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Berechnung des BOUDOUARD Gleichgewichts für verschiedene Temperaturen

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Formal Metadata

Title Berechnung des BOUDOUARD Gleichgewichts für verschiedene Temperaturen
Subtitle Übungsaufgabe 19
Title of Series Einführung in die Thermodynamik
Part Number Ü 19
Author Lauth, Jakob Günter (SciFox)
Contributors Lauth, Anika (Medientechnik)
License CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
You are free to use, adapt and copy, distribute and transmit the work or content in adapted or unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI 10.5446/15706
Publisher SciFox
Release Date 2013
Language German
Production Year 2013
Production Place Jülich

Content Metadata

Subject Area Physics, Chemistry
Keywords Physikalische Chemie
Thermodynamik
Series
Annotations
Transcript
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Wir wollen die Gleichgewichtskonstante einer chemischen Reaktion berechnen. Eine bekannte und wichtige Reaktion ist das BOUDOUARD-Gleichgewicht - es handelt sich dabei um die Reaktion von festem Kohlenstoff mit gasförmigem Kohlendioxid zu gasförmigem Kohlenmonoxid. Dieses Gleichgewicht liegt je nach Temperatur entweder bei den Reaktanten ("links") oder bei den Produkten
("rechts"). Die Gleichgewichtskonstante soll bei 500 °C und 900 °C berechnet werden. Die Ermittlung der Gleichgewichtskonstante erfolgt aus dem Standardantrieb, der Freien Standard-Enthalpie delta(G)°R. Diese erhalten wir aus der Standard-Reaktionsenthalpie delta(H)°R und aus der Standard-Reaktionsentropie delta(S)°R. Ausgangspunkt hierfür sind thermodynamische Tabellen. Die Reaktions- Enthalpie erhalten wir aus den tabellierten Bildungsenthalpien delta(H)°F: -393,77 kJ/mol für die Bildungsenthalpie von Kohlendioxid; - 221,24 kJ/mol für die Bildungsenthalpie von 2 mol Kohlenmonoxid. Als Differenz berechnen wir eine endotherme Reaktionsenthalpie von 172,53 kJ/mol. (Diese Wärme würde benötigt, wenn die Reaktion mit 100 % Umsatz ablaufen würde) Wir betrachten den Prozess aus der Perspektive der Entropie: 219,55 J/(mol*K) für die Standardentropie der Reaktanten (Edukte) C und CO2. 296,24 J/(mol*K) für die Standardentropie der Produkte. Die Reaktion ist endotrop mit + 176,69 J/(mol*K) (Joule pro mol und Kelvin) Reaktions- Entropie delta(S)°R. Nach der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung können wir nun die Freie Standard-Reaktionsenthalpie delta(G)°R berechnen. Je nachdem, welche Temperatur T (rot) wir in die Gleichung
einsetzen, erhalten wir einen anderen Wert für den Standardantrieb delta(G)°R. Bei 500°C (773 K) erhalten wir + 35,95 kJ/mol – bedeutet die reinen Produkte (2 CO) sind bei dieser Temperatur instabiler als die reinen Reaktanten (C + CO2). Der Prozess ist als ganzes endergonisch. (K(eq)<1; Gleichgewicht liegt "links") Bei der höheren Temperatur 900°C (1173 K)
beträgt die freie Standard-Reaktionsenthalpie - 34,73 kJ/mol -
bedeutet: die Reaktion ist als
Ganzes exergonisch; die reinen Produkte sind stabiler als die reinen Reaktanten (Edukte). Schon aus dem Vorzeichen des Standard-Antriebs können wir die
Gleichgewichtskonstanten abschätzen: Bei 500°C wird K(eq) deutlich unter 1 liegen; bei 900 °C deutlich über 1.
Die Berechnung des Zahlenwerts der Gleichgewichtskonstante erfolgt über der Formel ln = - delta(G)°/(RT) Damit sich die Einheiten wegkürzen, können wir z.B. delta(G)° in J/mol umrechnen (wenn wir R in J/(mol*K) einsetzen) ln ist dimensionslos - bei
500°C erhalten wir - 5,59. Der Zahlenwert von ist dann exp(-5,59) oder 0,0037. Beachten Sie, dass wir mit dieser
Rechnung nur den reinen Zahlenwert von K(eq) erhalten. Die Einheit von K(eq) müssen wir
separat erarbeiten aus dem Massenwirkungsgesetz. Bei 500°C ist die Reaktion als Ganzes endergonisch; die Gleichgewichtskonstante ist kleiner als 1, das Gleichgewicht liegt auf der linken Seite (bei den Reaktanten). Die analoge Rechnung für die höhere Temperatur 900 °C beschreibt eine (als Ganzes) exergonische Reaktion: k = exp(+ 3,56) = 35,2 als Zahlenwert. Die Gleichgewichtskonstante ist größer als 1 - (charakteristisch
Gleichgewichtskonstante
Carbon
Computer animation
Boudouard-Gleichgewicht
Carbon monoxide
Carbon dioxide
Gleichgewichtskonstante
River delta
Bildungsenthalpie
Standard enthalpy of reaction
Computer animation
Arginine
Carbon monoxide
Carbon dioxide
Gleichgewichtskonstante
Ausgangsmaterial
Gleichgewichtskonstante
Computer animation
Computer animation
Gleichgewichtskonstante
Ausgangsmaterial
River delta
Gleichgewichtskonstante
Computer animation
Gleichgewichtskonstante
Gleichgewichtskonstante
Computer animation
Gleichgewichtskonstante
Law of mass action
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