Aufgabe Modul E - 4.2 · 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

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

4.2 Das für die Bildung des Silans notwendige Chlormethan wird frisch hergestellt. Dazu wird Methanol mit Chlorwasserstoff umgesetzt (Material 9).

Entwickeln Sie den Mechanismus der Reaktion.

Begründen Sie das Ablaufen der Reaktion trotz des Vorliegens der schlechten Abgangsgruppe $\mathrm{OH}^-$.