Question

Welche Energiemenge wird bei der Verbrennung von Wasserstoff frei? Wie kann man diese Aufgabe mithilfe von den Bindungsenergien lösen?

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Die Frage können die Experten in der Chemielounge sicher besser beantworten

https://www.chemielounge.de/8907/welche-energiemenge-wird-bei-verbrennung-wasserstoff-frei

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Wieviel Energie, gemeint ist die Reaktionsenthalpie, wird bei der Wasserstoffknallgasreaktion frei?

Eine Abschätzung mittels der sogenannten Bindungsenergien

Manchmal werden die molaren Bindungs-Dissoziationsenergien bei den Elementen auch molare Atomisierungsenthalpien bezeichnet bzw. sind mit diesen identisch.

Bei diesen Dissoziationen ist nur die Homolyse gemeint nicht die heterolytische Spaltung in Ionen(Kation und Anion).

Homolyse:
z.B.: A-A_(g) → 2 A · _(g)

nicht die Heterolyse

z.B.: A-A_(g) → A⁽⁺⁾_(g) + A^(-)_(g)

H_2(g) + ΔH(H—H) → 2 H · _(g)

ΔH(H—H) = 436 KJ / mol

O_2(g) + ΔH(O—O) → 2 O · _(g)

ΔH(O—O) = 498 KJ / mol

Die Bindungenthalpien sind bei mehratomigen Molekülen der Durchschnittswert, arithmetisches Mittel, der der einzelnen molaren Bindungs-Dissoziationsenthalpien Erstdissoziation

A₃B_(g) + ΔH(A₂B—A) → A₂B · _(g) + · B_(g)

Zweitdissoziation

A₂B · _(g) + ΔH(AB—A) → AB · _(g) + · B_(g)

Drittdissoziation

AB · _(g) + ΔH(B—A) → A_(g) + · B_(g)

Molare Bindungsenthalpie von A₃B lautet:

$$= \dfrac{\Delta H(A_{2}B-A) + \Delta H(A-B-A) + \Delta H(A-B)}{3}$$

Beim Wasser liegen 2 verschiedene O-H-Bindungen vor, die molaren Bindungs-Dissoziationsenthalpien betragen:

Erstdissoziation in Wasserstoffatome und OH-Radikale

H-O— H_(g) → H-O ·_(g) + · H_(g)

ΔH(HO—H) = 498 KJ / mol

Zweitdissoziation der OH-Radikale in der Gasphase in H-Atome und O-Atome

H-O ·_(g) → · O ·_(g) + · H_(g)

ΔH(HO—H) = 428 KJ / mol

Bindungsenthalpie für Wasser

$$= \frac{(498 + 428) \cdot KJ}{2\cdot mol} = \frac{463 KJ}{mol}$$

Reaktion

H_2(g) + ¹⁄₂ O_2(g) → H₂O_(g)

Bei der Entstehung von 1 mol Wasserdampf, gasförmiges Wasser, werden 1 mol Wasserstoff mit ½ mol Sauerstoff umgesetzt(Verbrennung). Für die Homolyse von 1 mol Wasserstoff werden 436 KJ / mol benötigt.

H_2(g) → 2 H · _(g)

Für die homolytische Spaltung von einem ½ mol Sauerstoff in 1 mol Sauerstoffatome sind 0,5 * 498 KJ / mol = 249 KJ / mol erforderlich.

¹⁄₂ O_2(g) → O_2(g)

Bei der Rekombination der H-Atome mit den O-Atomen in der Gasphase zu Wassermolekülen, diese befinden sich auch in der Gasphase, werde dann für 1mol Wasser 2 * 463 KJ / mol = 926 KJ / mol Energie frei. 1 mol Wassermoleküle hat 2 mol H-O-Bindungen.

2 H_(g) + O_(g) → H₂O_(g)

Δ_RH(H₂O_(g)) = (436 + 249 - 2 * 463) KJ / mol = - 241 KJ / mol

Das ist die Reaktionsenthalpie für gasförmiges Wasser. Für ein mol bei Raumtemperatur flüssigen Wassers wird noch die molare Verdampfungsenthalpie frei, sie beträgt 44 KJ / mol.

H₂O_(g) → H₂O_(l)

-241 KJ / mol – 44 KJ / mol = - 285 KJ / mol

Anm.: der Index(l) steht für engl. liquid, deutsch : flüssig

Zum Vergleich die molare Standardbildungsenthalpie für Wasser,abgk.:Δ_bH(H₂O) , diese ist auch identisch mit der molaren Verbrennungsenthalpie von Wasserstoff, abgk.: Δ_cH(H₂):

Δ_bH(H₂O)(g) = - 241,82 KJ / mol, gasf. Wasser

Δ_bH(H₂O)(l) = -285,83 KJ / mol, fl. Wasser