Eine Tabelle, ein Nullpunkt, viele Verbindungen: Wie weit liegt ein Stoff energetisch unter oder über seinen Elementen?
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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
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I
Geben Sie für jede Aussage an, ob sie stimmt.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Drei Merkmale machen eine Bildungsgleichung aus: genau 1 mol Produkt, nur Elemente als Edukte, alle Stoffe im Standardzustand (25 °C, 1013 hPa, stabilste Form).
Denken Sie an die drei Bedingungen einer Bildungsgleichung.
Der Aggregatzustand gehört zur Stoffangabe dazu.
A2
Die passende Bildungsgleichung
AFB I
Ordnen Sie jeder Verbindung ihre Bildungsgleichung zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Rechts steht immer genau 1 mol der Verbindung. Bruchzahlen sind in Bildungsgleichungen ausdrücklich erlaubt — sie sind der Preis für den einheitlichen Bezug auf 1 mol Produkt.
Suchen Sie rechts in jeder Gleichung das Produkt.
Kohlenstoff im Standardzustand ist Graphit, geschrieben als C(s).
A3
Bildungsgleichung oder nicht?
AFB I
Nennen Sie alle Gleichungen, deren Reaktionsenthalpie zugleich eine Standard-Bildungsenthalpie ist.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Gleichung mit 2 mol Wasser liefert den doppelten Wert von \(\Delta_f H^\circ\). Bei den beiden letzten Gleichungen ist ein Edukt bereits eine Verbindung — ihre Reaktionsenthalpien sind gewöhnliche Reaktionsenthalpien.
Prüfen Sie: Nur Elemente links? Genau 1 mol rechts?
Zwei Gleichungen enthalten links eine Verbindung.
A4
Bildungsgleichung von Ethanol
AFB II
Stellen Sie die Bildungsgleichung für flüssiges Ethanol 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.
Ein Ethanolmolekül enthält 2 C-, 6 H- und 1 O-Atom. Wasserstoff und Sauerstoff treten als zweiatomige Moleküle auf: 3 H₂ und ½ O₂. Freie H-Atome sind nicht der Standardzustand, und Wasser ist kein Element.
Zählen Sie die Atome in \(\ce{C2H5OH}\).
Elemente im Standardzustand: C(s), H₂(g), O₂(g).
A5
Je 100 g Verbindung
AFB II
Berechnen Sie die Wärme, die bei der Bildung von je 100 g der Verbindung aus den Elementen frei wird (Beträge in kJ).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Verbindung
\(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
\(M\) in \(\mathrm{g\,mol^{-1}}\)
frei werdende Wärme in kJ
\(\ce{NH3(g)}\)
−46,1
17,03
\(\ce{H2O(l)}\)
−285,8
18,02
\(\ce{CO2(g)}\)
−393,5
44,01
Rechenweg: \(n = 100\,\mathrm{g}/M\), dann \(|Q| = n\cdot|\Delta_f H^\circ|\). Pro Mol liegt \(\ce{CO2}\) vorn, pro Gramm Wasser — kleine Moleküle bringen viele Mol pro 100 g.
Zuerst die Stoffmenge in 100 g bestimmen.
Wasser: \(100/18{,}02 = 5{,}55\,\mathrm{mol}\).
A6
Pro Gramm verglichen
AFB II
\(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): \(\ce{H2O(l)}\) −285,8; \(\ce{CO2}\) −393,5; \(\ce{CO}\) −110,5; \(\ce{NH3}\) −46,1; \(\ce{NO}\) +91,3. Vergleichen Sie die Verbindungen hinsichtlich der Wärme, die bei der Bildung von 1 g Verbindung frei wird — die größte oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1H₂O(l)
2CO₂(g)
3CO(g)
4NH₃(g)
5NO(g)
Pro Gramm: Wasser 15,9 kJ, \(\ce{CO2}\) 8,94 kJ, \(\ce{CO}\) 3,95 kJ, \(\ce{NH3}\) 2,71 kJ; bei \(\ce{NO}\) wird keine Wärme frei, sondern 3,04 kJ/g aufgenommen. Die Reihenfolge pro Gramm weicht von der pro Mol ab (dort läge \(\ce{CO2}\) vorn).
Teilen Sie \(|\Delta_f H^\circ|\) durch die molare Masse.
Ein positives \(\Delta_f H^\circ\) gehört ganz nach unten.
A7
Magnesium im Kalorimeter
MixAFB II
0,48 g Magnesium verbrennen vollständig zu Magnesiumoxid, \(\Delta_f H^\circ(\ce{MgO}) = -601{,}7\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Die gesamte Wärme wird von 500 g Wasser aufgenommen. Ermitteln Sie die Temperaturerhöhung (\(M(\ce{Mg}) = 24{,}31\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\), \(c = 4{,}19\,\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}\)).
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.
Stoffmenge \(n(\ce{Mg})\)mol
frei werdende Wärme (Betrag)kJ
Temperaturerhöhung des WassersK
Die Verbrennung von Magnesium ist zugleich die Bildungsreaktion von \(\ce{MgO}\), also \(\Delta_r H = \Delta_f H^\circ\). \(|Q| = 0{,}0197\,\mathrm{mol}\cdot601{,}7\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}} = 11{,}9\,\mathrm{kJ}\); \(\Delta T = 11\,900\,\mathrm{J}/(4{,}19\cdot500)\,\mathrm{J\,K^{-1}} \approx 5{,}7\,\mathrm{K}\).
\(\ce{Mg + 1/2 O2 -> MgO}\) ist eine Bildungsgleichung.
Kalorimetrie rückwärts: \(\Delta T = Q/(c\cdot m)\).
A8
Trickaufgabe: Ein Mol Sauerstoff
TrickAFB III
1,0 mol Sauerstoff reagiert vollständig mit Wasserstoff zu flüssigem Wasser. Bestimmen Sie den Betrag der frei werdenden Wärme (\(\Delta_f H^\circ(\ce{H2O,l}) = -285{,}8\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)).
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
kJ
Aus 1 mol \(\ce{O2}\) entstehen 2 mol Wasser: \(2\cdot285{,}8\,\mathrm{kJ} = 571{,}6\,\mathrm{kJ}\). Die Falle: \(\Delta_f H^\circ\) bezieht sich auf 1 mol Produkt, nicht auf 1 mol eines Edukts.
Wie viel Wasser entsteht aus 1 mol \(\ce{O2}\)?
\(\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}\).
A9
Fehlersuche im Heft
AFB III
Sechs Sätze aus einem Heft — drei davon sind falsch. Überprüfen Sie die Aussagen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die Zerlegung ist die Umkehrung der Bildung — das Vorzeichen wechselt. Dieser Fehler taucht beim Rechnen mit Tabellenwerten besonders oft auf.
Ein Fehler betrifft den Aggregatzustand, zwei betreffen Vorzeichen.
Umkehren einer Reaktion kehrt das Vorzeichen von \(\Delta H\) um.
A10
Was verrät ΔfH° — und was nicht?
AFB III
Bewerten Sie jede Aussage anhand der Standard-Bildungsenthalpien (\(\ce{C2H2}\) +226,7; \(\ce{NO}\) +91,3; \(\ce{NH3}\) −46,1; \(\ce{CO}\) −110,5; \(\ce{CO2}\) −393,5; \(\ce{H2O(l)}\) −285,8 in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)).
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).
1stimmt
2stimmt nicht
3mit ΔfH° allein nicht entscheidbar
\(\Delta_f H^\circ\) beschreibt nur die energetische Lage — nicht, ob oder wie schnell eine Reaktion tatsächlich abläuft. Ethin ist energiereich, lässt sich aber bei Raumtemperatur lagern; Stickstoff und Wasserstoff reagieren ohne Katalysator praktisch nicht. Wie schnell etwas passiert, klärt erst die Aktivierungsenergie (1.3).
Vorzeichen von \(\Delta_f H^\circ\): Wo liegt die Verbindung relativ zu den Elementen?
Aussagen über „sofort“ betreffen die Geschwindigkeit — die steckt nicht in \(\Delta_f H^\circ\).
