Ermittlung von molaren Reaktionsenthalpien

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Molare Reaktionsenthalpien können auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden:

  1. Experimentelle Bestimmung durch ein Kalorimeter (Kalometrie).

  2. Berechnung für Standardbedingungen mit Hilfe molarer Standard-Bildungsenthalpien (Tafelwerk) [unter Verwendung des Satzes von HESS].

    Berechnungsformel:
    ΔrHm° = Σ [n · ΔfProdukte] -  Σ [n · ΔfEdukte

Die molare Reaktionsenthalpie unter Standardbedingungen ergibt sich aus der Differenz der Summe der Standardbildungsenthalpien der Reaktionsprodukte und der Summe der Standardbildungsenthalpien der Reaktionsedukte unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Zahlen.

 

Beispiel:

Informationstext

Abbinden von Kalkmörtel

Kalkmörtel [Calciumhydroxid (gelöschter Kalk, Löschkalk)] wird zum Verputzen von Wänden benutzt. Er eignet sich weniger gut zum Mauern (Verbinden von Steinmaterial), da er nicht besonders druckfest ist.

Versetzt man Calciumhydroxid mit Wasser, so bildet sich Calciumlauge. Beim sogenannten Abbinden, also dem Verfestigen, des Kalkmörtels bzw. der Calciumlauge, wird Kohlenstoffdioxid der Luft aufgenommen. Dabei bildet sich Kalk (Calciumcarbonat), was bekanntlich wasserunlöslich ist (Muschelschalen bestehen z.B. aus Calciumcarbonat). Allerdings bildet sich beim Abbinden auch Wasser, welches beim Abbindungsprozess langsam verdunstet. Die Geschwindigkeit des Aushärtens ist also von der Zufuhr von Kohlenstoffdioxid und von der Verdunstung des entstehendes Wassers abhängig.

Aufträge:

      • Zum Verputzen von einer 1 m hohen und 1,5 m breiten Mauer benötigt man ungefähr 40 kg Löschkalk.
      • Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie für das Abbinden des Kalkmörtels. Geben Sie den Wert in einer sinnvollen Dimension an.
      • Nennen Sie Möglichkeiten den Abbindeprozess zu beschleunigen.
      • Berechnen Sie das beim Abbinden umgesetzte Volumen an Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre und die an die Atmosphäre abgegebene Masse an Wasser.
    1. Aufstellen des Reaktionsschemas

      Ca(OH)2 + CO2  → CaCO3 + H2O (l)

    2. Benutzung des Tafelwerkes zur Berechnung der molaren Reaktionsenthalpie

      ΔfHm[Ca(OH)2] = - 986 kJ · mol-1
      ΔfHm[CO2] = - 394 kJ · mol-1
      ΔfHm[CaCO3] = - 1207 kJ · mol-1
      ΔfHm[H2O (l)] = - 286 kJ · mol-1

      n = m/M

      ΔrΔrHm · n

    3. Einsetzen in die Berechnungsformel

      ΔrH= {ΔfHm[CaCO3] + ΔfHm[H2(l)]} - [ΔfHm[Ca(OH)2] + ΔfHm[CO2]} · m[Ca(OH)2] / M [Ca(OH)2]

      ΔrH= [-1207 kJ · mol-1  + (-286 kJ · mol-1) - (-986 kJ · mol-1) - (-394 kJ · mol-1)] · 40 kg / 74 g · mol-1

      ΔrH= - 61,1 MJ

      Die Reaktion ist exotherm, da ΔH < 0 ist.

    4. Die Beschleunigung des Abbindeprozesses ist mit Zufuhr an Kohlenstoffdioxid möglich (Bewohnen der feuchten Räume). Um den Verdunstungsprozess des Wassers zu beschleunigen, sollten die Räume beheizt werden. 



    5. abbinden