Berechnen Sie die Partialdrucke der Komponenten und den Gesamtdruck der Mischung nach der Reaktion?
Ein Gefäß mit dem Volumen 22.4 l enthalte 2.0 mol H2 und 1.0 mol N2 bei 273.15 K. Nun soll sich der Wasserstoff mit der erforderlichen Menge Stickstoff vollständig zu NH3 umsetzen. Berechnen Sie die Partialdrucke der Komponenten und den Gesamtdruck der Mischung nach der Reaktion
3 Antworten
Erst einmal formlos die Reaktionsgleichung aufstellen:
0,5 N2 + 1,5 H2 → NH3 oder 1 N2 + 3 H2 → 2 NH3
Wir haben aber nur 2 mol H2, so dass dieses Gas der limitierende Faktor ist. Deshalb schreiben wir die Reaktionsgleichung einmal für 2 mol H2 . Wir teilen die stöchiometrischen Faktoren durch 3 und multiplizieren mit 2:
2/3 N2 + 2 H2 → 4/3 NH3
Nach vollständiger Reaktion bleibt also ein Rest von 1/3 mol N2 und das Reaktionsprodukt mit 4/3 mol NH3
Für die Druckberechnungen wird das allgemeine Gasgesetz verwendet:
pV = nRT ==> p = nRT/V
Für n(N2) = 1/3 mol habe ich 33.800 Pa (N/m²) berechnet.
Dann ist der Rest nicht mehr schwierig.
Ergänzung
Das Volumen von 22,4 L ist ja genau das molare Volumen, welches 1 mol eines idealen Gases bei einer Temperatur von 273,15 K und einem Druck von 101,325 kPa einnimmt. Da ist es sehr einfach, den Druck bei diesen Bedingungen für 1/3 mol zu rechnen:
p(N2) = 1/3 mol * 101,325 kPa/mol = 33,775 kPa = 33775 Pa
p(NH3) = 4/3 mol * 101,325 kPa/mol = 135,5 kPa = 135500 Pa
p(ges.) = 169275 Pa
emm...
Druck und Temperatur sind so gewählt, dass das Volumen das Normvolumen ist! Daher kann man die Aufgabe im Kopf rechnen!
p(H2)= 2 bar, p(N2)=1 bar.
Da man 1:3 N2 benötigt, setzen sich nur 2/3 mol des N2 um.
Es entstehen 1,33 mol oder bar NH3 und verbleiben 1/3 mol oder bar N2.
wenn 3 h2 + n2 zu 2 nh3 reagiert wie bekomm ich dann 1,33 mol ?
Da hätte ich noch die Frage, ob die Reaktion isotherm oder adiabat erfolgen soll.
Die Temperatur habe ich als Ausgangstemperatur betrachtet, die sich ändert, sobald die Reaktion stattfindet. Von einer Kühlung steht da nix. Das könnte also eigentlich höchstens adiabat sein..ohne Kühlung.
Dann müsste man die Temperatur bzw. darüber die Druckerhöhung ausrechnen, die sich ergibt, falls das Gefäß geschlossen ist, was zu vermuten ist, sonst könnte man kein H2 "einfangen".
Das entspricht nicht chemischem Sprachgebrauch. Wenn ein Prozeß bei einer bestimmten Temperatur stattfindet, dann impliziert das einen isothermen Prozeß. Sonst würde man explizit von „Anfangs-“ oder „Ausgangstemperatur“ sprechen o.ä.
Isotherme Prozesse sind in der Chemie sowieso bei weitem am beliebtesten, weil man dann einfach mit Gibbs-Funktionen rechnen kann. Wenn man doch ein Temperaturprogramm braucht, dann macht man das nach Möglichkeit mit externer Beheizung oder Kühlung, weil das viel besser kontrollierbar ist und auch anständig mit der Ansatzgröße skaliert.
Nach Möglichkeit wird es vermieden, Reaktionen mit ihrer eigenen Reaktionswärme zu betreiben, weil das zu Unfällen einlädt. Die paar Reaktionen, bei denen man es wirklich so macht (z.B. Grignard), haben dann auch entsprechend den Ruf, „temperamentvoll“ zu sein, denn wenn die Reaktion rascher als sonst abläuft oder der Kolben mehr als sonst isoliert, dann kann die Temperatur zu hoch ansteigen, was die Reaktion weiter beschleunigt ⟹ Bumm.
Ah ja, danke für die Aufklärung. Bin halt kein Chemiker, sondern Thermodynamiker.
⟹ Bumm.
Das weiß ich: "Chemie ist das, was kracht und stinkt. Physik ist das, was nie gelingt."
isotherm lt. Angabe („bei 273.15 K“)