Das Haber-Bosch-Verfahren: Übungen – Chemie Grundkurs

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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.

Die Gleichung auf einen Blick

AFB I

Geben Sie zur Ammoniaksynthese \(\ce{N2(g) + 3 H2(g)}\) ⇌ \(\ce{2 NH3(g)}\) die gesuchten Angaben an.

Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.

Frage	Antwort
Massenwirkungsgesetz
Einheit von K_c
Gasteilchen links → rechts
Vorzeichen von \(\Delta_rH\)

Produkte oben, Edukte unten, Koeffizienten als Exponenten: c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)). Δn = 2 − 4 = −2 ergibt die Einheit (mol/L)⁻² = L²/mol². Links stehen 1 + 3 = 4, rechts 2 Gasteilchen; \(\Delta_rH\) = −92 kJ/mol. Typischer Fehler: Koeffizienten als Faktoren statt als Exponenten zu verwenden.

Wenden Sie das MWG auf die Gleichung an und zählen Sie die Gasteilchen.

MWG mit Quadrat und Kubik; L²/mol²; 4 → 2; negativ.

Stellschrauben bewerten

AFB III

Beurteilen Sie, wie sich die Änderungen auf den Ammoniakanteil im Gleichgewicht auswirken (Ausgangspunkt: 450 °C, 300 bar, 35,5 %).

Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = deutlich kleiner, 2 = etwas kleiner, 3 = unverändert, 4 = etwas größer, 5 = deutlich größer. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.

1 = deutlich kleiner5 = deutlich größer

Temperatur auf 400 °C senken

Druck auf 100 bar senken

Katalysator mit mehr Promotoren

Reaktorvolumen verdoppeln, Druck und Temperatur gleich

Druck auf 600 bar erhöhen

Nach Larson und Dodge: 400 °C/300 bar etwa 48 %, 450 °C/100 bar 16 %, 450 °C/600 bar 54 %. Katalysator und Reaktorgröße ändern die Lage nicht — ein größerer Reaktor erhöht nur die Menge, die pro Zeit das Gleichgewicht erreicht.

Nur Temperatur und Druck (bzw. Konzentrationen) verschieben die Lage.

Vergleichen Sie mit den Werten aus A9.

Wie viel Luft?

AFB II

Ermitteln Sie, welches Luftvolumen (25 °C, 1013 hPa; \(V_m = 24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\); 78 % Stickstoff) den Stickstoff für 1,00 t Ammoniak mindestens enthält.

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.

\(n(\ce{NH3})\) kmol
\(n(\ce{N2})\) kmol
\(V(\ce{N2})\) \(\mathrm{m^3}\)
\(V(\text{Luft})\) \(\mathrm{m^3}\)

\(n(\ce{NH3}) = 58{,}7\,\mathrm{kmol}\); halb so viel Stickstoff: \(29{,}4\,\mathrm{kmol}\). \(V(\ce{N2}) = 29{,}36\,\mathrm{kmol}\cdot24{,}5\,\mathrm{m^3\,kmol^{-1}} \approx 719\,\mathrm{m^3}\); \(V(\text{Luft}) = 719/0{,}78 \approx 922\,\mathrm{m^3}\).

1 kmol Gas nimmt 24,5 m³ ein.

Stoffmengenverhältnis \(\ce{N2 : NH3 = 1 : 2}\).