Aufgabe Modul B - 2.4.1, 2.4.2, 2.4.3 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

Neben den konventionellen Antrieben mit Verbrennungsmotoren kommen zunehmend Elektroantriebe auf den Markt. Zumeist beziehen Elektrofahrzeuge ihre Energie aus mitgeführten Energiespeichern, die zuvor ausreichend betankt bzw. aufgeladen werden. In Elektrofahrzeuge eingebaute Brennstoffzellen hingegen erzeugen elektrischen Strom direkt aus einem Kraftstoff, z. B. Wasserstoff.

Material 4: Schematische Darstellung einer alkalischen Brennstoffzelle

Material 5: Verfahrensfließbild der Methanol-Herstellung

2.4 Zur Speicherung von Wasserstoff kann dieser chemisch gebunden werden. Geeignet als Wasserstoffträger sind Alkanole, insbesondere Methanol.

Wasserstoff kann gemäß folgender Reaktionsgleichung in Methanol umgewandelt werden:

$$2\,\mathrm{H}_2\,(\mathrm{g}) + \mathrm{CO}\,(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}\,(\mathrm{g})$$

Das industriell angewendete Verfahren läuft bei einem Druck von $p = 50\,\mathrm{bar}$ und einer Temperatur von $T = 500\,\mathrm{K}$ ab. Als Nebenprodukt fällt Ethanol an.

2.4.1

Das Verfahrensfließbild des Prozesses lässt sich Material 5 entnehmen.

Benennen Sie die Anlagenteile PC, WT1, BR sowie KO und beschreiben Sie ihre Funktion im Rahmen dieses chemischen Prozesses. [6 BE]

2.4.2

Zur Steigerung der Ausbeute erfolgt die Umsetzung des Gasgemischs unter erhöhtem Druck. Diskutieren Sie diesen Sachverhalt und erörtern Sie eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Ausbeute. [5 BE]

2.4.3

Für die Methanol-Herstellung beträgt die Gleichgewichtskonstante $K_c = 10{,}2\,\mathrm{L}^2/\mathrm{mol}^2$. Berechnen Sie die Stoffmenge von Methanol im Gleichgewicht, wenn die Gleichgewichtskonzentrationen der Edukte $c(\mathrm{CO}) = 0{,}175\,\mathrm{mol/L}$ und $c(\mathrm{H}_2) = 0{,}0960\,\mathrm{mol/L}$ betragen.

Hinweis: Der Reaktor hat ein Volumen von $V = 10{,}0\,\mathrm{m}^3$. [4 BE]