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Die selbsterhitzende Kaffeedose
AFB I–IISelbsterhitzende Dosen haben einen doppelten Boden mit Calciumoxid (Branntkalk) und einem Wasserbeutel. Drückt man auf den Boden, reißt der Beutel, das Wasser reagiert mit dem Calciumoxid zu Calciumhydroxid, und 250 g Kaffee werden in wenigen Minuten um 40 K erwärmt (\(c = 4{,}18\,\text{J/(g}\cdot\text{K)}\), \(M(\ce{CaO}) = 56{,}1\,\text{g/mol}\)).
| Stoff | CaO(s) | H₂O(l) | Ca(OH)₂(s) |
|---|---|---|---|
| \(\Delta_f H^\circ\) (kJ/mol) | −635,1 | −285,8 | −986,1 |
| \(S^\circ\) (J/(mol·K)) | 38,1 | 70,0 | 83,4 |
- Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie \(\Delta_r H^\circ\) und \(\Delta_r S^\circ\).
- Begründen Sie mit einer Entropiebilanz bei 298 K, dass die Reaktion freiwillig abläuft.
- Berechnen Sie die Masse an Calciumoxid, die mindestens in der Dose sein muss.
- Erläutern Sie am Weg der Energie von der Dose bis zum getrunkenen Kaffee den Begriff Energieentwertung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Jeweils Produkte minus Edukte.
Hinweis zu Aufgabe b)
Entropie der Umgebung aus \(\Delta_r H\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Zuerst die Wärme für den Kaffee.
Hinweis zu Aufgabe d)
Chemische Energie → Wärme bei 60 °C → Wärme bei Umgebungstemperatur.