Kann mir jemand bei diesem Blatt in Chemie helfen?
Wir haben dieses Blatt bekommen und verstehen nichts.
2 Antworten
Es geht bei allen abgebildeten Reaktionen um Gleichgewichtsreaktionen. Im Prinzip lassen sich all die angewandten Reaktionsschritte und vor allem die Reaktionsbedingungen, die ihr diskutieren sollst, auf die Verschiebung des Gleichgewichtes mithilfe von Druck- oder Temperaturerhöhung herunterbrechen. Das wäre zumindest meine Interpretation der Aufgabe.
Moin,
ja, klar...
zu a)
Die Reaktion der Ammoniakverbrennung verläuft stark exotherm, das heißt, dabei wird Energie freigesetzt (–906 kJ/mol). Nach dem Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs) würde also eine Temperaturverringerung die Seite des Gleichgewichts begünstigen, die Energie freisetzt. In diesem Fall also die (erwünschte) Hinreaktion. Das Problem ist aber, dass Ammoniak mit Sauerstoff auch in Nebenreaktionen ohne Katalysator zu unerwünschten Produkten führt.
Da ist zunächst die Bildung von elementarem Stickstoff zu nennen:
4 NH3 (g) + 3 O2 (g) ---><--- 2 N2 (g) + 6 H2O (g)
sowie die Bildung von Distickstoffmonoxid:
4 NH3 (g) + 4 O2 (g) ---><--- 2 N2O (g) + 6 H2O (g)
Auch diese Nebenreaktionen verlaufen exotherm, setzen aber (zumindest im ersten Fall) nicht ganz so viel Energie frei (denke ich).
Auf jeden Fall kann man mit der hohen Temperatur zwischen 800 und 900° C und einem niedrigerem Druck die unerwünschten Nebenreaktionen weitestgehend unterbinden, wobei die hohe Temperatur die erste Nebenreaktion zurückdrängt und der niedrige Druck auf jeden Fall die zweite.
zu b)
Bei dem Verfahren werden Platin-Rhodium-Katalysatoren eingesetzt. Bemerkenswert daran ist, dass die Stoffe während der Reaktion zum erwünschten Produkt Stickstoffmonoxid (NO) nur Bruchteile von Sekunden mit dem Katalysator in Berührung kommen dürfen, weil es sonst wieder zu einem unerwünschten Zerfall des bei diesen Temperaturen instabilen Stickstoffmonoxids in Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) kommen würde. Deshalb wird das Produkt Stickstoffmonoxid gleich nach der Bildung auf 50° C abgekühlt... Krasse Technik, oder?!
zu c)
Distickstofftetroxid (N2O4) steht in einem Gleichgewicht mit Stickstoffdioxid (NO2), wobei die Lage des Gleichgewichts leicht auf der Seite des Distickstofftetroxids liegt (exotherme Reaktion). Da Nichtmetalloxide die Eigenschaft haben, sich mit Wasser zu Säuren zu vereinigen, entziehst du im Grunde diesem Gleichgewicht ständig eine Komponente, nämlich das Distickstofftetroxid. Darum verbindet sich nicht nur mehr Stickstoffdioxid zu Distickstofftetroxid (2. Gleichung im 2. Schritt), sondern es wird auch die Bildung von mehr Stickstoffdioxid aus Stickstoffmonoxid und Sauerstoff gefördert (1. Gleichung im 2. Schritt), weil das entstehende Stickstoffdioxid ja gleich weiter zu Distickstofftetroxid dimerisiert.
zu d)
Das ist logisch. Die Verbrennung von Ammoniak zu Stickstoffmonoxid erfolgt in der Gasphase. Laut Reaktionsgleichung gibt es auf der linken Seite 9 Gasteilchen (4 NH3 + 5 O2), aber auf der rechten Seite 10 (4 NO + 6 H2O)! Eine Druckerhöhung würde also nach dem Prinzip von Le Chatelier die Seite begünstigen, auf der es weniger Teilchen im Gasraum gibt, hier also die (unerwünschte) linke Seite. Darum findet diese Reaktion - im Gegenteil - bei einem niedrigeren Druck statt!
Die Reaktionen im 2. Schritt finden ebenfalls beide in der Gasphase statt. Auch hier kann man also mit Hilfe des Drucks die Lage von Gleichgewichten verschieben. In der ersten Teilreaktion sind auf der linken Seite drei Gasteilchen zu finden (2 NO + O2), auf der rechten Seite nur zwei (2 NO2). Deshalb führt hier eine Druckerhöhung zur Bevorzugen der Hinreaktion, also zur Bildung von Stickstoffdioxid (NO2). Ähnlich ist es auch bei der zweiten Teilreaktion. Hier reagieren zwei Gasteilchen (2 NO2) zu einem Gasteilchen (N2O4). Die Druckerhöhung begünstigt also die (erwünschte) Bildung von Distickstofftetroxid.
Im 3. Schritt befinden sich nicht mehr alle Teilchen im gasförmigen Zustand. Deshalb hat eine Druckerhöhung auf das Wasser oder die Säure keinen direkten Einfluss. Aber ein größerer Druck verhilft dazu, dass die Gasteilchen Sauerstoff und Distickstofftetroxid sich eher im Wasser lösen, wo es dann zur Vereinigung zur Salpetersäure kommt. Deshalb wird der Druck im ersten Schritt verringert, während er im 2. und 3. Schritt erhöht wird. Alles klar?
LG von der Waterkant