Chemische Thermodynamik ENTROPIE LÖSUNGEN
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- Gertrud Schulz
- vor 7 Jahren
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1 L-Üb29: Die Standardentropie der Edelgase steigt in regelmässiger Weise mit der molaren Masse. Diese schöne Regelmässigkeit kommt daher, dass die Edelgase nur Translationsenergie besitzen und keine Schwingungsenergie besitzen, da ein Atom nicht schwingen Kann! He Ne Ar Kr Xe M [g/mol] S [J/mol K] Log M i. ii.
2 L-Üb30: H 2 D 2 N 2 CO NO O 2 F 2 Cl 2 Br 2 I 2 M [g/mol] S [J/mol K] Log M i. ii. Auch in diesem Fall bestätigt sich der Trend, dass die Entropie gasförmiger Stoffe mit der molaren Masse ansteigt. Was man hier auch sieht, ist, dass bei ähnlichen oder identischen molaren Massen die Entropien um einen mittleren Wert zu variieren scheinen. L-Üb31: Sie können diese Aufgabe auch grafisch lösen. Ich habe die Werte zunächst grafisch aufgetragen und dann die Geradengleichung bestimmt. Mit dieser Gleichung habe ich dann die gegebenen und die gesuchten Entropien berechnet (Spalte S -berechnet in der Tabelle). Wie man der Grafik entnehmen kann, besteht für die geradkettigen Alkane eine lineare Beziehung zwischen der Standardentropie und der molaren Masse. Bedenken Sie, dass sich die molare Masse direkt proportional zur Anzahl der C-Atome verhält. C-Atome S -Experimentell S -berechnet Methan Ethan Propan Butan Pentan Hexan Heptan Octan A.Soi Seite 2 von 6
3 L-Üb32: C-Atome Cyclo-Alk n-alk Die Entropie der n-alkane ist grösser als die der Cycloalkane, weil die kettenförmigen Moleküle über eine grössere innere Beweglichkeit verfügen (höhere Flexibilität) und weniger symmetrisch als die entsprechenden Cycloalkane sind. A.Soi Seite 3 von 6
4 L-Üb33: i. Abhängigkeit vom Aggregatszustand. Gasförmige Stoffe haben eine grössere Entropie als Flüssigkeiten und Feststoffe. Die Entropie eines Stoffes ist am geringsten, wenn der Stoff in seiner festen Form vorliegt. ii. Abhängigkeit von der molaren Masse. Die Entropie steigt mit der molaren Masse. iii. Abhängigkeit von der Symmetrie. Bei vergleichbare molare Masse und Anzahl der Atome hat das Molekül mit der niedrigeren Symmetrie die höhere Entropie. iv. Starrheit des Moleküls. Bei vergleichbarer Molekülgrösse und molare Masse hat das Molekül mit der höheren Flexibilität (grössere Zahl an inneren Bewegungsformen) die höhere Entropie. Wenn wir zwischen der Grösse der Entropie von zwei Stoffen entscheiden müssen, lassen wir uns von einer Kombination aller vier aufgeführten Punkten leiten. L-Üb34: i. PCl 3 (g) < POCl 3 (g) < PCl 5 (g); Die Entropie steigt mit der molaren Masse. Siehe Punkt ii. in L- Üb33 ii. Benzol: C 6 H 6 (s) < C 6 H 6 (l) < C 6 H 6 (g); Gasförmiges Benzol hat die grösste Entropie. Siehe Punkt i. in L-Üb33 iii. O Oxetan (g) < O (g) H 3 C CH 3 Aceton Aceton hat die grössere Entropie, da es flexibler ist als Oxetan. Siehe Punkt iv. in L-Üb33. Bitte beachten Sie auch, dass beide Substanzen dieselbe Summenformel C 3 H 6 O haben. L-Üb35: i. Entropie nimmt zu. Es entstehen mehr Teilchen, und weiter, Entropie von CO 2 > O 2 1 C 6 H 12 O 6(s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) S [kj/mol] ν. S [kj/mol] Pr ν S odukte [J/mol K] R S = Pr odukte ν S Edukte ν S ν S Edukte [J/mol K] [J/mol K] Oder direkt: A.Soi Seite 4 von 6
5 R S =(6*69.91[J/mol K]+6*213.74[J/mol K])-(1*212[J/mol K]+6*205.14[J/mol K])= [J/mol K] ii. Entropie nimmt ab, da die Anzahl gasförmiger Teilchen abnimmt. 1 CH 4(g) + 2 O 2 (g) 1 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) S [J/mol K] R S =(2*69.91[J/mol K]+1*213.74[J/mol K])-(1*186.26[J/mol K]+2*205.14[J/mol K])= [J/mol K] iii. Entropie nimmt ab, da die Anzahl gasförmiger Teilchen abnimmt. 2 NO (g) + 1 O 2 (g) 2 NO 2 (g) S [J/mol K] R S =(2*240.06[J/mol K])-(2*210.76[J/mol K]+1*205.14[J/mol K])= [J/mol K] iv. Entropie nimmt ab. Gasteilchen werden durch Feststoff ersetzt! 1 NH 3(g) + 1 HCl(g) 1 NH 4 Cl(s) S [J/mol K] R S =(1*94.6[J/mol K])-(1*192.45[J/mol K]+1*186.91[J/mol K])= [J/mol K] v. Intuitiv würde man hier erwarten, dass die Entropie abnimmt, da die Teilchenzahl abnimmt. Bei aquatisierten Ionen sind die Verhältnisse jedoch nicht mehr so einfach. Hier setzt sich die Entropie des aquatisierten Ions aus der Entropie des nichtaquatisierten Ions und der Entropieänderung, die das Wasser als Folge des Lösungsvorganges erfährt, zusammen. In vielen Fällen führt die Aquatisierung der Ionen zu einer Erhöhung des Ordnungszustandes der Wassermoleküle in der Lösung. 1 Ba 2+ (aq) + 1 CO 3 2-(aq) 1 BaCO 3 (s) S [J/mol K] R S =(1*112.1[J/mol K])-(1*9.6[J/mol K]-1*56.9[J/mol K])= [J/mol K] Die Zunahme der Entropie ist hauptsächlich auf die Freisetzung von Wassermoleküle zurückzuführen. Denn, bei der Bildung des Niederschlages stossen die Ionen ihre Hydrathülle ab. vi. Für diese Reaktion ist R S =0 weil HCl(aq) meint bereits das vollständig dissoziierte HCl! A.Soi Seite 5 von 6
6 vii. Entropie sollte abnehmen, da die Zahl der Gasteilchen abnimmt 3 NO 2(g) + 1 H 2 O (l) 2 HNO 3 (aq) + 1 NO (g) S [J/mol K] R S =(2*146.4[J/mol K]+1*210.76[J/mol K])-(3*240.06[J/mol K]+1*69.91[J/mol K])= [J/mol K] viii. Entropieänderung sollte gering sein, da sich hier ähnliche Festkörper ineinander umwandeln. 1 Fe 2 O 3(s) + 2 Al (s) 1 Al 2 O 3(s) + 2 Fe (s) S [J/mol K] R S =(1*50.92[J/mol K]+2*27.28[J/mol K])-(1*87.4[J/mol K]+2*28.33[J/mol K])= [J/mol K] ix. Entropie sollte zunehmen, da aus Feststoffen ein Gas entsteht 1 B 2 O 3(s) + 3 CaF 2(s) 2 BF 3(g) + 3 CaO (s) S [J/mol K] R S =(3*39.75[J/mol K]+2*254.12[J/mol K])-(1*53.97[J/mol K]+3*68.87[J/mol K])= [J/mol K] x. Entropie nimmt ab, da gasförmige Edukte in Feste und flüssige Produkte kleiner Entropie umgewandelt werden. 2 H 2 S (g) + 1 SO 2(g) 3 S (s) + 2 H 2 O (l) S [J/mol K] R S =(2*69.91[J/mol K]+3*31.8[J/mol K])-(2*205.79[J/mol K]+1*248.22[J/mol K])= [J/mol K] A.Soi Seite 6 von 6
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