Rekationsenthalpie berechnen
Hallo! Ich habe mich an folgender Aufgabe versucht und würde gerne wissen, ob ich sie richtig gelöst habe:
Benzol (C6H6, l) wird mit Sauerstoff (g) zu CO2 (g) und H2O (l) vebrannt. Bei der Verbrennung von 2,000 g Benzol wird eine Wärmeenergie von 82,68 kJ freigesetzt.
a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung.
Die habe ich so formuliert: 2 C6H6 + 15 O2 --> 12 CO2 + 6H2O
b) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie, die zur Reaktiongleichung aus a) gehört.
Da habe ich mir zuerst die Standardreaktionsenthalpien aus einer Formelsammlung rausgesucht:
C6H6 = +49 kJ/mol
O2 = 0 kJ/mol
CO2 = -393,51 kJ/mol
H2O= -286 kJ/mol
Und dann habe ich die so zusammengerechnet:
2 * 49 kJ/mol +15 * 0 kJ/mol = 98 kJ/mol
12 * (-393,51) kJ/mol + 6 * (-286) kJ/mol = -6438,12 kJ/mol
Und dann die Reaktionsenthalpie:
Delta H = -6438,12 kJ/mol - 98 kJ/mol = -6536,12 kJ/mol
c) Ist die Reaktion exotherm oder endotherm? Woran erkennen Sie das?
Ich würde sagen, die Reakion ist exotherm, das das Vorzeichen meiner Reaktionenthalpie negativ ist.
3 Antworten
Du hast zwei Fehler in Deiner Berechnung:
a) Die Reaktionsenthalpie ΔHR° hat nicht die Einheit 1 kJ/mol sondern 1 kJ. Du darfst das nicht verwechseln mit der Standardbildungsenthalpie. Diese wird auf n = 1 mol des Stoffes bezogen und hat die Einheit 1 kJ/mol.
Nun zu Deiner Aufgabe:
Und dann habe ich die so zusammengerechnet:
2 * 49 kJ/mol +15 * 0 kJ/mol = 98 kJ/mol
Es muss aber richtig heißen:
Und dann habe ich die so zusammengerechnet:
2 mol * 49 kJ/mol +15 mol * 0 kJ/mol = 98 kJ
Dies gilt auch für die weiteren Rechenteile.
b) Nun kommt Dein zweiter Fehler:
Es ist
ΔHR° = ΣΔHf°(Produkte) - ΣΔHf°(Edukte)
Meine Lösung: ΔHR° = -6438,12 kJ - 98 kJ = -6536,12 kJ
Die Reaktionsenthalpie ΔHR° hat nicht die Einheit 1 kJ/mol sondern 1 kJ
Ich glaube, daß Du Dich da irrst (oder ich habe wieder mal einen IUPAC-Update verschlafen).
Klar ist, daß die gemessene Reaktionsenergie (-enthalpie, whatever) extensiv ist und daher in kJ angegeben werden muß. Wenn man 2 Gramm verbrennt, kriegt man ja nur halb soviel Energie wie wenn man 4 Gramm verbrennt.
Aber bei einer abstrakten Reaktionsenergie, die nicht einer Messung (an einer konkreten Stoffportion) sondern einer Reaktionsgleichung zugeordnet ist, sieht das anders aus:
2 C₆H₆ + 15 O₂ ⟶ 12 CO₂ + 6 H₂O, ΔHr=−6556 kJ/mol
(den Zahlenwert habe ich im Internet ergoogelt)
Was heißt jetzt das „mol“? Formelumsatz! Ein Mol kann ja nicht nur aus mehr oder minder echten Teilchen bestehen, sondern auch aus Teilen oder Vielfachen („Äquivalentteilchen“) davon. Ich kann also auch sowas sagen wie M(½H₂SO₄)=49 g/mol, oder „Die Stoffmenge von 2H₂O in 18 g Wasser beträgt 0.5 mol“.
In dem Fall heißt also das „mol“ wahlweise 2 mol Benzol oder 15 mol Sauerstoff als Edukt oder 12 mol CO₂ oder 6 mol H₂O als Produkt. Oder, wenn Du willst, je ein Mol von 2C₆H₆, 15O₂ etc.
Du schreibst ja selbst
ΔHR° = ΣΔHf°(Produkte) - ΣΔHf°(Edukte)
und daraus folgt, daß ΔHf und ΔHr dieselbe Einheit haben müssen (die stöchiometrischen Koeffizienten sind ja dimensionslos, sonst könnten sie auch nicht im Exponenten des MWG auftauchen).
Eine IUPAC-Quelle habe ich auf die Schnelle nicht gefunden, aber die deutsche Wikipedia schreibt ohne Quellenangabe:
In der Chemie wird meistens die molare Reaktionsenthalpie verwendet, bei der die Reaktionsenthalpie auf die Stoffmengen der zugrundegelegten Reaktionsgleichung (vgl. Umsatzvariable und Formelumsatz) bezogen wird. Die Einheit der molaren Reaktionsenthalpie ist dementsprechend Joule pro Mol .
Lege dieses Ergebnis Deiner Reaktionsgleichung zugrunde.
Wenn die Zusatzfrage heißen würde: "Welche Energie wird frei, wenn man n(Benzol) = 1 mol verbrennt?", dann ist dies ΔHR°(Benzol, wenn n = 1 mol) = 0,5 ΔHR°. So meinte es auch indiachinacook (meine ich wenigstens).
Bedenke aber, das dies nicht die molare Standardbildungsenthalpie von Benzol ist. Du siehst es auch daran, dass noch immer nicht die Einheit kJ/mol auftaucht, sondern immer noch kJ.
Man könnte auch fragen wie groß die Bildungsenthalpie von n(Kohlenstoffdioxid) = 1 mol bei dieser Reaktion ist. Dann wäre das Ergebnis ΔHB°(Kohlenstoffdioxid) = ΔHR° : 12.
Also Reaktionsgleichung sieht ganz gut aus, auch wenn du sie theoretisch noch mit 2 kürzen kannst.
Bei den Enthalpien musst du für das Benzol glaube ich die Verbrennungsenthalpie nehmen und die ist H=-3268 kJ/mol
Dann kriegst du für Delta H = -6436,8 kJ/mol + 6515,2 kJ/mol = 78,4 kJ/mol
Damit ist die Reaktion nicht exotherm sondern endotherm.
Danke für die schnelle Antwort! Aber ich verstehe nicht, wie du auf diese positive Reaktionsenthalpie kommst, also die Reaktion endotherm sein soll. Steht ja schon in der Aufgabe, dass Wärme frei wird, also muss sie ja exotherm sein, oder?!
Reaktionsenthalpie wird immer gleich berechnet.
Delta H = H_Produkte - H_Edukte
in diesem Fall ist das
Delta H = 6 mol *(-285,8 kJ/mol) + 12*(-393,5 kJ/mol) - 2*(-3257,6 kJ/mol) = -6436,8 kJ - (-6515,2 kJ) = 78,4 kJ
Sorry, aber da liegst Du ziemlich daneben. Das hätte durchaus auffallen können, denn daß Benzol heiß brennt, ist ja wohl Allgemeinwissen.
Delta H = 6 mol *(-285,8 kJ/mol) + 12*(-393,5 kJ/mol) - 2*(-3257,6 kJ/mol) = -6436,8 kJ - (-6515,2 kJ) = 78,4 kJ
Du legst offenbar die folgende Gleichung zugrunde:
2 C₆H₆ + 15 O₂ ⟶ 12 CO₃ + 6 H₂O
Die Standardbildungsenthalpien ΔHf sind für H₂O −285.8 kJ/mol, für CO₂ −393.5 kJ/mol und für Benzol — die Spannung steigt — +49.2 kJ/mol.
In Deiner Rechnung hast Du die Standardbildungsenthalpien ΔHf von H₂O und CO₂ mit der Verbrennungsenthalpie ΔHc von C₆H₆ verwurstet. Man kann Reaktionsenergien wahlweise aus ΔHf oder aus ΔHc berechnen, aber nicht aus einer Mischung davon.
Danke für die Aufklärung :)
Ist schon eine Weile her, dass ich sowas gerechnet habe und ich dachte ich kann OP vll helfen.
Beim Ergebnis hätte mir durchaus was auffallen sollen, da hast du wohl recht... Ist wohl noch nicht so mein Tag heute :/
Ich glaube, das ist zwar richtig (ich habe die Zahlen nicht nachgeprüft, sieht aber vernünftig aus, und das Ergebnis stimmt). Aber es ist wohl nicht das, was gefordert war.
Wahrscheinlich war die Frage so gemeint, daß Du aus der gemessenen Enthalpie die Enthalpie pro Mol ausrechnen sollst, also simpel die Verbrennungsenthalpie auf ein Mol (=78.18 g) umrechnen. Dann kriegst Du −3229 kJ/mol.
Das ist genau die Hälfte von dem, was Du berechnet hast. Weil in Deiner Reaktion zwei Mol C₆H₆ vorkommen, während man die Verbrennungsenthalpie sinnvollerweise pro Mol Substanz angibt. D.h., man wählt die Reaktionsgleichung mit gebrochenen Koeffizienten.
C₆H₆ + 7½ O₂ ⟶ 3 CO₃ + 3 H₂O
Und die Reaktion ist natürlich exotherm, weil Wärme freigesetzt wird.
Vielen Dank für die schnelle Antwort! Ich hätte da dann noch eine Frage: und zwar ist ja in der Aufgabe ja von 2 g Benzol die rede. Muss man das auch noch irgendwie miteinberechnen? Oder steht das da nur, um mich zu verwirren?
Natürlich mußt Du das. Lt. Angabe ergeben 2 g Benzol −82.68 kJ Reaktionsenthalpie. Die molare Masse von Benzol ist 78.11 g/mol. Daher liefert ein Mol Benzol beim Verbrennen −82.68/2*78.11=3229 kJ.
Die Verbrennungsenthalpie von Benzol ist also −3229 kJ/mol. Aufgabe Ende (vermute ich zumindest).
Du hast dasselbe Resultat (nur mit Faktor Zwei, wegen anderer Wahl bei der Reaktionsgleichung) aus Tabellendaten berechnet, und dabei die Angabe elegant ignoriert.
Ok, danke, also soll ich jetzt doch meine Reaktionsgleichung zu grunde legen? Weil indiachinacook ja meinte, ich soll das auf 1 mol Benzol beziehen?