Prüfung Allgemeine Chemie für Verfahrenstechniker (SS 2002)

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1 ChVT 2002/1 Prüfung Allgemeine Chemie für Verfahrenstechniker (SS 2002) Aufgabe 4: Benzin soll vereinfacht nur aus Oktan (C 8 H 18 ) bestehen. a) Wie viel Gramm Wasser (H 2 O) und b) b) wie viel Liter Kohledioxid (CO 2 ) entstehen bei der Verbrennung von 10 kg Oktan? Gegeben: m(c 8 H 18 ) = g M(C 8 H 18 ) = 114 g/mol M(H 2 O) = 18 g/mol p = 100 kpa ~ 0,01 bar T = 18 C = 291 K Allgemeine Gaskonstante R = 0, (bar. l) /( K * Mol) Gesucht: a) m(h 2 O), a) V(CO 2 ) a) (1) Reaktionsgleichung: C 8 H O 2 -> 16 CO H 2 O (Hier müssten eigentlich Pfeile in beide Richtungen sein, finde das entsprechende Symbol nicht) (2) Berechnung der Stoffmenge n (C 8 H 18 ) aus der Masse der Stoffportion m: 3 m n = 87.2 [Mol] M 114 (zu faul, um die Einheiten mit abzutippen) 10 kg Oktan entsprechen also ~ 87,2 Mol (3) Stoffmengenverhältnisse der Reaktionspartner: Aus der Reaktionsgleichung folgt: Aus einem Mol Oktan entstehen 9 Mol Wasser! (4) Berechnung der Stoffmenge n an Wasser, die reagiert: Also entstehen aus 87,2 Mol Oktan 87,2 * 9 = 784,8 Mol Wasser! (5) Berechnung der Masse an Wasser, die reagiert: m = n M = = g Wasser = 14,126 kg Wasser Bei der Verbrennung von 10 kg Oktan entstehen also 14,126 kg Wasser!

2 b) (1) Reaktionsgleichung: 2 C 8 H O 2 -> 16 CO H 2 O (Hier müssten eigentlich Pfeile in beide Richtungen sein, finde das entsprechende Symbol nicht) (2) Berechnung der Stoffmenge n (C 8 H 18 ) aus der Masse der Stoffportion m: 3 m n = 87.2 [Mol] M 114 (zu faul, um die Einheiten mit abzutippen) 10 kg Oktan entsprechen also ~ 87,2 Mol (3) Stoffmengenverhältnisse der Reaktionspartner: Aus der Reaktionsgleichung folgt: Aus einem Mol Oktan entstehen 8 Mol Kohlendioxid! (4) Berechnung der Stoffmenge n an Kohlendioxid, die reagiert: Also entstehen aus 87,2 Mol Oktan 87,2 * 8 = 697,6 Mol Kohlendioxid! Da p = 0,01 bar (sehr niedriger Druck), verhält sich CO 2 unter diesen Bedingungen annähernd, wie ein ideales Gas! (5) Anwendung der allgemeinen Gasgleichung: p V = R T R T v = p 0.01 (dies ist meine Lösung, obwohl ich sie für sehr unwahrscheinlich halte)

3 ChVT 2002/1 Prüfung Allgemeine Chemie für Verfahrenstechniker (SS 2002) Aufgabe 6: Berechnen sie die Standardreaktionsentahlpie bei 400 K für die Bildung von Cyclohexan aus Benzen: C 6 H H 2 -> C 6 H 12 Aus der folgenden Tabelle lassen sich die Standard-Bildungsenthalpien bei 298 K und die Wärmekapazitäten, die vereinfachend zwischen 298 K und 400 K als temperaturunabhängig angesehen werden, entnehmen. Hb 298K C (J/Kmol) 298 K C 6 H 12 49,04 11,7 C 6 H 6-156,2 10,9 3 H ,9 (1) Berechnung von Standarbildungsentahlpien Hb bei 400K Allgemein: Hb (T2) = Hb (T1) + C (T2 T1) (wenn die Wärmekapazität als temperaturunabhängig angesehen wird! Hb C 6 H 6 (400K) = 49, , ( ) = 50,23 [kj/mol] C wurde in KJ/mol umgewandelt!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Hb C 6 H 12 (400K) = -156,2 + 10,9 * 10-3 * (102) = -155 [kj/mol] Hb H 2 (400K) = ,9 * 10-3 * (102) = 2,95 [kj/mol]

4 (2) Berechnung der Standardreaktionsenthalpie Hr bei 400 K Allgemein: Hr = - Hr C 6 H 12 (400K) = Hb C 6 H 12 - (Hb C 6 H 6 + 3* Hb H 2 ) (Koeffizienten Beachten, Reaktionsgleichung Hr C 6 H 12 (400K) = -155 [50, * 2,95] = -214,08 [kj/mol]

5 ChVT 2002/1 Prüfung Allgemeine Chemie für Verfahrenstechniker (SS 2002) Aufgabe 8: a) a) Formulieren sie die Dissoziationsreaktion der Ameisensäure (Methansäure, HCOOH) in wässriger Lösung unter Benutzung des Massenwirkungsgesetzes (MWG) und der Dissoziationskonstante der Säure Ks! b) Wie ist der pks-wert definiert? c) Welchen ph-wert hat eine Ameisensäure Lösung, wenn in 1 l Lösung 50 g Methansäure enthalten sind (pks: 3,75 bei 25 C) (1) Dissoziationsreaktion: HCOOH + H 2 O -> HCOO - + H 3 O + (2) Massenwirkungsgesetz: (c der Produkte / c der Edukte) c (HCOO - ) c(h3o + ) K = c(hcooh) c(h2o) Da c(h2o) in wässriger Lösung nahezu konstant ist, wird c(h2o) in die GW-Konstante mit hineingezogen! c (HCOO - ) c(h3o + ) Ks = c(hcooh) b) Der pks-wert ist der negative dekadische Logarythmus des Ks-Wertes!

6 c) Gegeben: n (HCOOH) = 50 g V (HCOOH) = 1 l PKs = 3,75 Gesucht: ph c(h3o + ) (1) Berechnung der Säurekonstanten Ks pks = - lg(ks) 3,75 = -lg(ks) = Ks ~ Da der KS-Wert sehr klein ist und Methansäure eine organische Säure ist findet kaum Dissoziation statt. (2) Berechnung von c(hcooh) m 50 n = M 46 n 1.09 c = v 1 (3) Berechung von c(h3o+) Aus der Dissoziationsgleichung geht hervor, dass c(h3o + ) = c(hcoo - ) ist. c2 (H3O+) Ks = c (HCOOH) c (HCOOH) ist die Konzentration der Säure im GW. Da nur ein sehr geringes Dissoziationsverhalten vorliegt ist c(hcooh) = der Konzentration der säure im GW! c(h3o + ) = -4 c(h3o + ) = ) = 0,0136 [Mol/l] (4) Berechnung des ph-wertes ph = - lg c(h3o + ) ~ 1,8 (Der ph-wert dieser Lösung liegt ungefähr bei 1,8) was schon ziemlich stark für eine organische Säure ist

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8 ChVT 2002/1 Prüfung Allgemeine Chemie für Verfahrenstechniker (SS 2002) Aufgabe 10: Zink wird in Salzsäure aufgelöst. a) Formulieren Sie die vollständige Reaktionsgleichung. Welcher Teilprozess ist die Oxidation und welcher Teilprozess ist die Reduktion? Formulieren sie die Teilprozesse in Ionenschreibweise. b) Wie viel Gramm einer 36%igen Salzsäure benötigen Sie für die Auflösung von 10 g Zink? a) (1) Reaktionsgleichung (mit Oxidationszahlen) Zn H +I Cl -I -> Zn +II Cl 2 -I + H 2 0 Oxidation: Zn -> Zn e Reduktion: 2 H e -> H 2 b) Gegeben: 36%tige Salzsäure (HCl) m (Zn) = 10 g M (HCl) = 36 g/mol M (Zn) = 65 g/mol Gesucht: m(hcl) (2) Stoffmengenzusammenhang: Aus (1) geht hervor, dass 2 Mol HCl mit einem Mol Zn reagieren! (3) Berechnung der Stoffportionen, die miteinander reagieren: 1 Mol (Zn) -> 2 Mol (HCl) 65 g (Zn) -> 72 g (HCl) 1 g (Zn) -> (72/65) g (HCl) 10 g (Zn) -> (144/13) g (HCl) ~ 11 g (4) Berechnung der Masse an HCl in der 36 %tigen Lösung 100 % (HCl) = 36 g/mol (HCl) 100 % (H 2 O) = 18 g/mol (H 2 O) 1 % (HCl) = 0,36 g/mol (HCl) 1 % (H 2 O) = 0,18 g/mol (H 2 O) 36 % (HCl) = 12,96 g/mol (HCl) 64 % (H 2 O) = 11,52 g/mol (H 2 O) 1 Mol 36%tige Salzsäure wiegt also 12,96 (HCl) + 11,52 (H 2 O) = 24,48 g

9 (5) Berechnung der Stoffmenge 36%tiger Salzsäure, die mit einem Mol Zink reagiert Aus (3) geht hervor, dass 11 g HCl benötigt werden. 12,96 g (HCl) = 1 Mol 36% (HCl) 1 g (HCl) = (1/12,96) Mol 36% (HCl) 11 g (HCl) = 0,85 MOL 36% (HCl) (6) Berechnung der Masse HCl, die in 0,85 Mol 36%tiger Salzsäure enthalten sind m n = M m = n M = 0,85 * 24,48 = 20,8 g Zur Auflösung von 10 g Zink werden also 20,8 g 36%tiger Salzsäure benötigt!

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