ΔG berechnen, Umschlagtemperaturen bestimmen und exergonisch von schnell unterscheiden — 30 Übungen zur Gibbs-Helmholtz-Gleichung.
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Übungsaufgaben
Dreißig Aufgaben, bunt gemischt — zum Klicken, Ziehen, Zuordnen, Rechnen und Knobeln. Jede Übung gibt Ihnen sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen Ihnen die gestuften Tipps. Die Chips zeigen das Anforderungsniveau: AFB I heißt wiedergeben und direkt anwenden, AFB II heißt selbst entscheiden und verknüpfen, AFB III heißt begründen, beurteilen oder eine Falle durchschauen. Mix verbindet Wissen aus mehreren Unterkapiteln, Trick warnt: Hier steckt eine Falle drin. Der Balken oben zeigt Ihnen, wie viele der 30 Aufgaben Sie schon gelöst haben.
A1
Ethanol verdampft
AFB II
Untersuchen Sie mithilfe des Entscheidungsbaums, bei welchen Temperaturen das Verdampfen von Ethanol (ΔH = +38,6 kJ/mol, ΔS = +109,5 J/(mol·K)) exergonisch ist.
Beantworten Sie die Fragen des Entscheidungsbaums mit Ja oder Nein und sehen Sie, wo Sie herauskommen.
ΔH und ΔS sind positiv: nur bei hoher Temperatur ist der Entropieterm groß genug. TU = 38,6/0,1095 ≈ 353 K (80 °C), nahe dem Siedepunkt. Typischer Fehler: „endotherm“ mit „nie freiwillig“ gleichzusetzen.
Prüfen Sie zuerst das Vorzeichen von ΔH, dann von ΔS.
Nein – Ja: oberhalb der Umschlagtemperatur.
A2
Mix: Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid
AFB IIMix
Werten Sie die Reaktion C(s) + CO₂(g) → 2 CO(g) aus. \(\Delta_f H^\circ\) in kJ/mol: CO₂ −393,5; CO −110,5. \(S^\circ\) in J/(mol·K): C(s) 5,7; CO₂ 213,8; CO 197,7. Rechnen Sie mit T = 298 K.
Alle Felder ausfüllen, dann gemeinsam prüfen.
\(\Delta_rH\)° = kJ/mol; ΔrS° = J/(mol·K); ΔrG°(298 K) = kJ/mol; TU = K.
\(\Delta_rH\)° = 2·(−110,5) + 393,5 = +172,5 kJ/mol; ΔrS° = 395,4 − 219,5 = +175,9 J/(mol·K); ΔrG° = 172,5 − 298·0,1759 = +120,1 kJ/mol; TU = 172 500/175,9 ≈ 981 K. Typischer Fehler: Koeffizient 2 bei CO zu übersehen.
Enthalpie aus Bildungsenthalpien, Entropie aus Standardentropien: jeweils Produkte minus Edukte.
172,5 – 175,9 – 120,1 – 981.
A3
Wann freiwillig?
AFB I
Ordnen Sie die Vorgänge nach dem Temperaturbereich ein, in dem sie freiwillig ablaufen.
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).
1bei jeder Temperatur
2bei keiner Temperatur
3nur bei tiefer Temperatur
4nur bei hoher Temperatur
Erst die Vorzeichen von ΔH und ΔS bestimmen: Aus Feststoffen entstehende Gase bedeuten ΔS > 0. Kondensieren und Gefrieren sind exotherm, aber mit ΔS < 0 — nur unterhalb des Siede- bzw. Schmelzpunkts freiwillig.
Ansatz: Für jede Zeile: Vorzeichen von ΔH und ΔS notieren.
Weiter: Phasenübergänge: Umschlagtemperatur = Schmelz- oder Siedetemperatur.
