Aufgabe Modul D - 5.2 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2022

Thema: Energetik chemischer Reaktionen · Aus der Prüfung LK (2022)

Aufgabenstellung

Beurteilen Sie anhand der Freien molaren Bildungsenthalpien von Ammoniak und Wasser und den daraus ermittelten Spannungen den Unterschied in den benötigten Spannungen bei den Elektroysen von Harnstoff und Wasser (Material 4).

Hinweis:

ΔfGm0(NH3)=−16 kJ/mol\Delta_\text{f}G_\text{m}^0(\text{NH}_3) = -16\text{ kJ/mol}, ΔfGm0(H2O,l)=−229 kJ/mol\Delta_\text{f}G_\text{m}^0(\text{H}_2\text{O},\text{l}) = -229\text{ kJ/mol}

Ammoniak und Wasser werden bei der Elektrolyse in die Elemente zerlegt.

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Aufgabenstellung: Aufgabe Modul D - 5.2 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Theoretische Zersetzungsspannung der Ammoniakzersetzung ΔE(NH3)\Delta E(\text{NH}_3)

Lösung: −0,06-0{,}06 V / 0,060{,}06 V

Theoretische Zersetzungsspannung der Wasserzersetzung ΔE(H2O)\Delta E(\text{H}_2\text{O})

Lösung: −1,19-1{,}19 V / 1,191{,}19 V

Thermodynamische Beurteilung und Vergleich mit den realen Werten (Material 4)

Lösung: Die Freie Bildungsenthalpie von Wasser ist weitaus stärker negativ als die von Ammoniak, daher ist die Rückreaktion (Zersetzung) von Wasser energetisch deutlich aufwendiger und erfordert eine wesentlich höhere Zersetzungsspannung (1,19 V1{,}19\text{ V} gegenüber 0,06 V0{,}06\text{ V}). In der Realität treten an den Elektroden Überspannungen auf, sodass reale Spannungen von 0,37 V0{,}37\text{ V} (Harnstoffzelle) bzw. 1,23 V1{,}23\text{ V} (Wasserelektrolyse) nötig sind.

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