Wärme rein, Arbeit raus — wer behält beim Energiekonto eines Systems den Überblick über die Vorzeichen?
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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
Austausch über die Systemgrenze
AFB I
Nennen Sie für jede Systemart, ob Stoff und Energie mit der Umgebung ausgetauscht werden können. Wählen Sie in jedem Menü einen Eintrag.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
Systemart
Stoffaustausch
Energieaustausch
Offenes System
Geschlossenes System
Isoliertes System
Offene Systeme tauschen Stoff und Energie aus, geschlossene nur Energie, isolierte beides nicht (im Labor nur näherungsweise erreichbar). Typischer Fehler: bei geschlossenen Systemen keinen Energieaustausch anzunehmen.
Stoffaustausch und Energieaustausch müssen Sie getrennt beurteilen.
Geschlossen: nur Energie. Isoliert: nichts. Offen: beides.
A2
Kalk löst sich in Salzsäure
MixAFB II
1,00 g Calciumcarbonat reagiert bei 25 °C und 1013 hPa vollständig mit Salzsäure: \(\ce{CaCO3(s) + 2 HCl(aq) -> CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)}\). Dabei gibt das System 0,152 kJ Wärme ab. Ermitteln Sie \(\Delta U\) (\(M(\ce{CaCO3}) = 100{,}09\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\), \(V_m = 24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\); das Gas soll sich nicht lösen).
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.
\(W = -101\,300\,\mathrm{Pa}\cdot 0{,}245\cdot10^{-3}\,\mathrm{m^3} = -24{,}8\,\mathrm{J}\), also \(\Delta U = -0{,}152\,\mathrm{kJ} - 0{,}025\,\mathrm{kJ} = -0{,}177\,\mathrm{kJ}\). Die Arbeit macht hier rund 14 % aus — bei schwach exothermen Reaktionen mit Gasentwicklung ist sie nicht vernachlässigbar. Typischer Fehler: \(W\) positiv ansetzen, obwohl das Gas die Luft wegschiebt.
\(n = m/M\) und \(V = n\cdot V_m\) kennen Sie aus der Mittelstufe; pro Mol \(\ce{CaCO3}\) entsteht ein Mol \(\ce{CO2}\).
\(1013\,\mathrm{hPa}\cdot0{,}245\,\mathrm{L} = 248{,}2\,\mathrm{hPa\cdot L} = 24{,}8\,\mathrm{J}\); Wärme und Arbeit fließen beide aus dem System heraus.
A3
Systeme im Vergleich auswerten
AFB II
Werten Sie die vier Systeme aus, indem Sie jeweils \(\Delta U = Q + W\) bilden (Werte in J). Klicken Sie nacheinander die gesuchten Systeme an.
Klicken Sie das gesuchte Feld an. Mit der Tastatur: Tab oder Pfeiltasten zum Wandern, Enter zum Auswählen.
\(\Delta U = Q + W\): A: +50 − 20 = +30 J; B: −40 + 40 = 0; C: +10 − 60 = −50 J; D: −20 − 5 = −25 J. Typischer Fehler: C wegen des positiven Q für ein System mit steigender Energie zu halten.
