Chemisches Gleichgewicht

1. Bei der technischen Erzeugung von Ammoniak aus Luftstickstoff, Wasser und Erdgas finden Gleichgewichtsreaktionen statt.

1.1. Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Ammoniaksynthese und kennzeichnen Sie den thermischen Charakter der Reaktion!

       Erläutern Sie das Wesen des chemischen Gleichgewichts am Beispiel dieser Reaktion!

1.2. Geben Sie die mathematische Form des MWG für die Ammoniaksynthese an!

1.3. Diskutieren Sie an Hand der Tabelle und des MWG die Gleichgewichtseinstellung bei der Ammoniaksynthese! Erläutern Sie das  Prinzip von Le Chateliere und Braun (Prinzip vom kleinsten Zwang)!

Gleichgewichtskonstanten für die Ammoniaksynthese

 

p im MPa

 

T in K

 

Kc in l2×mol-2

 

0,1

0,1

0,1

 

673

773

873

 

1,7×10- 4

0,15×10- 4

0,024×10- 4

 

0,1

3,0

10,0

 

773

773

773

 

0,15×10- 4

0,16×10- 4

0,17×10- 4

 

2. Zur Herstellung von Wasserstoff für die Ammoniaksynthese kann von Erdgas (CH4) und Wasserdampf ausgegangen werden. CH4 + H2O(g) CO + 3 H2

2.1. Berechnen Sie die molare Reaktionsenthalpie unter der Annahme, dass der Stoffumsatz vollständig ist!

2.2. Die Größen Freie Reaktionsenthalpie (Gibbs’sche Energie) ΔRG und Reaktionsenthalpie ΔRH sowie die Reaktionsentropie-Temperatur-Größe T×ΔRS sind für diese Reaktion gemäß der GIBBS-HELMHOLTZ-Gleichung graphisch dargestellt.

 

 

Lösen Sie folgende Aufgaben an Hand der Abbildung:

Welche Abhängigkeit besteht zwischen jeweils einer Größe und der Temperatur?

Geben Sie die Werte für die drei Größen bei T1 = 600 K, T2 = 950 K, T3 = 1200 K aus der graphischen Darstellung an!

Was können Sie aus dem freiwilligen Verlauf der Hinreaktion an Hand der ermittelten Werte aussagen? Äußern Sie sich auch zur Freiwilligkeit des Verlaufs der Rückreaktion! Begründen Sie jeweils Ihre Aussage!

2.3. Aus dem Synthesegas für die Ammoniaksynthese wird Kohlenmonoxid weitestgehend durch Konvertierung entfernt. CO + H2O(g) CO2 + H2       

Berechnen Sie die einzusetzende Stoffmenge Wasserdampf n(H2O), wenn im Ausgangsgas 1 mol Kohlenmonoxid und 3 mol Wasserstoff vorliegen, und das Kohlenmonoxid zu 90% umgesetzt werden soll. Kc = 4 bei dieser Reaktion!