Volumenarbeit und Reaktionsenergie?
heyyy, wie berechne ich die Volumenarbeit und Reaktionsenergie bei der Verbrennung von Ethanol?
Danke im Voraus
2 Antworten
Die Grundformel lautet bei isobarer Reaktion:
ΔH = ΔU + p * ΔV
ΔH: Reaktionsenthalpie
ΔU: Reaktionsenergie
p * ΔV : Volumenänderungsarbeit
Wir müssen also der Reihe nach diese drei Werte ausrechnen. Da über den Grundzustand nichts ausgesagt ist, nehme ich der Einfachheit halber die Standardbedingungen SATP 25 °C = 298 K und 1,013 bar = 1013 hPa = 101300 N/m^2 an. Das vereinfacht die Sache enorm, weil es Umrechnungen erspart und fast alle Tabellen auf diesen Werten beruhen..
Zunächst berechnen wir die Reaktionsenthalpie:
ΔH = Enthalpie Produkte - Enthalpie Edukte
Damit wir die Produkte und Edukte sowie ihre Stoffmengen feststellen können, müssen wir erstmal die Reaktionsgleichung aufstellen:
C2H5OH + 3 O2 --> 2 CO2 + 3 H2O
Nun schlagen wir die Standardbildungsenthalpien ΔHf nach, z.B. hier:
https://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie/_Thermodynamische_Daten
C2H5OH (flüssig): -278 kJ/mol
O2 : 0 kJ/mol
Damit beträgt die Summe der Edukte:
ΔH(Edukte) = Σn * ΔHf = 1 mol * -278 kJ/mol + 3 mol * 0 kJ/mol = -278 kJ
CO2 : −393,5 kJ/mol
H2O (flüssig): −286,0 kJ/mol
Damit Summe der Produkte:
ΔH(Produkte) = Σn * ΔHf = 2 mol * −393,5 kJ/mol + 3 mol * (−286,0 kJ/mol)
= - 1645 kJ
So nun rechnen wir die Reaktionsenthalpie für die Verbrennung von 1 mol Ethanol aus:
ΔH = ΔH(Produkte) - ΔH(Edukte) = - 1645 kJ + 278 kJ= - 1367 kJ
Als nächstes widmen wir uns dem Term p * ΔV der Grundgleichung.
p = const. = 1,013 bar = 1013 hPa
Beim ΔV gilt:
ΔV = V(Produkte) - V(Edukte)
Bei den angenommenen Standardbedingungen sind das Ethanol und das Wsser flüssig. Gasförmig sind der Sauerstoff und das CO2. Beides sind ideale Gase, sodass 1 mol davon immer das gleiche Volumen hat. Dieses nimmt ab, da wir 3 mol Ausgangsgas und 2 mol Produktgas haben. Da können wir jetzt mit der idealen Gasgleichung das Volumen von 1 mol ausrechnen, wir können es aber auch nachschlagen, z.B. in einer Formelsammlung oder hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Molares_Volumen
Demnach hat 1 mol eines idealen Gases bei SATP-Bedingungen:
24,471* 10^-3 m^3. Zu beachten ist das Vorzeichen: da das Volumen abnimmt ist es minus. Damit:
ΔV = - 24,471* 10^-3 m^3
Nun können wir auch die Volumenänderungsarbeit Wv bestimmen:
Wv = p * ΔV = 101300 N/m^2 * - 24,471* 10^-3 m^3 = -2478 Nm = - 2,48 kJ
Der Rest, die Reaktionsenergie ΔU, ist nun ganz einfach.
Aus ΔH = ΔU + p * ΔV folgt:
ΔU = ΔH - p * ΔV = - 1367 kJ/mol + 2,48 kJ = - 1364,5 kJ
Ach ja, da es schon ewig her ist, dass ich sowas das letzte Mal gerechnet habe, bitte genau auf mögliche Fehler prüfen.
Bei der Verbrennung vom Ethanol entstehen zwei Produkte. Wenn Du davon ausgehst, dass beide gasförmig vorliegen, hast Du eine Zunahme des Volumens.
Mit Hilfe der Formel für Volumenarbeit
hast Du dann die Volumenarbeit