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Berechnung von Reaktionsenthalpien

Einige Stoffe können auf verschiedenen Reaktionswegen hergestellt werden. Dabei stellte man schon im 19. JH fest, dass die Reaktionsenthalpie nicht vom Reaktionsweg, sondern nur vom Anfangzustand und dem Entzustand abhängt. Dies wird als der Satz von Hess bezeichnet.

Beispiel: Bildung von Kohlenstoffdioxid aus den Elementen
Kohlenstoffdioxid kann durch direkte Verbrennung von Kohlenstoff an Luft hergestellt werden (Weg A). Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass bei der Verbrennung zunächst erst nur Kohlenstoffmonooxid entsteht (Weg B1), dass dann in einem zweiten Reaktionsschritt zu Kohlenstoffdioxid verbrannt wird (Weg B2).

Weg A: C + O 2 → CO 2 Δ R H m = − 393 kJ mol

Weg B1: C + 1 2 O 2 → CO Δ R H m = − 111 kJ mol

Weg B2: CO + 1 2 O 2 → CO 2 Δ R H m = − 282 kJ mol


Insgesamt ergibt sich folgende Bilanz:

Δ R H A = Δ R H B1 + Δ R H B2 = − 111 kJ mol + ( − 282 kJ mol ) = − 393 kJ mol


Beide Reaktionswege führen alo zur selben Reaktionsenthalpie.

molare Standard-Bildungsenthalpie

Damit man Reaktionsenthalpien beliebiger Reaktionen berechnen kann, wurden molare Standard-Bildungsenthalpien ΔfH0m eingeführt. Sie ist die molare Reaktionsenthalpie für die Bildung eines Mols einer Verbindung aus den Elementen unter Standardbedingungen (298K, 1013hPa). Bei Elementen ist die molare Standard-Bildungsenthalpie auf 0 gesetzt worden. Die Werte von vielen Verbindungen wurden gemessen und sind in Nachschlagwerken zu finden, z.B. im Lehrbuch Chemie heute S416. Eine Liste mit mehr Stoffen finden Sie z.B. unter anorganik.chemie.vias.org/standardenthalpien_table.
Sind von allen an der Reaktion beteiligten Stoffen die molaren Standard-Bildungsenthalpien bekannt, so kann die Reaktionsenthalpie berechnet werden:

Δ R H m 0 = Σ Δ f H m 0 ( Produkte ) − Σ Δ f H m 0 ( Edukte )


Beispiel: Brennen von Kalk

CaCO 3 ( s ) → CaO ( s ) + CO 2 ( g )


Aufstellen der Gleichung:
Δ R H m 0 = Δ f H m 0 ( CaO ) + Δ f H m 0 ( CO 2 ) − Δ f H m 0 ( CaCO 3 )


Einsetzen der bekannten Standard-Bildungsenthalpien (aus einer Tabelle):

Δ R H m 0 = ( − 635kJ / mol − 393kJ / mol ) − ( − 1207kJ / mol ) = + 179kJ / mol


Das Ergebnis zeigt, dass die Reaktionsenthalpie der Reaktion 179 kJ/mol ist. Die Reaktion verläuft also endotherm.

Berechnung der Bildungsenthalpie mit Hilfe der Reaktionsenegie:
Zur Berechnung der Bildungsenthalpie eines Stoffes kan man eine Reaktion verwenden bei der die Standard-Bildungsenthalpien der anderen Stoffe und die molare Reaktionsenthalpie dieser Reaktion bekannt sind.
Beispiel: Standard-Bildungsenthalpie von Butan:
Bei der Verbrennung von Butan entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid außerdem wird Sauerstoff benötigt. Von allen Stoffen außer Butan sind die Standard-Bildungsenthalpien bekannt (Tabelle) ebenso die molare Reaktionsenthalpie dieser Reaktion.

C 4 H 10 ( g ) + 13 2 O 2 ( g ) → 4 CO 2 ( g ) + 5 H 2 O ( l ) Δ r H m 0 = − 2877 kJ mol


Nun setzt man alle Enthalpien mit ihren jeweiligen Faktoren in die Summenformel für die Reaktionsenthalpie ein:

Δ r H m 0 = [ 4 ⋅ Δ f H m 0 ( CO 2 ) + 5 ⋅ Δ f H m 0 ( H 2 O ) ] − [ ( Δ f H m 0 ( C 4 H 10 ) ) + ( 13 2 ⋅ Δ f H m 0 ( O 2 ) ) ]


Jetzt wird die Gleichung nach der Standard-Bildungsenthalpie von Butan umgestellt und anschließend werden die jeweiligen Werte eingesetzt:

Δ f H m 0 ( C 4 H 10 ) = [ 4 ⋅ Δ f H m 0 ( CO 2 ) + 5 ⋅ Δ f H m 0 ( H 2 O ) ] − [ ( 13 2 ⋅ Δ f H m 0 ( O 2 ) ) − Δ r H m 0 ]

Δ f H m 0 ( C 4 H 10 ) = [ 4 ⋅ ( − 393 kJ mol ) + 5 ⋅ ( − 286 kJ mol ) ] − [ ( 13 2 ⋅ 0 kJ mol ) − ( 2877 kJ mol ) ]

Δ f H m 0 ( C 4 H10 ) = − 1572 kJ mol − 1430 kJ mol + 2877 kJ mol

Δ f H m 0 ( C 4 H 10 ) = − 125 kJ mol

Die Standard-Bildungsenthalpie von Butan beträgt also -125 kJ/mol.

Erstellt von A. N. und Herrn Ecker 12.9.2013

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