Die innere Energie: Abituraufgaben – Chemie Grundkurs

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Wärme auf Knopfdruck

AFB I–II

Ein wiederverwendbarer Handwärmer enthält 80 g einer übersättigten Natriumacetat-Lösung in einem dicht verschlossenen Kunststoffbeutel. Knickt man ein kleines Metallplättchen im Beutel, beginnt das gelöste Salz als Natriumacetat-Trihydrat auszukristallisieren. Der Beutel erwärmt sich innerhalb weniger Sekunden auf etwa 54 °C und bleibt rund eine halbe Stunde warm. Laut Hersteller werden dabei je Gramm Füllung 0,26 kJ Wärme abgegeben. Zum Wiederverwenden legt man den Beutel etwa zehn Minuten in kochendes Wasser, bis sich alle Kristalle wieder gelöst haben.

M1Daten des Handwärmers

Größe	Wert
Masse der Füllung	80 g
abgegebene Wärme je Gramm Füllung	0,26 kJ
Temperatur während der Kristallisation	etwa 54 °C
Volumenänderung der Füllung	vernachlässigbar

Geben Sie an, was bei der Betrachtung des Handwärmers als System und was als Umgebung gilt.
Erklären Sie auf Teilchenebene, woher die Energie stammt, die der Handwärmer abgibt.
Berechnen Sie die insgesamt abgegebene Wärme und geben Sie die Änderung der inneren Energie der Füllung mit Vorzeichen an.
Erläutern Sie unter Bezug auf die innere Energie, warum der Handwärmer vor jeder erneuten Benutzung in kochendes Wasser gelegt werden muss.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)

Das System ist der Teil, den man untersucht — hier die Füllung. Wohin fließt die Wärme?

Hinweis zu Aufgabe b)

Beim Kristallisieren ordnen sich Ionen und Wassermoleküle zu einem Gitter. Was geschieht dabei mit der Anziehungsenergie?

Hinweis zu Aufgabe c)

\(Q = m \cdot 0{,}26\,\mathrm{kJ\,g^{-1}}\). Arbeit am oder vom System entfällt, weil sich das Volumen kaum ändert.Das Vorzeichen wird immer aus Sicht des Systems angegeben.

Hinweis zu Aufgabe d)

Vergleichen Sie Anfangs- und Endzustand nach dem Kochen mit dem Zustand vor dem Knicken.