Hin und zurück — oder nur hin? Entscheidend sind das Gefäß, die Bedingungen und das Vorzeichen.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Die Fachbegriffe
AFB I
Beschreiben Sie, was eine umkehrbare Reaktion ausmacht, indem Sie den Lückentext vervollständigen. Ein Wort bleibt übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Bei einer umkehrbaren Reaktion führt die von den Edukten zu den Produkten, die von den Produkten zurück zu den Edukten. In der Gleichung steht dafür ein . In einem Gefäß können die Produkte zurückreagieren, der Umsatz bleibt .
„Katalysator“ bleibt übrig — er beschleunigt Reaktionen, entscheidet aber nicht darüber, ob sie umkehrbar sind.
„Hin“ heißt: von links nach rechts in der Gleichung.
Offen: Produkte können entweichen. Geschlossen: Sie bleiben da.
A2
Hin und zurück
AFB I
Ordnen Sie jedem Vorgang den Vorgang zu, der ihn umkehrt.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
In jedem Paar läuft die energieaufwendige Richtung nur mit Energiezufuhr (Strom, Hitze, Licht). Bei Fotosynthese und Zellatmung sind nur die Summengleichungen umgekehrt — die Zwischenschritte in der Zelle sind verschieden.
Suchen Sie jeweils Edukte und Produkte — in der Umkehrung tauschen sie die Rollen.
Die Richtung, die Energie liefert, braucht keinen Strom und kein Licht.
A3
Pfeile und Vorzeichen
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussagen zutreffen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Doppelpfeil, entgegengesetztes Vorzeichen von ΔrH und die Rolle des offenen oder geschlossenen Systems — das sind die Kernpunkte dieses Unterkapitels.
Denken Sie an ΔrH(rück) = −ΔrH(hin).
Was bedeutet „praktisch nicht umkehrbar“ genau?
A4
Gips abbinden
MixAFB II
Gebrannter Gips (Halbhydrat) bindet mit Wasser ab: \(\ce{CaSO4 * 1/2 H2O(s) + 3/2 H2O(l) -> CaSO4 * 2 H2O(s)}\). \(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): Halbhydrat \(-1576{,}7\); Dihydrat \(-2022{,}6\); \(\ce{H2O(l)}\) \(-285{,}8\). Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie des Abbindens und des Entwässerns (Rückreaktion).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
\(\sum\Delta_f H^\circ\) der Produkte\(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
\(\sum\Delta_f H^\circ\) der Edukte\(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
Edukte: \(-1576{,}7 + 1{,}5\cdot(-285{,}8) = -2005{,}4\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). \(\Delta_r H^\circ = -2022{,}6 - (-2005{,}4) = -17{,}2\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): Gips wird beim Abbinden spürbar warm. Das Entwässern beim Brennen verlangt dieselbe Energie: \(+17{,}2\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) (mit flüssigem Wasser gerechnet).
\(\Delta_r H^\circ = \sum\Delta_f H^\circ(\text{Produkte}) - \sum\Delta_f H^\circ(\text{Edukte})\) — wie in 1.2.3.
Das Wasser zählt mit dem Faktor 1,5.
A5
Wie weit läuft es?
AFB II
Ordnen Sie die Vorgänge ein.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1vollständiger Umsatz — ein Produkt entweicht
2unvollständiger Umsatz — geschlossenes System
3praktisch nicht umkehrbar
Dieselbe Reaktion (Natron erhitzen) kann vollständig oder unvollständig ablaufen — es kommt darauf an, ob die Produkte entweichen. Verbrennen und Verkohlen lassen sich dagegen unter üblichen Bedingungen nicht umkehren.
Prüfen Sie: Kann ein Produkt entweichen? Ist die Rückreaktion überhaupt beobachtbar?
Zwei Vorgänge erscheinen mit demselben Stoff in verschiedenen Körben.
A6
Eisen und Wasserdampf
AFB II
Erhitzt man Eisen mit Wasserdampf in einem verschlossenen Rohr, entstehen Eisen(II,III)-oxid Fe₃O₄ und Wasserstoff — aber nicht vollständig. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf.
Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
\(\ce{3 Fe + 4 H2O <=> Fe3O4 + 4 H2}\). Der Doppelpfeil ist nötig, weil im geschlossenen Rohr Wasserstoff das Oxid wieder zu Eisen reduzieren kann. Ausgleichen: 4 O-Atome im Oxid verlangen 4 Wassermoleküle, deren 8 H-Atome 4 Wasserstoffmoleküle ergeben.
Beginnen Sie mit dem Sauerstoff: Wie viele O-Atome enthält Fe₃O₄?
Unvollständiger Umsatz im geschlossenen Rohr — welcher Pfeil passt?
A7
Umsatz im verschlossenen Rohr
AFB II
In drei Versuchen wird Eisen (im Überschuss) mit Wasserdampf in einem verschlossenen Rohr erhitzt: \(\ce{3 Fe + 4 H2O <=> Fe3O4 + 4 H2}\). Ermitteln Sie jeweils die verbliebene Stoffmenge Wasser und den Umsatz des Wassers.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Versuch
\(n(\ce{H2O})\) am Ende in mol
Umsatz in %
1: 0,40 mol H₂O eingesetzt, 0,24 mol H₂ entstanden
2: 0,80 mol H₂O eingesetzt, 0,48 mol H₂ entstanden
Je 4 mol Wasser entstehen 4 mol Wasserstoff — die verbrauchte Wassermenge ist gleich der entstandenen Wasserstoffmenge. Auffällig: Bei gleicher Temperatur ist der Umsatz gleich, auch bei doppelter Wassermenge. Mit der Temperatur ändert er sich — dazu mehr in 2.2.2 bis 2.3.2.
In einem verschlossenen Stahlgefäß werden 0,10 mol Natron erhitzt: \(\ce{2 NaHCO3 <=> Na2CO3 + H2O + CO2}\). Am Ende enthält das Gefäß 0,030 mol Kohlenstoffdioxid. Bestimmen Sie den Umsatz des Natrons in Prozent.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
%
Pro mol \(\ce{CO2}\) werden 2 mol \(\ce{NaHCO3}\) verbraucht: \(0{,}060\,\mathrm{mol}\) von \(0{,}10\,\mathrm{mol}\), also 60 %. Die Falle „30 %“ übersieht den Koeffizienten 2. Im offenen Reagenzglas wären es 100 % gewesen.
Wie viele Natron-Teilchen braucht man für ein CO₂-Molekül?
Ein Referat über umkehrbare Reaktionen enthält Fehler. Überprüfen Sie die sechs Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler: Vorzeichen der Reaktionsenthalpie, Rolle des offenen Systems und die Vorstellung eines festen Umsatzes von 50 %.
Prüfen Sie Vorzeichen, Systemart und Umsatz.
Drei Aussagen sind falsch.
A10
Offenes Rohr, voller Umsatz
AFB III
Leitet man ständig frischen Wasserdampf durch ein offenes Rohr über glühendes Eisen, reagiert das Eisen vollständig zu Fe₃O₄ — im verschlossenen Rohr nicht. Begründen Sie diesen Unterschied, indem Sie alle zutreffenden Aussagen auswählen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Das offene Rohr entfernt ein Produkt und liefert ständig Edukt nach — die Rückreaktion hat keine Chance. Die Reaktionsenthalpie und die Aktivierungsenergie sind Eigenschaften der Reaktion und hängen nicht davon ab, ob das Rohr offen ist.
Was passiert mit dem Wasserstoff im offenen Rohr?
ΔrH und E_A hängen nicht von der Bauart der Apparatur ab.
