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freie Reaktionsenthalpie, Wasser vs Wasserstoffperoxid (thermo-40)

Es reagiere H₂(g) mit O₂(g). Beurteile mit Hilfe der freien Reaktionsenthalpie ob nun H₂O(g) oder H₂O₂(g) gebildet wird. Die Reaktionstemperatur betrage 800 Kelvin.

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Es lassen sich zwei Reaktionen formulieren:
a) H₂(g) + 1/2·O₂(g) → H₂O(g) sowie
b) H₂(g) + O₂(g) → H₂O₂(g)
Achtung: Damit die Resultate miteinander verglichen werden können muss man sich auf die gleiche Anzahl gebildeter H₂O resp. H₂O₂ beziehen!

Wertetabelle, alle beteiligten Teilchen seien im gasförmigen Zustand:

1. Reaktion a), es entstehe H₂O

       Definition: ΔHoR = ∑ΔHof(Produkte) – ∑ΔHof(Edukte)

       ΔHoR(H₂O) = (-242) – (0 + 1/2·0) = -242 kJ/mol

       ΔSoR(H₂O) = (189) – (131 + 1/2·205) = -44.5 J/(mol·K)

       Definition: ΔGoR = ΔHoR – T· ΔSoR

       ΔGoR(H₂O) = -242 – 800·-0.0445 = -206.4 kJ/mol

2. Reaktion b), es entstehe H₂O₂

       Definition: ΔHoR = ∑ΔHof(Produkte) – ∑ΔHof(Edukte)

       ΔHoR(H₂O₂) = (-136) – (0 + 1/2·0) = -136 kJ/mol

       ΔSoR(H₂O₂) = (233) – (131 + 205) = -103 J/(mol·K)

       Definition: ΔGoR = ΔHoR – T· ΔSoR

       ΔGoR(H₂O₂) = -136 – 800·-0.103 = -53.6 kJ/mol

Die Berechnung zeigt, dass zwar beider Reaktionen exergonisch ( ΔGoR < 0) und somit freiwillig ablaufen müssten. Reaktion a) ist aber fast um einen Faktor 4 stärker exergonisch und wird somit bevorzugt ablaufen.