Chemie Hausaufgabe so richtig?
Guten Tag, das hier ist meine Chemie Hausaufgabe. Normalerweise bin ich echt gut in Chemie aber hier bin ich ein wenig verwirrt und das Ergebnis fühlt sich nicht richtig an. Könnte jemand schauen ob es so passt oder wenn nicht verbessern? Ich habe hier mal etwas ausführlich geschrieben! Die Aufgabe ist A3
danke
1 Antwort
2 H₂ + CO ⟶ CH₃OH
Nun haben wir c₀(H₂)=0.3 mol/l H₂ im System und suchen die nötige Anfangskonzentration an CO, damit 80% des Wasserstoffs umgesetzt wird.
Den Umsatz der Reaktion nenne ich x. Dann gilt:
- Die Anfangskonzentration c₀(H₂) sinkt zur Gleichgewichtskonzentration c(H₂)=c₀(H₂)−2x für jedes gebildete CH₃OH-Molekül x.
- Die Anfangskonzentration c₀(CO) sinkt zur Gleichgewichtskonzentration c(CO)=c₀(CO)−x für jedes gebildete Molekül CO.
- Die CO-Gleichgewichtskonzentration ist dann x.
- Außerdem soll c(H₂)=⅕⋅c₀(H₂) sein, weil ⅘ bzw. 80% abreagieren sollen. Daher gilt c(H₂) = c₀(H₂)−2x = ⅕ c₀(H₂) bzw. x = ⅖c₀(H₂) = 0.12 mol/l
Man erhält also:
und da wir c̯(H₂) und x bereits als Zahlenwerte kennen, vereinfacht sich das drastisch zu
und das kann man leicht nach c₀ = c₀(CO) auflösen: c₀=47.74 mol/l. Das ist eine Zahl, aber keine besonders plausible — das wären selbst bei Raumtemperatur über 1000 bar Druck.
Also nochmals eine Kontrollrechnung: Wir haben anfangs 0.3 mol/l H₂ und 47.74 mol/l CO im Reaktor. Vom H₂ reagieren 80% also 0.24 mol/l zum CH₃OH, es bleiben im Gleichgewicht 0.06 mol/l H₂ übrig. Die CH₃OH-Konzentration ist 0.12 mol/l (½ Molekül CH₃OH pro verbrauchtem H₂), und deshalb müssen auch 0.12 mol/l des CO wegreagiert haben, es bleiben also 47.74−0.12=47.62 mol/l CO übrig. Daraus rechnen wir uns zur Kontrolle die Gleichgewichtskonstante nochmals aus K = 0.12 / 0.06² / 47.62 = 0.7, das scheint also zu stimmen.
Die Ausbeute beträgt offenbar 80% in Bezug auf H₂ und 0.12/47.74=0.3% in Bezug auf CO. Wenn man aus diesem Beispiel etwas lernen kann, dann nur das folgende: Entweder habe ich mich verrechnet, oder es ist eine grottendämliche Idee, für die Methanolsynthese das CO im Überschuß einzusetzen.
Denk Dir das aber genau durch, ich habe gerade einen Tiefschlag IRL erlitten und bin möglicherweise nicht ganz auf der Höhe.
Nein, Du hast zwei Ausbeuten: Eine bezogen auf H₂ (welcher Anteil des H₂ endet im Produkt) und eine andere bezogen auf CO. Da die erstere Ausbeute Teil der Aufgabenstellung ist, zielt die Frage vermutlich auf die zweitere, aber das muß man eigentlich immer dazusagen.
jetzt verstehe ich, danke für die ganze Hilfe!
Danke für die Hilfe, ich hatte tatsächlich ähnliche Ansätze bei einem anderen Versuch die Aufgabe zu lösen, hab dann aber nicht weiter gemacht weil sich 47,74 einfach nicht plausible angehört hat. Ich habe noch eine Frage: 80% oder 0,24 mol H2 reagieren zu Methanol. Und diese 0,24 mol teile ich durch zwei weil das ja für zwei H2 Moleküle ist aber nur ein Methanol Molekül entsteht? Und dann sind 0,12 mol/L die Konzentration von Methanol. Stimmt das so
Ich stimme allen Deinen Aussagen zu. Und ich habe immer noch nicht verstanden, warum bei der Rechnung so eine Gurke herauskommt.
Dankeschön für die Hilfe. Ich frag nach den Ferien meinen Chemie Lehrer, falls der eine plausible Antwort dafür hat dann gebe ich Bescheid!
c₀ = c₀(CO) auflösen: c₀=47.74 mol/l.
Das war auch mein Rechenergebnis. Das hat mich so verunsichert, dass ich meine Antwort nicht geschrieben habe. Schon blöd, wenn solche Aufgabe in den offiziellen Schulbüchern vorkommen.
Ja, ich habe es zweimal nachgerechnet und bin dann zum Schluß gekommen, daß das Quadrat in der H₂-Konzentration ein guter Grund ist, H₂ im Überschuß zu verwenden und nicht CO.
Ich hätte noch eine Nachfrage, hoffe das stört nicht! Bei der Ausbeute haben wir 80% und 0,3%, kann ich die beiden einfach addieren und sagen die Ausbeute beträgt 80,3% an Methanol? Habe das noch nicht ganz verstanden