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Reaktionswärme und Enthalpie

OberschuleChemieSchematische Reaktionspfade der Enthalpie und Kalorimetrie in einem isolierten System mit konstanter Wärmekapazität bei vorgegebenem Umsatz

Verschiebe die Kugel im Enthalpieprofil und vergleiche die beiden Barrieren. Erhöhe den Umsatz, um die Erwärmung oder Abkühlung im isolierten Becher zu messen.

3D

Ziehe den Apparat, um ihn anzupassen. Ziehe den Hintergrund, um ihn zu drehen. Scrolle zum Zoomen.

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Erkunde endotherme und exotherme Enthalpieprofile und miss dabei die Erwärmung oder Abkühlung des Gesamtsystems. Bewege eine Reaktionskoordinaten-Sonde, senke mit einem Katalysator eine Barriere und erhöhe unabhängig davon den umgesetzten Anteil.

Lernziele

  • Unterscheide die Reaktionsenthalpie von den Aktivierungsbarrieren der Hin- und Rückreaktion.
  • Überprüfen Sie, dass ein Katalysator die Barrieren verändert, ohne die Enthalpien der Endzustände zu verändern.
  • Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen der molaren Enthalpie, dem Reaktionsfortschritt und der Temperatur im Kalorimeter her.

Anleitung

  1. 1Untersuchen Sie Anfang, Maximum und Ende eines exothermen Enthalpiepfads.
  2. 2Verfolgen Sie den katalysierten Pfad und vergleichen Sie beide Aktivierungsbarrieren.
  3. 3Vervollständigen Sie die Umsetzung und berechnen Sie die von der isolierten Lösung aufgenommene Wärme.
  4. 4Kehren Sie das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie um und vergleichen Sie Abkühlung und Erwärmung.

Das Modell

Der Reaktionspfad hat mit und ohne Modellkatalysator dieselben Endpunkte.
Der Reaktionsfortschritt multipliziert die molare Reaktionsenthalpie.
Die Enthalpie wird in kJ pro Mol eingegeben, daher rechnet der Temperaturausdruck sie in Joule um.

Annahmen

  • Der Pfad ist ein vorgegebenes, glattes Enthalpiediagramm und keine quantenmechanische Übergangszustandsberechnung oder Molekültrajektorie. Seine Untersuchung ist unabhängig vom Gesamtumsatz.
  • Der Umsatz wird durch die Steuerungsuhr vorgegeben; weder ein Geschwindigkeitsgesetz noch ein Gleichgewichtsumsatz oder eine Katalysatorkinetik wird abgeleitet.
  • Das Kalorimeter ist isoliert, hat eine Anfangstemperatur von 20 °C und eine konstante spezifische Wärmekapazität der Lösung von 4,18 J pro Gramm und Kelvin. Änderungen des Reaktionsvolumens und der Lösungsmasse werden vernachlässigt.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum verursacht dieselbe Reaktionswärme bei einer größeren Lösungsmenge einen geringeren Temperaturanstieg?
  2. Q2Warum muss sich die Rückwärtsbarriere ändern, wenn sich die Enthalpien der Endpunkte ändern?

Häufig gestellte Fragen

Kann der Katalysator bei gleichem Umsatz die endgültige Wärme im Kalorimeter verändern?

Nein. In diesem Modell verändert er nur die Barriere entlang des Reaktionspfads; die Endpunktenthalpie und die Wärme bei einem bestimmten Reaktionsfortschritt bleiben unverändert.

Ist die sich bewegende Kugel auf dem Reaktionspfad ein einzelnes Molekül, das eine reale Barriere überwindet?

Nein. Sie dient als Sonde für die dargestellte schematische Energiekurve. Das Modell weist der Überwindung der Barriere keine Wahrscheinlichkeit zu.