Schriftlicher Leistungsnachweis
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- Christel Brinkerhoff
- vor 7 Jahren
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1 Kurs: Q3Ch01 Wärme und Unordnung 1. Alkohol heizt ein Bei der alkoholischen Gärung wird Glucose unter Einwirkung von Enzymen zu Kohlenstoffdioxid und Ethanol vergoren. Neben Ethanol entsteht hierbei Kohlenstoffdioxid. Diese Reaktion wird in einem Schulexperiment im Chemieraum unter Einsatz von 45 g Glucose in einem verschlossenen Glaskolben mit seitlichem Ansatzrohr durchgeführt. Zum Auffangen des Kohlenstoffdioxids wird an das Ansatzrohr ein Kolbenprober angebracht. 1. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung unter Angabe der Aggregatzustände für die Vergärung von Glucose. 2. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie ΔrH für die Umsetzung von 45 g Glucose. 3. Ordnen Sie die im Material beschriebene Reaktion einem chemischen System zu und begründen Sie Ihre Zuordnung. 4. Berechnen Sie die Volumenarbeit für diese Reaktion bei Normaldruck und ermitteln Sie rechnerisch, ob ein 100-ml-Kolbenprober bei diesem Experiment sinnvoll ist. Hinweise: Beachten Sie die Reaktionsgleichung, 1 J = 1 Nm, 1 Pa = 1 N/m 2 5. Formulieren Sie eine begründete Vermutung über die Freiwilligkeit des Reaktionsverlaufs auf und verifizieren Sie Ihre Vermutung rechnerisch. 2. Zinkblende In einem mit 400 ml Wasser gefülltem Kalorimeter wird bei der Umsetzung von 5,23 g Zink und 2,56 g Schwefel zu Zink(II)-sulfid (Zinkblende) eine Temperaturerhöhung von 9,6 C gemessen. 1. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Zink mit Schwefel unter Angabe der Aggregatzustände. Hinweis: Die Wärmekapazität des Kalorimeters bleibt unberücksichtigt. 2. Berechnen Sie die Wärme und die molare Reaktionsenthalpie von Zinksulfid. 3. Diskutieren Sie, ob die molare Standardreaktionsenthalpie aus der berechneten molaren Reaktionsenthalpie ermittelt werden kann. 3. Wasserdiät Ein Schüler eines Chemie-Leistungskurses sollte bei einer Studienfahrt besonders gut aussehen, wofür er allerdings, seinem persönlichen Schönheitsideal entsprechend, mindestens 3 kg abnehmen musste. Er kam auf die Idee, Eiswasser zu trinken, um abzunehmen. Hierbei verbraucht er dazu das körpereigene Fett, das einen Energiegehalt von 32 kj/g hat. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt cp = 4,183 J K -1 g -1. Wie viel Eiswasser müsste der Schüler trinken, um sein angestrebtes Idealgewicht zu erreichen?
2 Kurs: Q3Ch01 Tabelle einiger molarer Standardbildungsenthalpien und Entropien: Stoff ΔfH 0 m in kj/mol ΔS 0 m in J/(K mol) Ethanol (g) Ethanol (l) Glucose (s) Kohlenstoffdioxid (g) Zinksulfid (s) I II III IV V VI VII VIII 1,008 4,00 H Periodensystem He Wasserstoff Helium 1 2,1 2-6,941 Li Lithium 3 1,0 9,01 Be Beryllium 4 1,5 22,98 24,30 Na Mg Natrium Magnesium 11 0,9 12 1,2 39,10 K Kalium 19 0,8 85,47 Rb Rubidium 37 0,8 132,91 Cs Caesium 55 0,7 (223) Fr Francium 87 0,7 40,08 Ca Calcium 20 1,0 87,62 Sr Strontium 38 1,0 137,33 Ba Barium 56 0,9 (226,03) Ra Radium 88 0,9 44,96 Sc Scandium 21 1,3 88,91 Y Yttrium 39 1,3 Lanthanide Actinide der Elemente 1,008 Atommasse Symbol des Elementes H Wasserstoff Name des Elements 1 2,1 Elektronegativität (Pauling) Ordnungszahl N e b e n g r u p p e n e l e m e n t e 47,88 Ti Titan 22 1,5 91,22 Zr Zirconium 40 1,4 178,49 Hf Hafnium 72 1,3 (261) Rf Rutherfordium ,94 V Vanadium 23 1,6 92,91 Nb Niob 41 1,6 180,95 Ta Tantal 73 1,5 (262) Db Dubnium ,00 Cr Chrom 24 1,6 95,94 Mo Molybdän 42 1,8 183,85 W Wolfram 74 1,6 (263) Sg Seaborgium ,94 Mn Mangan 25 1,5 98,91 Tc Technetium 43 1,9 186,21 Re Renium 75 1,9 (262) Bh Bohrium ,85 Fe Eisen 26 1,8 101,07 Ru Ruthenium 44 2,2 190,2 Os Osmium 76 2,2 (265) Hs Hassium ,94 Co Cobalt 27 1,8 102,91 Rh Rhodium 45 2,2 192,22 Ir Iridium 77 2,2 (269) Mt Meitnerium ,69 Ni Nickel 28 1,8 106,42 Pd Palladium 46 2,2 195,08 Pt Platin 78 2,2 (271) Ds Darmstadtium ,55 Cu Kupfer 29 1,9 107,87 Ag Silber 47 1,9 196,97 Au Gold 79 2,4 (272) Rg Roentgenium 65,39 Zn Zink 30 1,6 112,41 Cd Cadmium 48 1,7 200,59 Hg Quecksilber 80 1,9 111 Kaiser 10,81 B Bor 5 2,0 26,98 Al Aluminium 13 1,5 69,72 Ga Gallium 31 1,6 114,82 In Indium 49 1,7 204,38 Tl Thallium 81 1,8 12,01 C Kohlenstoff 6 2,5 28,09 Si Silicium 14 1,8 72,61 Ge Germanium 32 1,8 118,71 Sn Zinn 50 1,8 207,2 Pb Blei 82 1,8 14,00 N Stickstoff 7 3,0 30,97 P Phosphor 15 2,1 74,92 As Arsen 33 2,0 121,75 Sb Antimon 51 1,9 208,98 Bi Bismut 83 1,9 16,00 O Sauerstoff 8 3,5 32,07 S Schwefel 16 2,5 78,96 Se Selen 34 2,4 127,60 Te Tellur 52 2,1 (208,98) Po Polonium 84 2,0 19,00 F Fluor 9 4,0 35,45 Cl Chlor 17 3,0 79,90 Br Brom 35 2,8 126,90 I Iod 53 2,5 (209,99) At Astat 85 2,2 20,18 Ne Neon 10-39,95 Ar Argon 18-83,80 Kr Krypton ,29 Xe Xenon 54 - (222,02) Rn Radon 86 - Namen der Hauptgruppen IV Kohlenstoffgruppe V Stickstoffgruppe I Alkalimetalle VI Chalkogene II Erdalkalimetalle VII Halogene III Erdmetalle VIII Edelgase
3 Kurs: Q3Ch01 Lösungen 1.1) 1.2) ΔrH 0 m = [Σ ν(produkte) ΔfH 0 m(produkte)] [Σ ν(edukte) ΔfH 0 m(edukte)] = [2 (-277) + 2 (-394)] kj/mol [-1274] kj/mol = -68 kj/mol ΔrH 0 = ΔrH 0 m nf = -68 kj/mol m(glucose)/m(glucose) = -68 kj/mol 45 g/180 g/mol = -17 kj Die Reaktionsenthalpie für die Vergärung von 45 g Glucose zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid beträgt ΔrH = 17 kj. 1.3) Es handelt sich um ein geschlossenes System. Begründung: Es findet kein Stoffübergang zwischen den Systemgrenzen aber ein Energieübergang statt. 1.4) Da bei diesem Experiment 11,2 l Kohlenstoffdioxid gebildet werden, ist ein 100-ml-Kolbenprober für dieses Experiment nicht geeignet.
4 Kurs: Q3Ch01 1.5) Die Reaktion verläuft exotherm und die Reaktionsentropie ist positiv, da ein Gas (Kohlenstoffdioxid) gebildet wird und damit die Unordnung des Systems zunimmt. Daraus lässt sich als Vermutung ableiten, dass die Reaktion exergonisch verläuft. ΔS 0 m = [Σ ν(produkte) ΔS 0 m(produkte)] [Σ ν(edukte) ΔS 0 m(edukte)] = [ ] J/(K mol) [212] J/(K mol) = 782 J/(K mol) = 0,782 kj/(k mol) ΔrG 0 m = ΔrH 0 m T ΔS 0 m = -68 KJ/mol 298 K 0,782 kj/(k mol) = -300 kj/mol Die freie Reaktionsenthalpie ist negativ, daher verläuft die Reaktion freiwillig (exergonisch) 2.1) 2.2) Zn(s) + S(s) ZnS(s) Q = (cw mw + CK) ΔT = (4,183 J K -1 g g) 9,6 K = J ΔrHm = -Q / nf nf = (m(zn) + m(s)) / M(ZnS) = (5,23 g + 2,56 g) / 97,4 g/mol = 0,08 mol ΔrHm = J / 0,08 mol = J/mol = -201,6 kj/mol 2.3) Für die Reaktionsgleichung zur Berechnung der Standardbildungsenthalie gilt: Auf der rechten Seite steht nur der zu bildende Stoff mit der Stöchiometriezahl 1. Auf der linken Seite stehen nur die Elemente, aus denen der zu bildende Stoff besteht in der unter den Reaktionsbedingungen stabilen Form. Beide Bedingungen sind erfüllt. also: Reaktionsenthalpie entspricht Standardbildungsenthalpie
5 Kurs: Q3Ch01 3) Q = m(h2o) cp(h2o) ΔT m(h2o) = Q / (cp(h2o) ΔT) Energiegehalt des Fetts: Q = 3000g 32 kj/g = kj m = Q / (cp(h2o) ΔT) = 9, J / (4,183 J K -1 g K) = g = 620,3 kg Der Schüler müsste etwa 620 L Eiswasser trinken.
H Wasserstoff. O Sauerstoff
He Helium Ordnungszahl 2 Atommasse 31,8 268,9 269,7 0,126 1,25 H Wasserstoff Ordnungszahl 1 Atommasse 14,1 252,7 259,2 2,1 7,14 1 3,45 1,38 Li Lithium Ordnungszahl 3 Atommasse 13,1 1330 180,5 1,0 0,53
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