Frage:
Wie viel Energie wird gespeichert, wenn H + in H2 umgewandelt wird?
JCMontalbano
2016-03-10 23:13:16 UTC
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Ich schreibe dies für meine Schüler auf:

enter image description here
Quelle: Amirav Research Group (Facebook)

Die Energie zur Bildung von Isopropylalkohol beträgt $ -318,2 ~ \ mathrm {kJ / mol} $ (Kilojoule pro Mol), die von Aceton $ -249,4 ~ \ mathrm {kJ / mol} $, also werden $ 68.8 ~ \ mathrm {kJ / mol} $ an diesem Ende gewonnen.

Aber ich bin verwirrt über das Wasserstoffende. Ich sehe, dass die Energie der Bildung von $ \ ce {H +} $ $ 0 ~ \ mathrm {J / mol} $ ist (es kann als freies Proton behandelt werden) und die von $ \ ce {H2} $ ist auch $ 0 ~ \ mathrm {J / mol} $. Natürlich würde man sagen, dass Sauerstoff auch $ 0 ~ \ mathrm {J / mol} $ hat. Da Wasser also eine Bildungsenthalpie von $ 241,83 ~ \ mathrm {kJ / mol} $ hat, würde ich erwarten, dass es so viel Energie liefert bei der Verbrennung.

Aber Wasserstoffgas hat eine „Energiedichte“ als Brennstoff von $ 71 ~ \ mathrm {kJ / mol} $. Die Behandlung, dass $ \ ce {H2} $ und $ \ ce {O2} $ eine Bildungsenthalpie von $ 0 ~ \ mathrm {J / mol} $ und Wasser eine Bildungsenthalpie von $ 242 ~ \ mathrm {kJ / mol} $ haben scheint damit nicht übereinzustimmen. Wo ist der Rest der Energie?

Insbesondere im obigen Diagramm sehen Sie die Ladungstrennung, wenn sich das Elektronenpaar zum Hydronium bewegt und Wasserstoff erzeugt. Eine Ladungstrennung (J = Coulomb-Volt) ist jedoch Energie. Wenn Sie also die Elektronen zum Wasserstoff bewegen, müssen Sie ihnen Energie hinzufügen, was darauf hindeutet, dass $ \ ce {H +} = 0 ~ ist \ mathrm {J} $ und $ \ ce {H2} $ also = $ 0 ~ \ mathrm {J} $ Dinge sind falsch. Aber ich weiß nicht, wohin ich von hier aus gehen soll. Ist jemand zuversichtlich, dabei zu helfen?

@Nilay Bitte verpacken Sie nicht jede Zahl, die Sie in `\ ce {...}` sehen. Verwenden Sie diese Umgebung nur für chemische Formeln. Ich möchte nicht jede Änderung überprüfen, die Sie vornehmen.
Fünf antworten:
permeakra
2016-06-05 20:24:12 UTC
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Ich sehe, dass die Bildungsenergie von H + H + 0 J / mol0 J / mol beträgt (es kann als freies Proton behandelt werden)

Nein. Nee. Die Bildung von Protonen aus Wasserstoffmolekülen ist ein extrem endotermischer Prozess. Es erfordert 1) die Dissoziation der H-H-Bindung, die übrigens 432 kJ / mol beträgt, und dann die Ionisierung des Wasserstoffatoms, die etwa 1300 kJ / mol beträgt.

Allerdings. In Lösung wird Wasserstoffion an Wassermoleküle (oder ein anderes Lösungsmittel) gebunden, was zu einem erheblichen Energierabatt von etwa 1100 kJ / mol im Fall von Wasser führt.

Allerdings noch einmal :) Dies ist hier nicht von Bedeutung, da das Eintauchen in kleine Details hier nicht erforderlich ist.

Der Bruttoprozess ist $ \ ce {Me2CHOH \ space = \ space Me2CO + H2} $, und da die Entalphie der Wasserstoffbildung ungefähr Null ist, ist nur der Wechsel von Isopropanol zu Aceton relevant. Daher beträgt der Unterschied 68,8 kJ / mol.

Wenn der 2H + + 2e-> H2-Übergang die Assoziation einer 432kJ-Bindung wert ist, ist das [H +] in Lösung 1. nicht ein begrenzender Faktor dieser Reaktion und auch 2. tatsächlich die Energiequelle? Diese Reaktion funktioniert also nur in einer aufrechterhaltenen sauren Umgebung ist das, was ich sage.
Phanz
2016-05-06 01:56:43 UTC
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Ich denke, Sie haben dort ein Minuszeichen gesetzt. Es ist endotherm, da das Produkt Aceton eine weniger negative Energie aufweist als der Reaktant i-Propanol. Die Energie fließt also eher in das Aceton als in die Protonen-Wasserstoff-Umwandlung.

Ich bin ziemlich überrascht, dass die Energiedichte nicht der Verbrennungsenergie entspricht, aber diese Werte sind hier seitdem nicht wirklich wichtig ist überhaupt keine Verbrennung.

Ja, aber die Verbrennung und der [H +] - Verbrauch sind relevant, da dies als Photokatalysator gedacht ist, der Aceton für eine Brennstoffzelle liefert. Die Verbrennung ist die andere Hälfte dieser Vorrichtung
DavePhD
2016-06-05 20:06:11 UTC
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2H + kann nicht in $ \ ce {H2} $ umgewandelt werden, da H + keine Elektronen hat.

MaxW
2016-09-04 03:00:27 UTC
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Es hängt davon ab, wie tief Sie den chemischen Reaktionszyklus aufteilen möchten.

Die Gesamtreaktion lautet:

Isopropylalkohol -> Aceton + Wasserstoffgas

Typischerweise wird die innere Energie von Kohlenwasserstoffverbindungen gemessen, indem sie in einem Überschuss an Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt werden, um die Verbrennungswärme zu ermitteln. Da diese Reaktion auch Wasserstoff erzeugt, wäre die Energie der Reaktion für ein Mol der Unterschied zwischen dem Verbrennen von Isopropylalkohol minus dem des Verbrennens von Aceton und Wasserstoff. Benutzerpermeakra gab dem chemischen Reaktionszyklus eine andere Unterbrechung in Bezug auf die Bildungswärme, aber das Nettoergebnis ist das gleiche. Das ist das Schöne an der Chemie.

Jetzt können Sie den chemischen Reaktionszyklus in alle Arten von Zwischenspezies unterteilen, aber die Nettoreaktion muss die oben beschriebene sein. Tatsächlich wird das Problem normalerweise rückwärts bearbeitet. Wenn wir wissen, wie hoch die Energie von intermediären Spezies wie einem solvatisierten $ \ ce {H ^ +} $ -Kation ist, und wissen, wie hoch die Energie eines solvatisierten $ \ ce {OH ^ -} $ -Anions ist, können wir die Energie einiger herausfinden instabiles intermediäres organisches "Molekül" muss sein.


DavePhD hat in seiner Antwort absolut Recht. Sie können nicht einfach zwei $ \ ce {H ^ +} $ -Kationen in $ \ ce {H2} $ umwandeln, da ein $ \ ce {H ^ +} $ -Kation keine Elektronen enthält. Sie müssen zwei Elektronen von einer anderen chemischen Spezies erhalten, und das kostet etwas chemische Energie, um die Elektronen freizusetzen, ganz zu schweigen von der Energie, die im Elektron selbst enthalten ist (das ist keine Chemie, sondern Kernphysik).

Kraw
2016-03-11 10:00:49 UTC
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Beim Übergang von $ \ ce {H +} $ (aq) zu $ ​​\ ce {H2} $ (g) ändert sich die molare Entropie sowie die Expansionsarbeit des Systems. Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ändert sich auch die innere Energie des Systems.



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