Bei chemischen Reaktionen, die in einem geschlossenen System bei konstantem Druck ablaufen, können wir die Volumenarbeit ($W$) mit der Formel $W = -p\Delta V$ berechnen, wobei $p$ der Druck und $\Delta V$ die Volumenänderung ist. Da wir von gasförmigen Produkten ausgehen, die durch die Reaktion von Salzsäure (HCl) mit Zink (Zn) entstehen können wir das ideale Gasgesetz verwenden, um $\Delta V$ zu bestimmen.
Bei chemischen Reaktionen, die in einem geschlossenen System bei konstantem Druck ablaufen, können wir die Volumenarbeit ($W$) mit der Formel $W = -p\Delta V$ berechnen, wobei $p$ der Druck und $\Delta V$ die Volumenänderung ist. Da wir von gasförmigen Produkten ausgehen, die durch die Reaktion von Salzsäure (HCl) mit Zink (Zn) entstehen können wir das ideale Gasgesetz verwenden, um $\Delta V$ zu bestimmen.
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- Identifizierung der Reaktion: Die Reaktion von Zink mit Salzsäure kann als $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$ dargestellt werden. Für jedes Mol Zink, das reagiert, entsteht ein Mol Wasserstoffgas.
- Molen an Gas: Da 6 mol Salzsäure vollständig reagieren, reagiert dementsprechend eine äquivalente Menge Zink, was zu 3 mol Wasserstoffgas führt (da 2 mol HCl 1 mol H2 ergeben).
- Berechnung von $\Delta V$: Unter Verwendung des idealen Gasgesetzes $PV = nRT$ und bei gegebenem Druck (101,3 kPa = 101300 Pa) und Temperatur (273 K), können wir das Volumen des entstandenen Wasserstoffgases berechnen. Die ideale Gaskonstante (R) ist etwa $8,314 \text{J/mol K}$. Da jedoch für diese Aufgabe eine Vereinfachung gewünscht ist, verwenden wir die Annahme, dass 1 mol eines idealen Gases ein Volumen von 22,4 Litern (oder 0,0224 m3) einnimmt. $\Delta V = 3 , \text{mol} \times 0,0224 \text{m}^3/\text{mol} = 0,0672 \text{m}^3$
- Berechnung der Volumenarbeit: $W = p\Delta V = 101300 \text{Pa} \times 0,0672 \text{m}^3 = 6818,76 \text{J}$
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P00123
Ein nützlicher Tipp für derartige Aufgaben ist es, sich zuerst die Reaktionsgleichung genau anzuschauen und zu überlegen, welche Gase entstehen und wie viele Mole davon gebildet werden.
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