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Berechnung des BOUDOUARD Gleichgewichts für verschiedene Temperaturen

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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
Kohlendioxid
Kohlenstoff
Gleichgewichtskonstante
Boudouard-Gleichgewicht
Kohlenmonoxid
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation
Kohlendioxid
Bildungsenthalpie
Ausgangsmaterial
Delta
Kohlenmonoxid
Reaktionswärme
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation
Ausgangsmaterial
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation
Gleichgewichtskonstante
Delta
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation
Gleichgewichtskonstante
Massenwirkungsgesetz
Gleichgewichtskonstante
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Berechnung des BOUDOUARD Gleichgewichts für verschiedene Temperaturen
Untertitel Übungsaufgabe 19
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil Ü 19
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15706
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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