Chemische Reaktion

Bei einer chemischen Reaktion werden Bindungen gelöst und neu geknüpft.

Aus Edukten (Ausgangsstoffen) entstehen Produkte (Endstoffe), diese besitzen neue Eigenschaften. Jede chemische Reaktion ist mit einem Energieumsatz verbunden.

Die Reaktionsenthalpie – ΔH

Die Reaktionsenthalpie ΔH gibt den Energieumsatz bei einer chemischen Reaktion an, wenn bei konstantem Druck gearbeitet wird.

  • Endotherme Reaktion – Energie muss zugeführt werden
  • Exotherme Reaktion – Energie wird frei

Der Satz von Hess

Der Satz von Hess (Chemiker, Schweiz/Russland) dient der Berechnung von Enthalpieänderungen bei chemischen Reaktionen.

Die Reaktionsenthalpie ist unabhängig vom Reaktionsweg und nur vom Ausgangs- und Endzustand des Systems abhängig.

Beispiel: Verbrennung von Graphit

Graphit kann direkt zu Kohlenstoffdioxid verbrannt werden (1) oder indirekt über die Zwischenstufe Kohlenstoffmonoxid (2), (3). Die Gesamtreaktionsenthalpie ΔH ist in beiden Fällen gleich:

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Im Umkehrschluss bedeutet das, dass man für jede Verbindung eine Reaktion aufstellen kann, wie sie aus den Elementen (bei Standardbedingungen: 25°C, 1bar) gebildet wird. Tabelliert man diese Werte (Standardbildungsenthalpien ΔH0B, so kann man die Reaktionsenthalpie ΔH für jede beliebige Reaktion berechnen.

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Beispiel

Gegeben ist die Oxidation von Ethanol mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Berechne die Reaktionsenthalpie mit Hilfe der Standardbildungsenthalpien. Ist die Reaktion endotherm oder exotherm?

Berechne die Reaktionsenthalpie für folgende Reaktionen
(1) Verbrennung von Methan
(2) H2 + Cl2 → 2 HCl
(3) CH4 + H2O(g) → CO + 3 H2

Die Reaktionsgleichung

Die Reaktionsgleichung ist die Beschreibung einer chemischen Reaktion in der Formelsprache.

Art und Anzahl der beteiligten Atome sind jedenfalls vor und nach der Reaktion gleich, da die Masse erhalten bleibt.

Beispiele

Ermittle die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Benzen (C6H6) mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser.

Arsensulfid reagiert mit Salpetersäure und Wasser zu Arsensäure, Schwefelsäure und Stickstoffmonoxid. Ermittle die zugehörigen Koeffizienten mit Hilfe von Gleichungen.
As2S3 + HNO3 + H2O = H3AsO4 + H2SO4 + NO (Lösung: 3, 28, 4, 6, 9, 28)

Stimme folgende Reaktionsgleichungen ab

(1) Al + Cl2 → AlCl3
(2) C3H8 → C2 + H2O
(3) Na + O2 → Na2O
(4) Mg + I2 → MgI2
(5) CuO + Fe → FeO + Cu
(6) C8H18 + O2 → CO2 H2O
(7) C5H10 + O2 → CO2 H2O
(8) C7H16 + O2 → CO2 H2O
(9) C2H6O + O2 → CO2 H2O
(10) FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2

Schreibe folgende Reaktionsgleichungen an

(1) Bildung von Eisen(III)-oxid aus den Elementen
(2) Verbrennung (=Reaktion mit Sauerstoff) von Aluminium
(3) Kupfer(II)-oxid reagiert mit Wasserstoff zu einem Metall und einer bekannten Molekülverbindung
(4) Magnesium reagiert mit Salzsäure zu einem Salz und einem brennbaren Gas
(5) Natrium reagiert mit Wasser
(6) Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid
(7) Zerlegung von Wasser in die Elemente

Beachte – Bei einer chemischen Reaktion müssen auch die Ladungen vor und nach der Reaktion übereinstimmen.

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Stimme die folgenden Reaktionsgleichungen ab
(1) Ba3N2 + H2O → Ba(OH)2 + NH3
(2) Cu + NO3 + H+ → Cu2+ + NO + H2
(3) Cr2O72- + H2O + H+ → Cr3+ + S + H2O

Um Reaktionsenthalpien berechnen zu können, müssen also die korrekten Reaktionsgleichungen ermittelt werden.

Beispiel

Womit kann man weiter Auto fahren? Mit 1 Liter Octan (C8H18) oder 1 Liter Ethanol (C2H5OH) als Treibstoff? Begründe durch Rechnung.
ρ(Octan) = 0.698 g/cm3, ρ(Ethanol) = 0.785 g/cm3, ΔH0(Octan) = -208 KJ/mol, ΔH0(Ethanol) = -235 KJ/mol, ΔH0(CO2) = -393 KJ/mol, ΔH0(H2O) = -242 KJ/mol

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