Minus heißt Wärme raus: Wer das Vorzeichen von ΔrH sicher liest, versteht jede thermochemische Gleichung.
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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
Das Vorzeichen von ΔrH wird aus Sicht des Systems gelesen: negativ = exotherm, positiv = endotherm. Der Wert gilt immer für genau die angegebene Gleichung — mit ihren Koeffizienten und Aggregatzuständen.
Denken Sie an die Vorzeichenregel aus dem ersten Hauptsatz.
„Formelumsatz“ heißt: so viele Mol, wie die Koeffizienten der Gleichung angeben.
A2
Die vollständige thermochemische Gleichung
AFB I
Nennen Sie alle Angaben, die zu einer vollständigen thermochemischen Gleichung gehören.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Der Wert von \(\Delta_r H\) ist nur mit der Gleichung zusammen eindeutig: Koeffizienten legen den Formelumsatz fest, Aggregatzustände die Energieinhalte der Stoffe. Mengenangaben in Gramm oder die Reaktionsdauer gehören zu einem konkreten Versuch, nicht zur Gleichung.
Was muss man wissen, um den Zahlenwert von \(\Delta_r H\) eindeutig zu machen?
Drei Angaben betreffen die Gleichung selbst, drei einen konkreten Versuch.
A3
Enthalpie in Worten
AFB I
Beschreiben Sie die Reaktionsenthalpie, 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.
Die Reaktionsenthalpie ist die Wärme, die ein System bei konstantem austauscht. Sie ergibt sich als Enthalpie der minus Enthalpie der Edukte. Gibt das System Wärme ab, ist ΔrH und die Reaktion heißt . Der Zahlenwert gilt für einen der angegebenen Gleichung.
„Volumen“ bleibt übrig: Bei konstantem Volumen misst man \(\Delta U\), nicht \(\Delta_r H\). Laborreaktionen im offenen Gefäß laufen bei konstantem Druck ab — deshalb ist die Enthalpie die praktische Größe der Chemie.
\(\Delta_r H = H(\text{Produkte}) - H(\text{Edukte})\).
Offenes Gefäß: Der Luftdruck bleibt gleich.
A4
Gleichung und Enthalpie
AFB II
Ordnen Sie jeder thermochemischen Gleichung den passenden Wert von \(\Delta_r H\) zu. Gegeben ist \(\ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l)}\), \(\Delta_r H = -285{,}8\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), sowie die Verdampfungsenthalpie des Wassers \(+44{,}0\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\).
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Drei Regeln genügen: Verdoppeln verdoppelt \(\Delta_r H\), Umkehren kehrt das Vorzeichen um, und der Aggregatzustand zählt. Für gasförmiges Wasser gilt \(-285{,}8 + 44{,}0 = -241{,}8\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) — ein Teil der Energie steckt noch im Dampf.
Prüfen Sie für jede Gleichung: verdoppelt, umgekehrt oder anderer Aggregatzustand?
Gasförmiges Wasser liegt energetisch um 44,0 kJ/mol über flüssigem Wasser.
A5
Natrium verbrennt in Chlor
AFB II
\(\ce{2 Na(s) + Cl2(g) -> 2 NaCl(s)}\), \(\Delta_r H = -822{,}4\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Berechnen Sie die ausgetauschte Wärme \(Q\) (mit Vorzeichen aus Sicht des Systems) für die angegebenen Stoffportionen (\(M(\ce{Na}) = 22{,}99\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Umgesetzte Portion
\(Q\) in kJ
1 mol \(\ce{Cl2}\)
1 mol \(\ce{Na}\)
4,6 g \(\ce{Na}\)
Ein Formelumsatz verbraucht 1 mol \(\ce{Cl2}\), aber 2 mol \(\ce{Na}\). Deshalb gehören zu 1 mol Natrium nur \(-411{,}2\,\mathrm{kJ}\). 4,6 g Natrium sind 0,200 mol, also 0,100 Formelumsätze: \(Q = -82{,}3\,\mathrm{kJ}\).
Wie viele Formelumsätze entsprechen der jeweiligen Portion?
\(n(\ce{Na}) = 4{,}6\,\mathrm{g} / 22{,}99\,\mathrm{g\,mol^{-1}} \approx 0{,}200\,\mathrm{mol}\) — das ist ein Zehntel von 2 mol.
A6
Enthalpie und innere Energie
MixAFB II
Für die Ammoniaksynthese gilt \(\ce{N2(g) + 3 H2(g) -> 2 NH3(g)}\), \(\Delta_r H = -92{,}2\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) (25 °C, 1013 hPa). Ermitteln Sie mit dem ersten Hauptsatz die Änderung der inneren Energie je Formelumsatz (\(V_m = 24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\)).
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.
Änderung der Gas-Stoffmenge \(\Delta n(g)\)mol
Volumenarbeit \(W = -p\cdot\Delta V\)kJ
\(\Delta U = \Delta_r H + W\)kJ
Die Gasmenge sinkt von 4 mol auf 2 mol; die Atmosphäre drückt das System um 49 L zusammen und verrichtet \(W = +4{,}96\,\mathrm{kJ}\). Weil \(\Delta_r H = Q_p\) ist, gilt \(\Delta U = Q_p + W = -92{,}2 + 5{,}0 = -87{,}2\,\mathrm{kJ}\). Der Unterschied zwischen \(\Delta H\) und \(\Delta U\) stammt allein aus der Volumenarbeit.
Zählen Sie Gasteilchen: links 1 + 3, rechts 2.
\(\Delta V = -2\cdot24{,}5\,\mathrm{L}\); \(W = -101\,300\,\mathrm{Pa}\cdot\Delta V\) (in m³).
A7
Enthalpie-Leiter
AFB II
Ordnen Sie die Stoffportionen nach ihrer Enthalpie ein — die höchste Enthalpie oben.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
14 H(g) + 2 O(g) (freie Atome)
22 H₂(g) + O₂(g)
32 H₂O(g)
42 H₂O(l)
52 H₂O(s)
Freie Atome liegen ganz oben, weil zu ihrer Bildung alle Bindungen gespalten werden müssen. Die Reaktion zu Wasser ist exotherm, also liegt jede Wasserportion unter den Elementen. Kondensieren und Erstarren setzen jeweils weitere Energie frei — Eis liegt ganz unten.
Für die Dimerisierung \(\ce{2 NO2(g) -> N2O4(g)}\) gilt \(\Delta_r H = -57{,}2\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Bestimmen Sie die Wärme \(Q\) (mit Vorzeichen aus Sicht des Systems), wenn genau 1 mol \(\ce{NO2}\) umgesetzt wird.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
kJ
1 mol \(\ce{NO2}\) ist nur ein halber Formelumsatz: \(Q = \tfrac12\cdot(-57{,}2\,\mathrm{kJ}) = -28{,}6\,\mathrm{kJ}\). Die Falle ist die Einheit „pro Mol“ — sie meint pro Mol Formelumsatz, nicht pro Mol eines beliebigen Stoffes.
Wie viel \(\ce{NO2}\) verbraucht ein Formelumsatz?
Ein halber Formelumsatz setzt die halbe Wärme frei.
A9
Fehlersuche im Protokoll
AFB III
Sechs Sätze aus einem Protokoll — 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.
Alle drei Fehler haben dieselbe Wurzel: Das Vorzeichen wird aus Sicht der Umgebung statt aus Sicht des Systems gelesen. Ein Enthalpiediagramm hilft: Pfeil nach unten = exotherm = negatives \(\Delta_r H\).
Zeichnen Sie für jede Aussage ein Mini-Enthalpiediagramm.
Verdampfen muss man durch Wärmezufuhr erzwingen.
A10
Was ändert sich an ΔrH?
AFB III
Ausgangspunkt: \(\ce{C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(l)}\), \(\Delta_r H = -2219{,}9\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Entscheiden Sie für jede Veränderung, was mit dem angegebenen Wert geschieht.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Veränderung
Vorzeichen ändert sich
Betrag ändert sich
Wert bleibt gleich
Alle Koeffizienten werden verdoppelt.
Die Gleichung wird umgekehrt.
Wasser entsteht gasförmig statt flüssig.
Propan verbrennt in reinem Sauerstoff statt in Luft.
Die Gleichung wird umgekehrt und halbiert.
Zeile 4 ist die Falle: Die Flamme ist in reinem Sauerstoff heißer, weil kein Stickstoff miterwärmt wird — die Reaktionsenthalpie des Formelumsatzes bleibt aber gleich. Zeile 5 braucht zwei Kreuze: \(+1110{,}0\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\).
Jede Änderung der Koeffizienten ändert den Betrag, jede Umkehr das Vorzeichen.
Ändert sich der Formelumsatz, wenn nur die Umgebung (Luft oder Sauerstoff) wechselt?
