2.23) gegeben, q_p = CpΔT. Für die Wärmekapazität verwenden wir näherungsweise den Standardwert von Wasser, , wobei n die Stoffmenge in Mol ist. Daher ist

Wenn wir davon ausgehen, dass für den Wärmeverlust im Wesentlichen die Verdampfung von Wasser verantwortlich ist, H₂O (298 K, l) → H₂O (298 K, g), dann erhalten wir mit den Werten aus Tab. 2.3 des Lehrbuchs für die Stoffmenge

Die zugehörige Masse ist

Anmerkung: Dieser Wert entspricht ungefähr 30 Gläsern Wasser pro Tag, was den normalen Konsum deutlich übersteigt. Die Diskrepanz könnte an unserer Annahme liegen, dass der Wasserverlust die dominierende Ursache für den Wärmeverlust ist.

S2.3.3

1 (a) Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Cyclopropan istDie benötigten thermodynamischen Daten entnehmen wir aus Tab. 2.10 im Anhang des Lehrbuchs. Für die hier vorliegende Reaktion lautet Gl. (2.30a)Somit erhalten wir für die Standardbildungsenthalpie von Cyclopropan

2 (b) Die Standardenthalpie für die Isomerisierungsreaktion Cyclopropan → Propen ist

S2.3.5 Im beschriebenen Experiment wird die Verbrennung von 0,825 g Benzoesäure (M = 122,1174g mol⁻¹) zur Bestimmung der Kalorimeterkonstante eingesetzt. Die im Inneren des Kalorimeters freigesetzte Wärmemenge ist

Die Kalorimeterkonstante ist daher

Daraus folgt für die bei der Verbrennung des Zuckers D-Ribose freigesetzte Wärme

und die Innere Energie dieses Prozesses ist

Die Reaktionsgleichung lautet

Da sich die Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase nicht ändert, gilt gemäß Gl. (2.20) ΔCU^⊖ = ΔCH^⊖ = −2,12… × 10³ kJ mol⁻¹. Die Standardbildungsenthalpie Δ_BH^⊖ von D-Ribose berechnen wir mithilfe von Gl. (2.30a) unter Verwendung der thermochemischen Daten, die in Tab. 2.11 im Anhang des Lehrbuchs angegeben sind:

S2.3.7‡ Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von kristallinem C₆₀ lautet

Die Innere Energie dieser Verbrennungsreaktion beträgt

Da sich die Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase nicht ändert, gilt gemäß Gl. (2.20)

Mit Gl. (2.30a) folgt für die Standardverbrennungsenthalpie

Die Standardbildungsenthalpie des kristallinen Fullerens C₆₀ ist somit

S2.3.9 Die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Methan lautet

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

Die Temperaturabhängigkeit der Standardreaktionsenthalpie ist durch das Kirchhoff’sche Gesetz (Gl. (2.32a)) gegeben:

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

Die molaren Wärmekapazitäten bei konstantem Druck werden in der Form angegeben, daher schreiben wir mit Δα = α(CO₂, g) + 2α(H₂O, g) − 2α(O₂, g) − α(CH₄, g). In analoger Weise lassen sich entsprechende Beziehungen für Δβ und Δγ formulieren. So erhalten wir:

Durch Integration des Kirchhoff’sehen Gesetzes erhalten wir

S2.3.11

1 (a) Die bei der Verbrennung von Glucose freigesetzte Wärmemenge beträgtDie Innere Energie dieser Verbrennungsreaktion beträgtDie Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Glucose istDa sich die Stoffmenge der an der Reaktion beteiligten Gase nicht ändert, gilt gemäß Gl. (2.20) ΔCU⊖ = ΔCH⊖ = −2,80… × 103 kJ mol−1 = −2,80 × 103 kJ mol−1. Die Standardbildungsenthalpie ΔBH⊖ von Glucose berechnen wir mithilfe von Gl. (2.30a) unter Verwendung der thermochemischen Daten, die in Tab. 2.11 im Anhang des Lehrbuchs angegeben sind:

2 (b) Die Reaktionsgleichung für die anaerobe Oxidation von Glucose zu Milchsäure istFür die Standardreaktionsenthalpie erhalten wirWir erkennen, dass bei der aeroben Oxidation deutlich mehr Energie freigesetzt wird als bei der anaeroben Oxidation; die Differenz beträgt