Berechnen Sie aus den Daten in Tab. 2.6 im Tabellenteil im Anhang dieses Buchs ΔRH⊖ und ΔRU⊖ bei (i) 298 K und (ii) 378 K für die Reaktion C (s, Graphit) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g). Alle Wärmekapazitäten sollen im betrachteten Temperaturbereich nicht von der Temperatur abhängen.
L2.3.7b Berechnen Sie ΔRH⊖ und ΔRU⊖ bei 298 K und ΔRH⊖ bei 348 K für die Hydrierung von Ethin zu Ethen; verwenden Sie dazu die Verbrennungsenthalpien und Wärmekapazitäten aus den Tab. 2.5 und 2.6 im Tabellenteil im Anhang dieses Buchs). Nehmen Sie die Wärmekapazitäten im betrachteten Temperaturbereich als konstant an.
L2.3.8a Schätzen Sie ΔRH⊖(500 K) für die Reaktion C (s, Graphit) + O2 (g) → CO (g) mithilfe des Wertes für die Standardbildungsenthalpie von CO2 (g) bei 298 K und den Angaben zur Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazitäten in Tab. 2.2 in Abschn. 2.2 ab.
L2.3.8b Schätzen Sie ΔRH⊖(750 K) für die Reaktion N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g) mithilfe des Wertes für die Standardbildungsenthalpie von NH3 (g) bei 298 K und den Angaben zur Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazitäten in Tab. 2.2 in Abschn. 2.2 ab.
Schwerere Aufgaben
S2.3.1 Der Stoffwechsel eines durchschnittlichen Menschen erzeugt täglich 10 MJ Energie. Stellen Sie sich vor, der Körper eines Menschen wäre ein abgeschlossenes System mit einer Masse von 65 kg und der Wärmekapazitätvon Wasser. Um wie viel Grad würde die Temperatur des Systems ansteigen? (Hinweis: In Wirklichkeit ist der menschliche Körper natürlich ein offenes System. Die Wärmeabgabe an die Umgebung findet vor allem durch die Verdampfung von Wasser statt). Welche Masse Wasser muss ein Mensch täglich verdampfen, um seine Körpertemperatur konstant zu halten?
S2.3.2 Sagen Sie voraus, wieviel Energie in Form von Wärme durch die Verbrennung von 1,0 dm3 Octan bei 298 K und 1 bar freigesetzt werden. Die Massendichte von Octan ist 0,703 g cm–3.
S2.3.3 Die Standardverbrennungsenthalpie von Cyclopropan bei 25 °C beträgt –2091 kJ mol–1.
1 (a) Berechnen Sie daraus und unter Verwendung der Bildungsenthalpien von CO2 (g) und H2O (l) die Bildungsenthalpie von Cyclopropan.
2 (b) Berechnen Sie die Enthalpie der Isomerisierung von Cyclopropan zu Propen, wenn die Standardbildungsenthalpie von Propen +20,42 kJ mol–1 beträgt.
S2.3.4 Bestimmen Sie ΔBH⊖ von Diboran, B2H6 (g), bei 298 K aus folgenden Angaben:
1 (1) B2H6 (g) + 3 O2 (g) → 2 B2O3 (s) + 3 H2O(g), ΔRH⊖ = −2036 kJ mol−1
2 (2)
3 (3)
S2.3.5 Eine Probe des Zuckers D-Ribose (C5H10O5) der Masse 0,727 g wurde bei Sauerstoffüberschuss in einem Bombenkalorimeter verbrannt; die Temperatur stieg dabei um 0,910 K. Bei einem zweiten Experiment in derselben Apparatur wurde für die Verbrennung von 0,825 g Benzoesäure ein Temperaturanstieg von 1,940 K gemessen. Berechnen Sie die Innere Energie der Verbrennung sowie die Bildungsenthalpie der D-Ribose. Die Innere Energie der Verbrennung von Benzoesäure ist gegeben mit –3251 kJ mol–1.
S2.3.6 Die Standardbildungsenthalpie des Metallocens Bis(benzol)chrom wurde kalorimetrisch bestimmt. Für die Reaktion Cr(C6H6)2 (s) → Cr (s) + 2 C6H6 (g) ergab sich ΔRU⊖ (583 K) = +8,0 kJ mol–1. Berechnen Sie die zugehörige Reaktionsenthalpie und bestimmen Sie die Standardbildungsenthalpie der Verbindung bei 583 K. Die molare Wärmekapazität bei konstantem Druck von flüssigem Benzol beträgt 136,1 JK–1 mol–1, von gasförmigem Benzol 81,67 JK–1 mol–1.
S2.3.7‡ Seit ihrer Entdeckung im Jahr 1985 erregen Fullerene das Interesse vieler Wissenschaftler. Kolesov et al. beispielsweise untersuchten die die Standardbildungs- und -verbrennungsenthalpie von kristallinem C60 auf der Grundlage kalorimetrischer Messungen (V.P. Kolesov, S.M. Pimenova, V.K. Pavlovich, N.B. Tamm und A.A. Kurskaya, J. Chem. Thermodynamics 28, 1121 (1996)). In einer Versuchsreihe erhielten Sie für den Standardwert der spezifischen Inneren Energie der Verbrennung –36,0334 kJ g–1 bei 298,15 K. Berechnen Sie ΔCH⊖ und ΔBH⊖ von C60.
S2.3.8‡ Silylen (SiH2) ist ein wichtiges Intermediat bei der thermischen Zersetzung von Siliciumwasserstoffen wie Silan (SiH4) und Disilan (Si2H6). Moffat et al. geben für die Standardbildungsenthalpie von Silylen einen Wert von +274 kJ mol–1 an (H.K. Moffat, K.F. Jensen und R.W. Carr, J. Phys. Chem. 95, 145 (1991)). Gegeben sind außerdem ΔBH⊖(SiH4) = +34,3 kJ mol–1 und ΔBH⊖(Si2H6) = +80,3 kJ mol–1 (CRC Handbook of Chemistry and Physics, 2008). Berechnen Sie die Standardenthalpien der folgenden Reaktionen:
1 (a) SiH4 (g) → SiH2 (g) + H2 (g)
2 (b) Si2H6 (g) → SiH2 (g) + SiH4 (g)
S2.3.9 Wie in Aufgabe S2.2.4 erwähnt kann es sinnvoll sein, die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität durch die empirische Beziehung Cp,m = α + βT + γT2 auszudrücken. Schätzen Sie mithilfe dieser Beziehung die Standardverbrennungsenthalpie von Methan zu Kohlendioxid und Wasserdampf bei 500 K ab. Verwenden Sie hierzu die folgenden Daten:
| α/(J K–1 mol–1) | β/(mJ K–2 mol–1) | γ/(μJ K–3 mol–1) | |
| CH4 (g) | 14,16 | 75,5 | –17,99 |
| CO2(g) | 26,86 | 6,97 | –0,82 |
| O2(g) | 25,72 | 12,98 | –3,862 |
| H2O (g) | 30,36 | 9,61 | 1,184 |
S2.3.10 In der folgenden Abb. 2.31 sind Daten aus einem DSC-Experiment mit Lysozym aus Hühnereiweiß gezeigt (G. Privalov et al., Anal. Biochem. 79, 232 (1995)), die (ausgehend von Kalorien) in die Einheit Joule umgerechnet wurden.
1 (a) Bestimmen Sie die Enthalpie für die Entfaltung dieses Proteins, indem Sie die Kurve integrieren.
2 (b) Berechnen Sie die Änderung