Warum wird bei einer Ammoniaksynthese 450 Grad Celsius und 30 MPa verwendet?

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Warum wird bei einer Ammoniaksynthese 450 Grad Celsius und 30 MPa verwendet?

Antwort

Verwandte Fragen

Was passiert mit einem Polyurethanschlauch bei Erwärmung auf 150 Grad Celsius?

Berechne mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung die Temperatur, ab der die Umwandlung von Al(OH)3 zu Al2O3 und H2O freiwillig abläuft.

Warum gefriert kohlensäurehaltige Flüssigkeit beim Öffnen einer geschlossenen Flasche spontan?

Was ist der Schmelzpunkt von Butan?

Was ist der Schmelzpunkt von Ethanol?

Wichtigste Dinge über Siede und Siedetemperatur

Was ist Abdampfen?

Bei welcher Temperatur wird VSG im Autoklaven hergestellt?

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Die Ammoniaksynthese erfolgt nach dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem Stickstoff (N₂) und Wasserstoff (H₂) zu Ammoniak (NH₃) reagieren. Die Bedingungen von 450 Grad Celsius und 30 MPa (300 bar) werden aus folgenden Gründen gewählt: 1. **Temperatur (450 °C):** - **Reaktionsgeschwindigkeit:** Eine höhere Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, was zu einer schnelleren Bildung von Ammoniak führt. - **Gleichgewicht:** Die Synthese von Ammoniak ist eine exotherme Reaktion (setzt Wärme frei). Nach dem Prinzip von Le Chatelier würde eine niedrigere Temperatur das Gleichgewicht zugunsten der Ammoniakbildung verschieben. Allerdings wäre die Reaktionsgeschwindigkeit bei zu niedrigen Temperaturen zu gering. 450 °C ist ein Kompromiss zwischen einer ausreichenden Reaktionsgeschwindigkeit und einer akzeptablen Ausbeute. 2. **Druck (30 MPa):** - **Gleichgewicht:** Ein höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht der Reaktion nach Le Chatelier zugunsten der Ammoniakbildung, da bei der Reaktion aus vier Gasvolumina (1 N₂ + 3 H₂) zwei Gasvolumina (2 NH₃) entstehen. Ein hoher Druck fördert somit die Bildung von Ammoniak. - **Technische Machbarkeit:** 30 MPa ist ein Druck, der technisch machbar und wirtschaftlich vertretbar ist. Noch höhere Drücke würden zwar die Ausbeute weiter erhöhen, aber auch die Kosten und technischen Herausforderungen erheblich steigern. Diese Bedingungen sind also ein Kompromiss, um eine wirtschaftlich rentable Produktion von Ammoniak zu ermöglichen, indem sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Ausbeute optimiert werden.

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Ein Polyurethanschlauch ist in der Regel für Temperaturen bis etwa 60–80 °C (manche Spezialtypen bis ca. 100 °C) ausgelegt. Wird er auf 150 °C erhitzt, treten folgende Verä... [mehr]

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Ein Polyurethanschlauch ist in der Regel für Temperaturen bis etwa 60–80 °C (manche Spezialtypen bis ca. 100 °C) ausgelegt. Wird er auf 150 °C erhitzt, treten folgende Veränderungen auf: 1. **Weichwerden und Verformung:** Polyurethan beginnt bei Temperaturen über seiner maximalen Einsatztemperatur stark zu erweichen. Der Schlauch verliert seine Formstabilität, kann sich verziehen oder zusammenfallen. 2. **Thermische Zersetzung:** Ab etwa 150 °C beginnt Polyurethan zu zersetzen. Es entstehen dabei Gase und Zersetzungsprodukte, die unangenehm riechen und gesundheitsschädlich sein können. 3. **Verlust der mechanischen Eigenschaften:** Der Schlauch wird spröde, rissig oder klebrig und verliert seine Flexibilität und Festigkeit. 4. **Verfärbung:** Es kann zu einer deutlichen Verfärbung (Vergilbung oder Bräunung) kommen. **Fazit:** Ein Polyurethanschlauch ist für 150 °C nicht geeignet. Er wird bei dieser Temperatur dauerhaft beschädigt und unbrauchbar. Für Anwendungen in diesem Temperaturbereich sollten hitzebeständigere Materialien wie Silikon oder PTFE verwendet werden.

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Um die Temperatur zu berechnen, ab der die Reaktion \[ 2 \mathrm{Al(OH)_3} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 3 \mathrm{H_2O} \] freiwillig (also spontan) abläuft, nutzt man die Gibbs-Helmholtz-Gle... [mehr]

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Um die Temperatur zu berechnen, ab der die Reaktion \[ 2 \mathrm{Al(OH)_3} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 3 \mathrm{H_2O} \] freiwillig (also spontan) abläuft, nutzt man die Gibbs-Helmholtz-Gleichung: \[ \Delta G = \Delta H - T \Delta S \] Die Reaktion läuft freiwillig ab, wenn \(\Delta G < 0\). Der kritische Punkt ist, wenn \(\Delta G = 0\): \[ 0 = \Delta H - T \Delta S \implies T = \frac{\Delta H}{\Delta S} \] **1. Standardbildungsenthalpien (\(\Delta H_f^\circ\)) und Standardentropien (\(S^\circ\)) nachschlagen:** | Verbindung | \(\Delta H_f^\circ\) [kJ/mol] | \(S^\circ\) [J/(mol·K)] | |--------------------|-------------------------------|-------------------------| | Al(OH)\(_3\) (s) | -1276 | 65 | | Al\(_2\)O\(_3\) (s)| -1676 | 51 | | H\(_2\)O (g) | -242 | 189 | **2. Reaktionsenthalpie (\(\Delta H\)) berechnen:** \[ \Delta H = [\Delta H_f^\circ(\mathrm{Al_2O_3}) + 3 \cdot \Delta H_f^\circ(\mathrm{H_2O})] - [2 \cdot \Delta H_f^\circ(\mathrm{Al(OH)_3})] \] \[ = [-1676 + 3 \cdot (-242)] - [2 \cdot (-1276)] \] \[ = [-1676 - 726] - [-2552] \] \[ = -2402 + 2552 = +150\, \text{kJ} \] **3. Reaktionsentropie (\(\Delta S\)) berechnen:** \[ \Delta S = [S^\circ(\mathrm{Al_2O_3}) + 3 \cdot S^\circ(\mathrm{H_2O})] - [2 \cdot S^\circ(\mathrm{Al(OH)_3})] \] \[ = [51 + 3 \cdot 189] - [2 \cdot 65] \] \[ = [51 + 567] - 130 \] \[ = 618 - 130 = 488\, \text{J/K} \] **4. Temperatur berechnen:** \[ T = \frac{\Delta H}{\Delta S} \] Achte auf die Einheiten: \(\Delta H = 150\,000\, \text{J}\), \(\Delta S = 488\, \text{J/K}\): \[ T = \frac{150\,000}{488} \approx 307\, \text{K} \] **Antwort:** Die Umwandlung von Al(OH)\(_3\) in Al\(_2\)O\(_3\) und H\(_2\)O läuft ab etwa **307 K** (ca. 34 °C) freiwillig ab. **Hinweis:** Die Werte können je nach Quelle leicht variieren. Für eine präzise Berechnung sollten die exakten Werte aus einer zuverlässigen Datenbank verwendet werden.

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Wenn eine kohlensäurehaltige Flüssigkeit (wie Mineralwasser oder Limonade) in einer geschlossenen Flasche unter Druck steht, bleibt das darin gelöste CO₂ (Kohlendioxid) in der Flüs... [mehr]

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Wenn eine kohlensäurehaltige Flüssigkeit (wie Mineralwasser oder Limonade) in einer geschlossenen Flasche unter Druck steht, bleibt das darin gelöste CO₂ (Kohlendioxid) in der Flüssigkeit gelöst. Die Flasche steht meist unter Überdruck, weil sich das CO₂ bei der Abfüllung unter Druck in der Flüssigkeit löst. Wird die Flasche geöffnet, fällt der Druck plötzlich auf den normalen Umgebungsdruck ab. Dadurch kann das CO₂ nicht mehr vollständig in der Flüssigkeit gelöst bleiben und beginnt, in Form von Gasblasen auszutreten. Dieser Prozess ist mit einer sogenannten "adiabatischen Entspannung" verbunden: Beim plötzlichen Druckabfall kühlt sich die Flüssigkeit ab, weil das ausgasende CO₂ Energie (Wärme) benötigt, um vom gelösten Zustand in den gasförmigen Zustand überzugehen (Verdampfungswärme). Wenn die Flüssigkeit bereits sehr nahe an ihrem Gefrierpunkt ist, kann diese plötzliche Abkühlung ausreichen, um sie spontan gefrieren zu lassen. Das Gefrieren geschieht dann oft schlagartig ("spontan"), weil die Flüssigkeit zuvor unterkühlt war – sie war also schon kälter als ihr Gefrierpunkt, ohne dass sich Eiskristalle gebildet hatten. Das Öffnen der Flasche und das Ausperlen des CO₂ sorgen für kleine Störungen (Keime), an denen das Wasser plötzlich gefriert. Zusammengefasst: Die spontane Gefrierung beim Öffnen einer kohlensäurehaltigen Flasche entsteht durch den plötzlichen Druckabfall, das Ausgasen des CO₂ (was die Flüssigkeit weiter abkühlt) und die Tatsache, dass die Flüssigkeit oft unterkühlt ist und durch die Erschütterung und das Ausgasen plötzlich gefriert.

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Der Schmelzpunkt von Butan liegt bei etwa -138,3 °C.

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Der Schmelzpunkt von Butan liegt bei etwa -138,3 °C.

Kategorie: Chemie Tags: Butan Schmelzpunkt Temperatur

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Der Schmelzpunkt von Ethanol liegt bei etwa -114,1 °C.

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Der Schmelzpunkt von Ethanol liegt bei etwa -114,1 °C.

Kategorie: Chemie Tags: Ethanol Schmelzpunkt Temperatur

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Die Siedeeigenschaft und die Siedetemperatur sind wichtige Konzepte in der Thermodynamik und Chemie. Hier sind die wichtigsten Punkte: 1. **Siedetemperatur**: Dies ist die Temperatur, bei der der Dam... [mehr]

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Die Siedeeigenschaft und die Siedetemperatur sind wichtige Konzepte in der Thermodynamik und Chemie. Hier sind die wichtigsten Punkte: 1. **Siedetemperatur**: Dies ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem Umgebungsdruck ist. Bei dieser Temperatur beginnt die Flüssigkeit zu sieden und geht in den gasförmigen Zustand über. 2. **Einfluss des Drucks**: Die Siedetemperatur einer Flüssigkeit hängt stark vom Umgebungsdruck ab. Bei höherem Druck steigt die Siedetemperatur, während sie bei niedrigerem Druck sinkt. Zum Beispiel siedet Wasser bei 100 °C unter Normaldruck (1 atm), aber bei höherem Druck, wie in einem Schnellkochtopf, kann es bei höheren Temperaturen sieden. 3. **Reine Substanzen vs. Mischungen**: Reine Substanzen haben eine definierte Siedetemperatur, während Mischungen (z.B. Lösungen) einen Siedepunkt haben, der von den Komponenten und deren Konzentrationen abhängt. Dies kann zu einem Siedepunktserhöhungseffekt führen. 4. **Siedeverhalten**: Beim Sieden bilden sich Dampfblasen in der Flüssigkeit, die an die Oberfläche steigen. Dies geschieht, wenn die Moleküle genügend Energie haben, um die intermolekularen Kräfte zu überwinden. 5. **Anwendungen**: Die Siedetemperatur ist wichtig in vielen industriellen Prozessen, wie der Destillation, wo verschiedene Komponenten aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedetemperaturen getrennt werden. 6. **Temperaturabhängigkeit**: Die Siedetemperatur kann auch von der chemischen Struktur der Substanz abhängen. Zum Beispiel haben polare Moleküle oft höhere Siedetemperaturen als unpolare Moleküle aufgrund stärkerer intermolekularer Kräfte. Diese Punkte bieten einen Überblick über die Siedeeigenschaft und die Siedetemperatur und deren Bedeutung in der Chemie und Technik.

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Abdampfen ist ein physikalischer Prozess, bei dem eine Flüssigkeit durch Erhitzen in Dampf umgewandelt wird. Dabei wird die Flüssigkeit so weit erhitzt, dass sie ihren Siedepunkt erreicht un... [mehr]

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Abdampfen ist ein physikalischer Prozess, bei dem eine Flüssigkeit durch Erhitzen in Dampf umgewandelt wird. Dabei wird die Flüssigkeit so weit erhitzt, dass sie ihren Siedepunkt erreicht und in den gasförmigen Zustand übergeht. Dieser Vorgang wird häufig in der Chemie und in der Lebensmittelindustrie verwendet, um Wasser oder andere Lösungsmittel von festen Stoffen zu trennen oder um Konzentrate herzustellen. Abdampfen kann auch in der Natur vorkommen, beispielsweise wenn Wasser aus einem Gewässer verdampft.

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VSG (Vorgespanntes Glas) wird im Autokl typischerweise bei Temperaturen zwischen 120 °C und 180 °C hergestellt. Die genaue Temperatur kann je nach spezifischem Verfahren und den verwendeten Ma... [mehr]

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VSG (Vorgespanntes Glas) wird im Autokl typischerweise bei Temperaturen zwischen 120 °C und 180 °C hergestellt. Die genaue Temperatur kann je nach spezifischem Verfahren und den verwendeten Materialien variieren.