Die Entropie: Übungen – Chemie Leistungskurs

A1

Mehr Möglichkeiten?

AFB I

Geben Sie alle Vorgänge an, bei denen die Entropie des Systems zunimmt.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.

Übergänge in Richtung Gas und Lösung vergrößern die Zahl der Mikrozustände; Kondensieren, Gefrieren und die Bildung eines Feststoffs aus Gasen verkleinern sie.

Ansatz: Wo haben die Teilchen danach mehr Anordnungsmöglichkeiten?

Weiter: Aus zwei Gasen wird ein Feststoff: mehr oder weniger Freiheit?

A2

Stimmt's? — Entropie

AFB I

Nennen Sie jeweils, ob die Aussage zutrifft.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.

Aussage 1 von 5

Entropie beantwortet die Frage nach der Richtung, nicht nach dem Tempo.

Ansatz: Denken Sie an S = k·ln W.

Weiter: Nullpunkt der Entropie und Nullpunkt der Bildungsenthalpie sind verschieden festgelegt.

A3

Entropie-Rangliste

AFB I

Ordnen Sie die Stoffe nach steigender Standardentropie.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.

1C (Diamant)

2Cu (s)

3H₂O (l)

4H₂O (g)

5C₃H₈ (g)

Werte in J/(mol·K): Diamant 2,4; Kupfer 33,2; Wasser (l) 70,0; Wasserdampf 188,8; Propan 270,3. Das starre Diamantgitter hat kaum Bewegungsmöglichkeiten.

Ansatz: Erst nach Aggregatzustand sortieren.

Weiter: Bei den Gasen: mehr Atome, mehr Entropie.

A4

Vorzeichen von ΔrS

AFB II

Ordnen Sie die Reaktionen nach dem Vorzeichen der Reaktionsentropie ein.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1ΔrS deutlich > 0

2ΔrS deutlich < 0

3ΔrS ≈ 0

Gasteilchen zählen: entstehen Gase aus Feststoffen oder Flüssigkeiten, ist ΔS stark positiv. Bei gleicher Zahl an Gasteilchen ist ΔS klein (z. B. C + O₂: +3 J/(mol·K)).

Ansatz: Stoffmenge der Gase links und rechts vergleichen.

Weiter: Eine Fällung aus Lösung schränkt die Ionen stark ein.

A5

Ammoniaksynthese

AFB II

\(S^\circ\) in J/(mol·K): \(\ce{N2}\) 191,6; \(\ce{H2}\) 130,7; \(\ce{NH3}\) 192,8. Berechnen Sie \(\Delta_r S^\circ\) für \(\ce{N2 + 3 H2 -> 2 NH3}\).

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.

\(\Delta_r S^\circ = 2\cdot 192{,}8 - (191{,}6 + 3\cdot 130{,}7) = 385{,}6 - 583{,}7 = -198{,}1\,\text{J/(mol}\cdot\text{K)}\). Aus 4 Gasteilchen werden 2 — das Minus war zu erwarten.

Ansatz: Produkte minus Edukte, Koeffizienten beachten.

Weiter: Auch H₂ und N₂ haben S° ≠ 0.

A6

Energiequanten verteilen

AFB II

Ein Modellkristall besteht aus 3 Atomen, auf die sich 3 gleiche Energiequanten verteilen; jedes Atom kann beliebig viele Quanten aufnehmen. Ermitteln Sie die Größen (\(k = 1{,}381\cdot 10^{-23}\,\text{J/K}\)).

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.

Zahl der Mikrozustände \(W\) =
\(S = k\ln W\) = ·10⁻²³ J/K
\(\Delta S\) bei einem 4. Quant = ·10⁻²³ J/K

Verteilungen (3,0,0) ×3, (2,1,0) ×6, (1,1,1) ×1: \(W = 10\). Mit 4 Quanten: (4,0,0) ×3, (3,1,0) ×6, (2,2,0) ×3, (2,1,1) ×3: \(W = 15\). \(\Delta S = k\ln\frac{15}{10} = 0{,}56\cdot 10^{-23}\,\text{J/K}\) — Wärmezufuhr erhöht die Entropie.

Ansatz: Systematisch notieren: (3,0,0), (2,1,0), (1,1,1) — und wie oft kommt jede vor?

Weiter: ΔS = k·ln(W₂/W₁).

A7

Lückentext: Eis schmilzt

AFB II

Erläutern Sie mit den Fachbegriffen, warum Eis bei Raumtemperatur schmilzt.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Im Eiskristall sitzen die Moleküle auf festen Gitterplätzen — es gibt nur wenige . Beim Schmelzen können sich die Moleküle gegeneinander verschieben, die Zahl der Anordnungen und damit die . Das Schmelzen ist und braucht Wärme aus der Umgebung, läuft oberhalb von 0 °C aber trotzdem ab.

„exotherm“ passt nicht: Zum Aufbrechen der Wasserstoffbrücken im Gitter muss Energie zugeführt werden.

Ansatz: Was ändert sich an der Beweglichkeit der Moleküle?

Weiter: Schmelzen kostet Energie.

A8

Fehlersuche im Lernzettel

AFB III

Überprüfen Sie den Lernzettel und markieren Sie die falschen Zeilen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.

Zeile 4 ist die gefährlichste Falle: Der 2. Hauptsatz gilt für isolierte Systeme — also System plus Umgebung.

Ansatz: Formel, Nullpunkt und Gültigkeit des 2. Hauptsatzes prüfen.

Weiter: Drei Zeilen sind falsch.

A9

Mix: Energie, Entropie, Hemmung

AFB III

Entscheiden Sie mit 1.2.4 und 1.3.1 für jeden Vorgang, welche Aussagen zutreffen.

Setze alle zutreffenden Kreuze — in manchen Zeilen passen mehrere. Enter setzt und löscht.

Vorgang	ΔH < 0	ΔS > 0	gehemmt
Ammoniumnitrat löst sich in Wasser
Magnesiumband verbrennt zu MgO
Glucose verbrennt zu CO₂ und H₂O(g)
Thermitreaktion: Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe

Magnesium, Thermit und Glucose sind exotherm, starten aber erst nach Zündung (gehemmt). Nur bei Glucose steigt zusätzlich die Entropie (6 Gasteilchen werden zu 12); bei Mg und Thermit entstehen Feststoffe. Ammoniumnitrat löst sich endotherm und ungehemmt, getrieben durch die Entropie.

Ansatz: Endotherm, aber freiwillig — was treibt das Lösen an?

Weiter: Gasteilchen vor und nach der Verbrennung zählen.

A10

Trickaufgabe: Eis entsteht freiwillig

AFB III

Unterkühltes Wasser gefriert bei −10 °C schlagartig und von selbst. Beurteilen Sie, welche Aussagen zutreffen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.

Die Falle: ΔS des Systems allein entscheidet nicht. Beim Gefrieren wird Wärme frei; die Entropiezunahme der Umgebung überwiegt die Abnahme im Wasser — die Gesamtentropie steigt (quantitativ in 1.4.2).

Ansatz: Wo landet die Erstarrungswärme?

Weiter: Der 2. Hauptsatz gilt für System und Umgebung zusammen.

Übungen: Die Entropie

Übungsaufgaben