Aufgabe zu Phasen einer Reaktion
Ich hänge bei folgender Aufgabe:
In einen evakuierten Kolben mit dem Volumen von 1.00 dm3 werden 0.276 g flüssiges Wasser eingeschleust. Der Kolben wird dann auf 353 K erwärmt. Liegt im Kolben ein Zweiphasensystem (flüssig/dampfförmig) oder ein Einphasensystem (Dampf) vor? Die Verdampfungsenthalpie im untersuchten Temperaturbereich beträgt 41.1 kJ/mol.
Meiner Meinung nach muss man die Reaktionsenthalpie ausrechnen, um zu schauen, ob genug energie frei wird, damit wasser verdampft (-->2 phasensystem) oder eben nicht (--> einphasensystem)
Mein ansatz bisher: H= U+ p*V ... V ist gegeben, p kann man über die ideale gasgleichung ausrechnen. U = Q+W ... W müsste gleich null sein, weil V konst.;
nun zur Frage: wie krieg ich U raus mit den gegebnen Sachen und ist mein bisheriger Ansatz richtig, oder hab ich irgendwo nen Denkfehler drin?
4 Antworten
Kann jetzt sein, daß ich auf dem Schlauch stehe. Aber ich sehe keine Möglichkeit, die Frage zu beantworten.
Wenn ich das richtig sehen, dann hast Du 0.276 g H₂O, einen Liter Volumen und 353 K (thermostatisiert). Nimm einmal an, alles sei verdampft. Dann kommst Du auf einen Druck von 384 mbar bzw. 38.4 kPa.
Nun müßte man rausfinden, wie groß der Dampfdruck des Wassers bei 353 K (80°C) ist; diese Information findet man tausendmal im Netz, es sind etwa 474 mbar. Das heißt, Wasser hat unter den gebenen Bedingungen maximal 474 mbar Druck; mehr Wasser paßt nicht in die Gasphase und würde auskondensieren (bzw. gar nicht erst verdampfen).
Da Dein Druck aber geringer ist, kann das Wasser völlig verdampfen. Du kriegst also homogene Gasphase.
Das Problem ist aber, daß ich nicht verstehen kann, wie Du das aus der Verdampfungsenthalpie herausdestillieren sollst. Aus der Freien Verdampfungsenthalpie geht das, aber dazu würde man ja noch die Verdampfungsenthropie brauchen. Oder wird vorausgesetzt, daß Du die auswendig weißt?
Mit Deinem Rechengang kann ich leider nicht viel anfangen.
Ha, jetzt ist mir der Knopf aufgegangen. Du kannst vom bekannten Siedepunkt des Wassers (373 K, 1013 mbar) mit der Verdampfungsenthalpie runterextrapolieren auf T=353 K. Denn Du weißt ja, daß der Dampfdruck p=A*exp(-ΔH/(R·T) ist.
Da kriegt man natürlich nicht den genauen Dampfdruck bei 353 K, aber einen guten Schätzwert.
Die Frage ist recht einfach zu beantworten:
Aus einer Dampftabelle kann man die Dichte von gesättigtem Dampf bei 80°C (=353 K) ermitteln. Daraus kann man errechnen, welche Masse ein Liter dieses Dampfes hätte. Ist diese Masse gleich der zur Verfügung stehenden Wassermenge oder größer, liegt ein Einphasensystem vor, ist mehr Wasser vorhanden, dann ist es ein zweiphasiges Gemisch aus Dampf und flüssigem Wasser.
Reaktionsenthalpie? Es findet doch gar keine Reaktion statt.
Aus 1 Liter (entsprechend 1 kg) Wasser entstehen 1673 Liter Wasserdampf (unter Normalbedingungen), wofür eine Energiezufuhr von 2257 kJ benötigt wird. (Wikipedia)
Für 0,276 g Wasser sind das 0,462 L Wasserdampf unter Normalbedingungen und 0,623 KJ.
Ansonsten sehe ich auch keine Möglichkeit das zu lösen, ich glaube es fehlen weitere Angaben zu der Aufgabe.
Das hat nix mit Reaktionsenthalpie zu tun, weil keine Reaktion stattfindet. Die zum Verdampfen erforderliche Wärme wird durch eine externe Quelle geliefert.
Außerdem liegt immer ein Zweiphasensystem vor. Mit "Einphasensystem" ist gemeint, dass alles Wasser verdampft ist.