Elemente und Moleküle, Maturatraining

39 Bücher: „Elemente“ – Seiten 50–60, 100–101 „ELMO“ – Seiten 40–49, 82–83 Wichtige Begriffe: Enthalpie, Entropie, Standardbildungsenthalpie, exergon – endergon, freie Reaktionsenthalpie, Gibbs- Helmholtz-Gleichung, Katalysator, Reaktionsgeschwindigkeit Lösungen der Fragen und Aufgaben: el: Elemente, mo: Moleküle, elmo: 1. 3 H 2 + N 2 2 NH 3 2. 0,176 t H 2 und 0,823 t N 2 3. el–S 50, 53, 54 4. ∆H R ° = –92 kJ; ∆S R ° = –201 J . K –1 5. 25 °C: rechts; 500 °C: links 6. schlechte Ausbeute, höhere Geschwindigkeit 7. Ammoniak entfernen, Druck erhöhen 8. el–S–59; elmo–S–49 9. hohe Temperatur, Katalysator, el–S–55; elmo–S–46 Aufgabe 15 Hast du HNO 3 , dann kannst du es knallen lassen Fragestellung: Erst mit der Entwicklung von Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure standen genügend Ausgangs- stoffe für die Produktion von Spreng- und Düngemitteln zur Verfügung. Bis dahin waren die beiden Stoffgruppen Konkur- renten um die notwendigen Rohstoffe. Eines der wichtigen großtechnischen Verfahren ist die Synthese von Salpetersäure, HNO 3 . Salpetersäure ist Ausgangsstoff für die Herstellung von Düngemitteln, Sprengstoffen, Farbstoffen, Medikamenten, Kunststoffen und Hilfschemikalie für sehr viele wichtige chemische Reaktionen. Die Synthese von HNO 3 geht wiederum von einer anderen grundlegenden Chemikalie, dem Ammoniak, der aus dem Haber- Bosch-Verfahren kommt, aus. Dabei wird im sogenannten Ostwald-Verfahren, benannt nach Wilhelm Ostwald (1853–1932) Ammoniak mit Sauerstoff aus der Luft zu Stickstoffoxid NO und Wasser in Anwesenheit eines Katalysators oxidiert. In weite- ren Prozessen wird NO mit Luft zu NO 2 und dieses dann weiter mit Luft und Wasser zu HNO 3 umgesetzt. TRA Fragen und Aufgaben: 1. Stelle abgestimmte Reaktionsgleichungen für diese Vorgänge auf. 2. Welche Massen an Ammoniak sind für die Synthese von 1,0 t HNO 3 notwendig, wenn man davon ausgeht, dass ein 100%iger Umsatz stattfindet? Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den Stoffen ein, das auf Seiten des gewünschten Produktes liegt. Beweisen Sie dies rechnerisch. Benutzen Sie für die folgenden Berechnungen die Tabellenwerte und die gegebenen Formeln. Die Enthalpieänderungen und die Entropieänderungen der Reaktion sollen als temperaturunabhängig angenommen werden. 3. Was versteht man unter ∆H o R , ∆S o R und ∆G o R einer Reaktion? 4. Berechnen Sie die in 3. genannten Größen für 800 °C. 5. Wo liegt das Gleichgewicht der Synthesereaktion bei 800 °C? Beweisen Sie durch Berechnung der Gleichge- wichtskonstanten. 6. Hier ist eine schematische Abbildung des Ostwald-Verfahrens gegeben. Welche Rolle spielt das Platinnetz? Erkläre im Zusammenhang mit der folgenden Gleichung: PRO REP TRA TRA TRA ∆ G R o = ∆ H R o – T ⋅ ∆ S R o = –R ⋅ TlnK k = A ⋅ e – E A R ⋅ T O 2 –46 0 90,3 –242 189 192 205 211 NH 3 NO ∆H o B (kJ • mol –1 ) S o 298 (J • mol –1 • K –2 ) H 2 O (g) R = 8,314 J·mol –1 ·K –1 Info-Box – Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv