Kapitel 3.1 Thermodynamik und Kinetik Flashcards
Geben Sie die Gleichung und die Definition des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik an!
Die Änderung der inneren Energie eines Systems (delta u) ist gleich der Summe von Arbeit (delta w) und Wärme (delta q), die das System mit seiner Umgebung austauscht.
delta u = delta q + delta w
Wie lautet der Hess’sche Satz?
Die Energie- und Enthalpiedifferenzen zwischen zwei gleichen Zuständen des Systems sind unabhängig vom Reaktionsweg (Gesetz der konstanten Wärmesummen)
Verwenden Sie das Hess’sche Gesetz, um die Änderung der Enthalpie der folgenden Reaktionen zu berechnen!
Mn + C + 3/2*O2 = MnCO3
Gegeben:
1) 2Mn + O2 = 2MnO
delta H°(800K) = -767,083 kJ/mol
2) C + O2 = CO2
delta H°(800K) = -394,153 kJ/mol
3) MnCO3 = MnO + CO2
delta H°(800K) = +111,395 kJ/mol
Gesuchte Reaktion:
1/2 Reaktion 1 + Reaktion 2 - Reaktion 3
=> -1/2*767,083-394,153-111,395 = -889,089 kJ
Die Reduktion von Eisenoxid im Hochofen läuft über folgende Reaktionen ab:
1) 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO
delta H°(298K) = -12,7 kcal (-53,1 kJ)
2) Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
delta H°(298K) = +9,8 kcal (+41 kJ)
3) FeO + CO = Fe + Co2
delta H°(298K) = -4,4 kcal (-18,4 kJ)
Berechne delta H°(298K) für die Reaktion:
Fe2O3 + 3 CO = 2Fe + 3CO2
delta H°(298K) = (delta H°(298K,R1) + 2delta H°(298K),R2 + 6delta H°(298K))/3 = -6,5 kcal
Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie bei 25°C und 1 atm für die Reaktion:
3(FeO) + 2[Al] = (Al2O3) + 3[Fe]
Gegeben:
delta H°(298K,FeO)= -264,84 kJ/mol
delta H°(298K,Al2O3) = -1673,6 kJ/mol
delta H°(298K,R) = Summe(delta H(R,Produkte)-Summe(delta H(R,Edukte) = delta H°(298K,AL2O3) + 3delta H°(298K,Fe) -3delta H°(298K,FeO)-2delta H°(298K,Al) = -1673,6+30-3(-264,84)-2*0=-879,08 kJ/mol
Schreibe die Formel für die Boudouard-Reaktion auf!
Was trifft auf diese zu?
-Temperaturabhängig?
-Druckabhängig?
Co2 + C <=> 2CO
Ist Druck und temperaturabhängig
Nennen Sie die Reaktionsgleichungen für die Reduktion von Hämatit über Magnetit und Wüstit zu metallischem Eisen mit Kohlenmonoxid!
3Fe2O3 + {CO} => 2Fe3O4 + {CO2}
Fe3O4 + {CO} => 3FeO + {CO2}
FeO + {CO} => [Fe] + {CO2}
Wie lautet die Boudouard-Reaktion und in welchem Temperaturbereich findet sie in welche Richtung statt?
{CO2} + C <=> 2{CO}
=> über 1000°C
<= unter 1000°C
Definieren Sie den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik!
Es ist unmöglich, dass Wärme von selbst in einem abgeschlossenen System von einem kälteren auf einen heißen Körper übergeht.
delta(q1)/T1 < delta(q2)/T2 für T2<T1, (delta(q): Wärmeenergie)
Schreiben Sie die Formel für die Gleichgewichtskonstante für die folgende Reaktion auf!
3(FeO) + 2[Al] = (Al2O3) + 3[Fe]
K = (a(Al2O3)a(fe)^3)/(a(FeO)^3a(Al)^2)
Welcher Sauerstoffdruck stellt sich bei 1400°C über reinem Eisenoxid ein?
R =8,3143 kJ/mol = 1,987 cal/molk
(FeO) = [Fe] + 0,5{O2}
delta G° = 63500-16,8*T cal/mol
- Für die Reaktion aA + bB <=> cC + dD mit gasförmigen Reaktionspartnern:
K(p) = (p(C)^c * p(D)^d)/(p(A)^a * p(B)^b)) - Delta G° = -RTln(K(p))
63500-16,8T = -RTln(wurzel(p(O2)))
p(O2) = [exp(-63500/(1,978x1673) + (16,81673)/(1,978x1673))]^2 = 5,128*10^-10 Pa
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante bei 750°C für die Reaktion:
(NiO) + {H2} = [Ni] + {H2O}
Gegeben:
1) [Ni] + 1/2{O2} = (NiO)
delta G° = -244555 + 98,53T J/mol
2) {H2} + 1/2{O2} = {H2O}
delta G° = -246438 + 54,81T J/mol
- Hess’scher Satz:
deltaG°(g,R) = delta (G°,R2)-delta(G°,R1) = (-246438 + 54,81xT) - (-244555 + 98,53xT) = -1883-43,72xT
delta(G°,1023) = -1883-43,72x1023 = -46608,56 J
2.
delta(G°) = -RTln(K(R))
Ln(K(R)) = delta(G°,R)/-RT = -46608,56 / (-8,3143 * 1023) = 5,48 => K(R) = 239,8
Berechnen Sie die Gleichgewichtstemperatur für die Reaktion:
2[Fe] + {S2} = 2[FeS]
Wenn der Gleichgewichtspartialdruck des Schwefels den Wert p(S2) = 10^-10 atm annimmt!
Gegeben:
R = 8,3143 J/mol = 1,978 cal/molK
delta(G°) = -300495-105,1T J/mol
Für die Reaktionen aA + bB <=> cC + dD
mit gasförmigen Reaktionspartnern:
K(p) = (p(C)^c * p(D)^d)/(p(A)^a * p(B)^b)) delta(G°) = -RTln(K(p))
dann, K(p) = 1/p(S2)
delta(G°) = -RTln(1/10^-10) = (-300495 J/mol + 105,1 J/(molK)T)
T=1013K=740°C
1) Wie hoch ist die Temperatur des Eutektikum beim Roheisen?
2) Was ist Garschaumgrafit?
1) Die Temperatur des Eutektikums beim Roheisen beträgt 1147°C bei 4,3 Gew.-% [C]
2) Garschaumgraphit ist frei ausgeschiedener Kohlenstoff entlang der Kohlenstoff-Sättigungslinie C’-D’ im Fe-C-Phasendiagramm während der Abkühlung des flüssigen Roheisens.
Wie hoch ist die Temperatur des Peritektikums im Fe-C-Diagramm?
1493°C
