Entropie Gibbs-Energie 1

 

A1. Kann man für folgende Reaktionen vorhersagen, ob dS<0 bzw dS>0 ist? Probieren Sie es!

  1. H2(g) + I2(s) →2HI(g)
  2. 3H2(g) +N2(g)  → 2NH3(g) 
  3. Mg(s)+ H2O(l) → MgO(s) + H2(g)
  4. Na2CO3(s) + 2 H+(l) →2Na+(l)  + H2O(l) + CO2(g)

 

A2. Formulieren Sie für folgende Reaktionen begründete Aussagen ob es sich um exotrope oder endotrope Reaktionen handelt.

  1. Mg(s)+ 2 H2O(l) → Mg2+(l) + 2 OH–(l) + H2(g)
  2. Na+(l)+ Cl–(l)  → NaCl(s)
  3. Mg(s)+ 2 HCl(l) → Mg2+(l) + 2 Cl–(l) + H2(g)
  4. C2H4(g)+  H2O(l) → C2H5OH(l)
  5. C6H6(l)+ 3 H2(g) → C6H12(l)
  6. Na2CO3(s) + 2 H+(l) → 2Na+(l)  + H2O(l) + CO2(g)

 

A3. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie, die Entropie und die Gibbs- Energie.   Sollten exotrope, exotherme oder endotrope, endotherme Reaktionen darunter sein, dann berechnen Sie weiter die Grenztemperaturen, ab der bzw. bis zu der die Reaktion freiwillig abläuft.

  1. NH4Cl(s)  → NH4+(l)+ Cl–(l)
  2. H2(g) + I2(s) →2HI(g)
  3. Ca(OH)2(s) → Ca2+(l) + 2 OH–(l)
  4. Mg(s)+ H2O(l) → MgO(s) + H2(g)
  5. Ba(OH)2·8H2O(s) + 2 NH4SCN(s) →2NH3(g) + 10H2O(l) + Ba2+(aq) + 2SCN–(aq). Zur Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Freien Energie und der Gleichgewichtskonstanten dienen folgende Enthalpie- und Entropie-Daten:
Verbindung bzw. Ion dHfo: Standard-Bildungsenthalpie [kJ/mol] So: Standard-Entropie [J/(mol*K]
Ba(OH)2·8H2O(s): -3342,00 427,00
NH4SCN(s) -84,00 130,00
NH3(g) -46,22 192,63
H2O(l)  -286,03 69,99
Ba2+(aq)  -538,00 10,00
SCN–(aq) 76,00 144,00

 

A4. Berechnen Sie die Standarte Freie Enthalpie für die Reaktion Fe2O3 (к) + 3H2 = 2Fe(к) + 3H2O(г)    bei Normalbedingungen. Läuft diese Reaktion spontan ab oder nicht? Begründen Sie!

Verbindung bzw. Ion dHfo: Standard-Bildungsenthalpie [kJ/mol] So: Standard-Entropie [J/(mol*K]
Fe2O3 (s) -822,16 89,96
H2 0 131
Fe(s) 0 27,15
H2O(g)  – 241,82 188,7

 

A5. Berechnen Sie ΔSo298 , ΔHo298 sowie ΔGo298  für:

  1. Na2O(s) + H2O(fl) → 2NaOH(s)
  2. S02(g) + 3H2(g)  →H2S(g) + 2H20(fl)
  3. 2SO2 +  O2    →  2SO3

 

A6. Wie gross kann maximal die Temperatur sein, damit die reversible Reaktion A+B = C (dH = +150kJ/mol; dS = 150 J/mol*K) freiwillig abläuft?  Was passiert bei weiterer Erhöhung der Temperatur aus (a) – läuft die Reaktion weiter freiwillig ab oder nicht?

A7. Geben Sie ohne Rechnung bei den beiden Reaktionen an, ob die Entropie zu- oder abnimmt oder gleich bleibt. Begründen Sie Ihre Antwort!

  1. 2H2S(g) + 302(g) 2S02(g) + 2H2O(g)
  2. S02(g) + 3H2(g)  H2S(g) + 2H20(fl)
  3. H2 +  SO3     H2O(fl)  +  SO2   
  4. 2SO2 +  O2      2SO3
  5. C2H5OH (g) C2H4 (g)  +  H2O (g)
  6. 2HCl (g)      H2 (g)   +  Cl2 (g)
  7. N2O4 (g) 2NO2 (g)
  8. Fe2O3 +  2 Al      Al2O3  +  2Fe
  9. 4FeS2 +  11O2    2 Fe2O3  +  8SO2
  10. Fe2O3 +  3CO   2Fe  +  3CO2
  11. CaCO3 CaO  +  CO2

 

A8. Die Freie Enthalpie einer Reaktion bei 177°C beträgt -340 kJ/mol, wobei die Änderung der Entropie 41 J/k*mol beträgt. Wie gross ist die Enthalpie dieser Reaktion? Ist diese Reaktion endergon oder exergon? Exotherm oder endotherm? Exotrop oder endotrop?

 

A9. Bei Raumtemperatur ist der Wert der Enthalpie und der Gibbs’schen Energie gleich gross. Welche Folgerung kann man daraus schließen?

  1. dH = 0
  2. dH<0
  3. dH>0
  4. dS=0
  5. T=0

 

A10. Ordnen Sie den Reaktionen der Liste 1 die zutreffenden Aussagen aus der Liste 2 zu Liste 1

Liste 1

exotherme Fällungsreaktion: ____

endothermer Lösungsvorgang: ____

Liste 2

  1. dG<0; dH<0; dS<0
  2. dG<0; dH<0; dS>0
  3. dG>0; dH<0; dS<0
  4. dG<0; dH>0; dS<0
  5. dG>0; dH>0; dS>0

 

A11. Die folgenden Werte für dH und dSsys beziehen sich auf Reaktionen bei 298 К und Standardbedingungen. Treffen Sie jeweils eine Vorhersage über den Ablauf der folgenden Reaktionen: Laufen sie spontan oder nicht spontan ab? Erklären Sie für jeden Fall Ihre Antwort.

  1. Ca2+(aq) + C032-(aq)→ CaC03 (s)   dS  = +203 J/mol*K;  dH= +13 kJ/ mol
  2. H202(f)→ H20(fl) + 0,502(g)    dS  = +63 J/mol*K;    dH= -98 kJ/ mol
  3. N2(g) + 02(g) →2NO(g)    dS  = +25 J/mol*K;     dH= +180 kJ/ mol
  4. NH4N03 (s) →N2O (g) + 2H20 (fl)  dS  = +209 J/mol*K;   dH= -124 kJ/ mol
  5. С (Graphit) С (Diamant) dS  = -4 J/mol*K;        dH= +2 kJ/ mol

 

A12. Schwefeldioxid verbrennt zu Schwefeltrioxid. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. Berechnen Sie die freie Reaktionsenthalpie bei Standardbedingungen. Erläutern Sie, was bei Erhöhung der Temperatur auf 400 К geschieht.

 

A13. Für die Reaktion A + B 2C bei 25°C gilt: dS = -60 J/mol*K; dH= -30 kJ/mol. Diskutieren Sie, was geschieht mit dem Gleichgewicht der Reaktion bei der Temperaturerhöhung auf 227°C erhöht.

 

A14. Für die Reaktion   Ba(OH)2*8H2O(s) + 2 NH4SCN(s)  2 NH3(g) + 10 H2O(l) + Ba2+(aq) + 2 SCN–(aq) hat man den Wert für die Veränderung der Entropie berechnet: dS = 696,16 J/K*mol.  Was bedeutet das? Der Wert dHR =171,26 kJ/mol. Was bedeutet das? Berechnen Sie daraus den Wert dGR und erklären Sie den Sachverhalt. Es gilt: Normalbedingungen. Was passiert, wenn man diese Reaktion bei -40 °C  durchführt?

 

A15. Formulieren Sie für folgende Reaktionen begründete Aussagen ob es sich um exotrope oder endotrope Reaktionen handelt.

  1. a) Na2CO3(s) + 2 H+(l) → 2Na+(l)  + H2O(l) + CO2(g)
  2. b) C6H6(l) + 3 H2(g) → C6H12(l)
  3. c) C2H4(g) +  H2O(l) → C2H5OH(l)
  4. d) Mg(s) + 2 HCl(l) → Mg2+(l) + 2 Cl–(l) + H2(g)
  5. e) Na+(l) + Cl–(l)  → NaCl(s)
  6. f) Mg(s)+ 2 H2O(l) → Mg2+(l) + 2 OH–(l) + H2(g)

 

A16. Berechne ΔG der folgenden Reaktion bei 250°C und 850°C:         2 CO (g) → C (s) + CO2 (g). Verwende dazu geeignete Werte aus der Tabelle. Läuft die Reaktion bei den Temperaturen freiwillig ab? Begründe deine Antwort unter Verwendung der Begriffe exotherm, endotherm, exergon und endergon.

 

A17. Die Gleichgewichtskonstante der Bildung von 1 mol Wasser(g) aus den Elementen beträgt 1031. Berechnen Sie daraus die  freie Reaktionsenthalpie. Diskutieren Sie diesen Wert!

 

A18. Die freie Reaktionsenthalpie der Reaktion von H+(aq)  + OH–(aq) → H2O (l) beträgt 5 kJ. Berechnen Sie  daraus die Gleichgewichtskonstante der Reaktion. Interpretiere den Wert.

Standart-Werte

Stoff kJ/mol kJ/mol S0298J/(mol·К)
Al2(SO4)3 (s) –3444 –3103 239
Al2O3 (s) –1676 –1580 50,9
BaCO3 (s) –1235 –1134 103
BaO (s) –548 –518 70,4
C (s) 0 0 5,74
C2H4 (g) 52 68 219,4
C2H5OH (fl) –277 –175 160,7
CaCO3 (s) –1207 –1128 89
CaO (kr) –636 –603 40
CaSiO3 (kr) –1562 –1550 82
CH3OH (fl) –239 –166,2 126,8
CH4 (g) –74,85 –50,79 186,19
Cl2 (g) 0 0 222,96
CO (g) –110,5 –137,14 197,54
CO2 (g) –394  –394,4 214
Fe (s) 0 0 27,3
Fe2O3 (s) –823 –740 87,9
H2 (g) 0 0 130
H2O (g) –242 –229 189
H2O (fl) –286 –237 70
H2S (g) –21 –33,8 206
HСl (g) –93 –95,3 187
N2O (g) 82 104 220
Na2CO3 (s) –1138 –1048 136
Na2O (s) –416 –378 75,5
NaOH (s) –427,8 –381,1 64,16
NH3 (g) –46 –16,7 193
NH4Cl (s) –314 –203 96
NH4NO3 (s) –365 –184 151
NO (g) 90,37 86,71 210,62
NO2 (g) 33 51,5 240,2
O2 (g) 0 0 205
P2O5 (s) –1492 –1348,8 114,5
SiO2 (s) –908,3 –854,2 42,7
SO2 (g) –297 –300 248
SO3 (g) –395,2 –370,4 256,23
Zn (s) 0 0 41,59
ZnO (s) –349 –318,2 43,5