Aufgabe Modul E - 4.1 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

Silikone sind wichtige Materialien im Bauwesen. Für ihre Herstellung wird Dichlordimethylsilan („Silan“, $(\text{H}_3\text{C})_2\text{SiCl}_2$) benötigt. In Material 7 wird dessen zweistufige Synthese ausgehend von dem Rohstoff Siliciumdioxid $\text{SiO}_2$ gezeigt. In der ersten Stufe wird $\text{SiO}_2$ mit Kohlenstoff im Lichtbogenofen zu Silicium reduziert. Der Strom dient dabei nicht zur Elektrolyse, sondern er liefert die notwendige Energie für den Lichtbogen. Dieser erzeugt eine Temperatur von $2\,100\,^\circ\text{C}$ und sorgt damit für das Schmelzen sowohl des Siliciumdioxids als auch des gebildeten Siliciums, welches unten aus dem Ofen abgeleitet wird.

Anschließend wird das Rohsilicium wie in Material 7 beschrieben weiterverarbeitet und im Wirbelschichtreaktor mit frisch hergestelltem Chlormethan zu Rohsilan umgesetzt.

Material 7

Reaktionsschema und Reaktionsgleichungen zur Silansynthese

https://www.chem2do.de/c2d/de/silicone/herstellung/herstellung.jsp (abgerufen am 26.04.2020).

Synthese des Siliciums

$$\text{SiO}_2\text{ (l)} + 2\,\text{C}\text{ (s)} \rightleftharpoons \text{Si}\text{ (l)} + 2\,\text{CO}\text{ (g)}$$

Synthese des Silans

$$\text{Si}\text{ (s)} + 2\,\text{CH}_3-\text{Cl}\text{ (g)} \rightleftharpoons (\text{CH}_3)_2\text{SiCl}_2\text{ (g)}$$

Material 8

Molare Standardbildungsenthalpien $\Delta_\text{f}H_\text{m}^0$, molare Standardentropien $S_\text{m}^0$, molare Standardschmelzenthalpien $\Delta_\text{m}H_\text{m}^0$ und molare Standardschmelzentropien $\Delta_\text{m}S_\text{m}^0$ ausgewählter Verbindungen

· $\Delta_\text{f}H_\text{m}^0\text{ in }\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ · $S_\text{m}^0\text{ in }\frac{\text{J}}{\text{mol}\cdot\text{K}}$ · $\Delta_\text{m}H_\text{m}^0\text{ in }\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ · $\Delta_\text{m}S_\text{m}^0\text{ in }\frac{\text{J}}{\text{mol}\cdot\text{K}}$

$\text{C}\text{ (s)}$ · $0$ · $6{,}00$

$\text{CO}\text{ (g)}$ · $-111$ · $198$

$\text{CO}_2\text{ (g)}$ · $-394$ · $214$

$\text{Si}\text{ (l)}$ · $48{,}5$ · $44{,}6$

$\text{SiO}_2\text{ (s)}$ · $-910{,}7$ · $41{,}5$ · $9{,}600$ · $4{,}800$

$\text{H}_2\text{ (g)}$ · $0$ · $131$

$\text{H}_2\text{O}\text{ (g)}$ · $-242$ · $189$

http://periodensystem-online.de/index.php?el=14&id=bonds (abgerufen am 26.04.2020);

http://periodensystem-online.de/index.php?el=14&id=compound&cpid=501 (abgerufen am 26.04.2020);

Das große Tafelwerk, Formelsammlung für die Sek. I und II, 1. Aufl. 2014, S.152f.

Material 9

Reaktionsgleichung der Chlormethansynthese

$$\text{CH}_3-\text{OH} + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3-\text{Cl} + \text{H}_2\text{O}$$

4.1.1

Berechnen Sie die freie molare Standardreaktionsenthalpie $\Delta_R G_m^0$ der Bildung von Silicium mithilfe der Daten in Material 7 und 8. [4 BE]

4.1.2

Erklären Sie unter Zuhilfenahme der thermodynamischen Daten die Reaktionsbedingungen.

Hinweis: Sollten Sie in Aufgabe 4.1.1 zu keinem Ergebnis gelangt sein, so verwenden Sie die folgenden Werte: $\Delta_R H_m^0 = 650\,\text{kJ/mol}$, $\Delta_R S_m^0 = 400\,\text{J/(mol}\cdot\text{K)}$, $\Delta_R G_m^0 = 531\,\text{kJ/mol}$. [3 BE]