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Chemie · Klasse 12 · Kapitel

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Umkehrbare Reaktionen – Hin- und Rückreaktion

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1Ich beschreibe die Umkehrbarkeit von Reaktionen und die Merkmale des dynamischen Gleichgewichts.

MerkenDynamisches Gleichgewicht

Im Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion gleich schnell weiter.

Die Konzentrationen sind konstant, aber nicht gleich.

BeispielUmkehrbarkeit und dynamisches Gleichgewicht

In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht H₂O(l) ⇌ H₂O(g) in einer verschlossenen Flasche ein. Was geschieht, nachdem die Konzentrationen konstant geworden sind?
Schritt für Schritt
  1. Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
  2. Beide Reaktionen laufen weiter.
  3. Es wird gleich viel gebildet wie zerlegt.
  1. Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
  2. Beide Reaktionen laufen weiter.
  3. Es wird gleich viel gebildet wie zerlegt.
Ergebnis:
Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich

AchtungIm Gleichgewicht ruht die Reaktion

So nicht
Im Gleichgewicht haben beide Reaktionen aufgehört.
So richtig
Hin- und Rückreaktion laufen weiter und gleich schnell. Nur die Konzentrationen ändern sich nicht mehr.

Beschreibe auf der Teilchenebene, was im Gleichgewicht weiter geschieht. Nenne beide Richtungen.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI ein. Was geschieht, nachdem die Konzentrationen konstant geworden sind?
    So fängst du an:
    Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
    Lösung zeigen
    1. Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
    2. Beide Reaktionen laufen weiter.
    3. Es wird gleich viel gebildet wie zerlegt.
    Ergebnis:
    Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  2. ●2
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht NH₄Cl(s) ⇌ NH₃(g) + HCl(g) ein. Was geschieht, nachdem die Konzentrationen konstant geworden sind?
    Lösung zeigen
    1. Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
    2. Beide Reaktionen laufen weiter.
    3. Es wird gleich viel gebildet wie zerlegt.
    Ergebnis:
    Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  3. ★3
    Im Wassermodell werden zwei Messzylinder mit verschieden dicken Röhrchen abwechselnd gefüllt, bis die Pegel konstant sind. Was zeigt das Modell?
    Lösung zeigen
    1. Das dicke Röhrchen überträgt mehr je Runde.
    2. Der Pegel stabilisiert sich, wenn je Runde gleich viel hin und zurück fließt.
    3. Die Pegel bleiben konstant, aber verschieden.
    Ergebnis:
    Es fließt weiter in beide Richtungen gleich viel

2Ich formuliere das Massenwirkungsgesetz und deute die Gleichgewichtskonstante K.

MerkenMassenwirkungsgesetz

K = Produkte durch Edukte, Koeffizienten als Exponenten.

K größer als 1: Produkte überwiegen. K sagt nichts über die Geschwindigkeit.

BeispielMassenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante

Im Gleichgewicht 2 HI ⇌ H₂ + I₂ gilt (in mol/L) c(HI) = 0,80, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,50. Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
  2. Einsetzen: c(HI) = 0,80, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,50.
  3. K = 0,47
  1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
  2. Einsetzen: c(HI) = 0,80, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,50.
  3. K = 0,47
Ergebnis:
0,47

AchtungZähler und Nenner im MWG vertauscht

So nicht
K = (c(N₂) · c³(H₂)) : c²(NH₃).
So richtig
Produkte stehen im Zähler, Edukte im Nenner: K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).

Schreib zuerst die Produkte in den Zähler. Prüfe, ob ein großes K viele Produkte bedeutet.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Für eine Reaktion gilt K = 10⁻⁴ bei 25 Grad Celsius. Was sagt das?
    So fängst du an:
    K ist Zähler durch Nenner, Produkte durch Edukte.
    Lösung zeigen
    1. K ist Zähler durch Nenner, Produkte durch Edukte.
    2. K ist sehr klein, also ist der Zähler klein.
    3. Die Edukte überwiegen.
    Ergebnis:
    Im Gleichgewicht überwiegen die Edukte
  2. ●5
    Im Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI gilt (in mol/L) c(H₂) = 0,40, c(I₂) = 0,60, c(HI) = 0,10. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(HI) : (c(H₂) · c(I₂)).
    2. Einsetzen: c(H₂) = 0,40, c(I₂) = 0,60, c(HI) = 0,10.
    3. K = 0,04
    Ergebnis:
    0,04
  3. ★6
    Im Gleichgewicht A + B ⇌ C + D gilt c(A) = 0,20, c(B) = 0,30, c(C) = 0,60 und c(D) = 0,40 mol/L. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)).
    2. K = (0,60 · 0,40) : (0,20 · 0,30).
    3. K = 0,24 : 0,06 = 4,0
    Ergebnis:
    4,0

3Ich berechne Gleichgewichtskonzentrationen mit dem Massenwirkungsgesetz für Reaktionen mit Δν = 0, auch bei der Estersynthese.

MerkenRechnen mit dem MWG

Bei Δν = 0 kürzt sich das Volumen heraus.

Ansatz: Menge gleich Anfang plus oder minus x, dann nach x lösen.

BeispielGleichgewichtskonzentrationen berechnen (Δν = 0) und Estersynthese

A + B ⇌ C + D mit K = 25. Anfangs liegen nur A und B vor, je 2,0 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
Schritt für Schritt
  1. K = x² : (2,0 − x)² = 25, Wurzel: x : (2,0 − x) = 5.
  2. x = 2,0 · 5 : (1 + 5)
  3. x = 1,67 mol
  1. K = x² : (2,0 − x)² = 25, Wurzel: x : (2,0 − x) = 5.
  2. x = 2,0 · 5 : (1 + 5)
  3. x = 1,67 mol
Ergebnis:
1,67 mol

AchtungWurzel beim Ansatz vergessen

So nicht
Aus x² : (1 − x)² = 4 folgt x : (1 − x) = 4, also x = 0,80.
So richtig
Wurzel aus beiden Seiten: x : (1 − x) = 2, also x = 0,67.

Nimm die Wurzel auf beiden Seiten und löse danach nach x auf. Setze das Ergebnis zur Probe in das MWG ein.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 16. Je 1,5 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    So fängst du an:
    K = (2 x)² : (1,5 − x)² = 16, Wurzel: 2 x : (1,5 − x) = 4.
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (1,5 − x)² = 16, Wurzel: 2 x : (1,5 − x) = 4.
    2. x = 1,5 · 4 : (2 + 4) = 1,00 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 2,00 mol
    Ergebnis:
    2,00 mol
  2. ●8
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 25. Je 0,5 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (0,5 − x)² = 25, Wurzel: 2 x : (0,5 − x) = 5.
    2. x = 0,5 · 5 : (2 + 5) = 0,36 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 0,71 mol
    Ergebnis:
    0,71 mol
  3. ★9
    A + B ⇌ C + D mit K = 9. Anfangs liegen nur A und B vor, je 2,0 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (2 − x)² = 9, Wurzel: x : (2 − x) = 3.
    2. x = 6 − 3 x, also 4 x = 6.
    3. x = 1,5 mol
    Ergebnis:
    1,5 mol

4Ich beschreibe die Temperaturabhängigkeit von K und ihren Einfluss auf die Gleichgewichtslage.

MerkenTemperatur und K

K hängt nur von der Temperatur ab.

Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung, Abkühlen die exotherme.

BeispielTemperaturabhängigkeit von K und Gleichgewichtslage

Die Hinreaktion von C(s) + H₂O(g) ⇌ CO + H₂ ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur gesenkt wird?
Schritt für Schritt
  1. Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist endotherm.
  3. Zur Eduktseite, K sinkt.
  1. Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist endotherm.
  3. Zur Eduktseite, K sinkt.
Ergebnis:
Zur Eduktseite, K sinkt

AchtungWirkung der Temperatur falsch vorhergesagt

So nicht
Erwärmen begünstigt immer die Hinreaktion oder die Reaktion zu den Produkten.
So richtig
Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung. Ist die Hinreaktion exotherm, ist das die Rückreaktion.

Bestimme erst, ob die Hinreaktion exotherm oder endotherm ist. Nimm dann die Richtung, die Wärme aufnimmt.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Die Hinreaktion von CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3 H₂ ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur gesenkt wird?
    So fängst du an:
    Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
    Lösung zeigen
    1. Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist endotherm.
    3. Zur Eduktseite, K sinkt.
    Ergebnis:
    Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  2. ●11
    Die Hinreaktion von C(s) + CO₂ ⇌ 2 CO ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur gesenkt wird?
    Lösung zeigen
    1. Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist endotherm.
    3. Zur Eduktseite, K sinkt.
    Ergebnis:
    Zur Eduktseite, K sinkt
  3. ★12
    Die Hinreaktion von 2 CO + O₂ ⇌ 2 CO₂ ist exotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    Lösung zeigen
    1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist exotherm.
    3. Zur Eduktseite, K sinkt.
    Ergebnis:
    Zur Eduktseite, K sinkt

5Ich sage mit dem Prinzip von Le Chatelier die Wirkung von Konzentration, Druck und Katalysator voraus.

MerkenPrinzip von Le Chatelier

Das System weicht dem Zwang aus.

Mehr Edukt verschiebt zu den Produkten, mehr Druck zur Seite mit weniger Gasteilchen.

BeispielPrinzip von Le Chatelier: Konzentration, Druck, Katalysator

Wie reagiert das Gleichgewicht 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), wenn SO₂ zusätzlich zugegeben wird?
Schritt für Schritt
  1. Das System weicht dem Zwang aus.
  2. Es wirkt der Änderung entgegen.
  3. Es verschiebt sich zur Produktseite.
  1. Das System weicht dem Zwang aus.
  2. Es wirkt der Änderung entgegen.
  3. Es verschiebt sich zur Produktseite.
Ergebnis:
Es verschiebt sich zur Produktseite

AchtungGleichgewicht verschiebt sich in Richtung des Zwangs

So nicht
Fügt man Edukt zu, verschiebt sich das Gleichgewicht zu noch mehr Edukt.
So richtig
Das System weicht dem Zwang aus: Es verbraucht das zugegebene Edukt und bildet mehr Produkt.

Nenne den Zwang und frag dich, wie das System ihn verkleinern kann.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Bei N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ wird zusätzlich H₂ eingeleitet. Was geschieht?
    So fängst du an:
    Mehr H₂ ist ein Zwang.
    Lösung zeigen
    1. Mehr H₂ ist ein Zwang.
    2. Das System verbraucht H₂.
    3. Es entsteht mehr NH₃.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Produktseite, mehr NH₃ entsteht
  2. ●14
    Wie reagiert das Gleichgewicht H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), wenn H₂ zusätzlich zugegeben wird?
    Lösung zeigen
    1. Das System weicht dem Zwang aus.
    2. Es wirkt der Änderung entgegen.
    3. Es verschiebt sich zur Produktseite.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Produktseite
  3. ★15
    Im Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI wird der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht. Was folgt für die Lage?
    Lösung zeigen
    1. Links stehen zwei Gasteilchen: ein H₂ und ein I₂.
    2. Rechts stehen ebenfalls zwei: 2 HI.
    3. Ein Druckzwang begünstigt keine Seite.
    Ergebnis:
    Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen

6Ich leite das Massenwirkungsgesetz aus den Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion her (Leistungskurs).

MerkenHerleitung des MWG (Leistungskurs)

Im Gleichgewicht gilt v(hin) = v(rück), daraus folgt K = k(hin) : k(rück).

Gleich sind die Geschwindigkeiten, nicht die Konzentrationen.

BeispielHerleitung des Massenwirkungsgesetzes (Leistungskurs)

Eine Reaktion hat k(hin) = 1,00 und k(rück) = 2,00 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 1,00 : 2,00
  3. K = 0,50
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 1,00 : 2,00
  3. K = 0,50
Ergebnis:
0,50

AchtungKonzentrationen addiert statt multipliziert

So nicht
K = (c(C) + c(D)) : (c(A) + c(B)).
So richtig
Im MWG werden die Konzentrationen multipliziert: K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)).

Setze die Werte ein und multipliziere im Zähler und im Nenner getrennt.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,50 und k(rück) = 0,80 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = k(hin) : k(rück).
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,50 : 0,80
    3. K = 0,63
    Ergebnis:
    0,63
  2. ●17
    Für A + B ⇌ C + D gilt im Gleichgewicht v(hin) = v(rück). Welchen Wert hat K?
    Lösung zeigen
    1. v(hin) = k(hin) · c(A) · c(B), v(rück) = k(rück) · c(C) · c(D).
    2. Im Gleichgewicht sind beide gleich.
    3. Umstellen: c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)) = k(hin) : k(rück) = K.
    Ergebnis:
    K = k(hin) : k(rück)
  3. ★18
    Eine Reaktion hat k(hin) = 4,00 und k(rück) = 1,00 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 4,00 : 1,00
    3. K = 4,00
    Ergebnis:
    4,00

7Ich erkläre die säurekatalysierte Estersynthese mechanistisch und die Rolle des Katalysators (Leistungskurs).

MerkenEstersynthese (Leistungskurs)

Die Säure protoniert die Carbonylgruppe, der Alkohol greift an, Wasser wird abgespalten.

Die Lage ändert sich nicht.

BeispielSäurekatalysierte Estersynthese (Leistungskurs)

Welche Rolle spielt die Säure bei der Estersynthese?
Schritt für Schritt
  1. Das Proton lagert sich an den Sauerstoff der Carbonylgruppe an.
  2. Der Carbonylkohlenstoff wird dadurch positiver.
  3. Der Alkohol kann nun angreifen.
  1. Das Proton lagert sich an den Sauerstoff der Carbonylgruppe an.
  2. Der Carbonylkohlenstoff wird dadurch positiver.
  3. Der Alkohol kann nun angreifen.
Ergebnis:
Sie protoniert die Carbonylgruppe und aktiviert sie

AchtungKatalysator wird verbraucht

So nicht
Der Katalysator wird bei der Reaktion aufgebraucht oder ins Produkt eingebaut.
So richtig
Der Katalysator liegt am Ende unverändert vor. Er kann wieder verwendet werden.

Prüfe im Versuch, was nach der Reaktion übrig ist: Wiege den Katalysator vorher und nachher.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Wie heißt der Teilschritt, in dem das Alkoholmolekül an den protonierten Carbonylkohlenstoff tritt?
    So fängst du an:
    Der Alkohol hat freie Elektronenpaare am Sauerstoff.
    Lösung zeigen
    1. Der Alkohol hat freie Elektronenpaare am Sauerstoff.
    2. Er greift den positivierten Kohlenstoff an.
    3. Dieser Teilschritt heißt nucleophiler Angriff.
    Ergebnis:
    Nucleophiler Angriff
  2. ●20
    Aus Essigsäure und Pentan-1-ol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Pentan-1-ol liefert den Rest pentyl.
    3. Der Ester heißt Essigsäurepentylester.
    Ergebnis:
    Essigsäurepentylester
  3. ★21
    Warum nennt man die Estersynthese eine Kondensationsreaktion?
    Lösung zeigen
    1. Säure und Alkohol verbinden sich.
    2. Dabei wird ein Wassermolekül abgespalten.
    3. Verbinden unter Abspaltung eines kleinen Moleküls ist eine Kondensationsreaktion.
    Ergebnis:
    Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung

8Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf das Haber-Bosch-Verfahren an (Leistungskurs).

MerkenHaber-Bosch-Verfahren (Leistungskurs)

Hoher Druck und Entfernen von NH₃ erhöhen die Ausbeute.

Tiefe Temperatur auch, aber der Katalysator braucht etwa 450 Grad Celsius.

BeispielHaber-Bosch-Verfahren und MWG (Leistungskurs)

Die Ammoniaksynthese ist exotherm. Technisch arbeitet man bei etwa 450 Grad Celsius und nicht bei Raumtemperatur. Warum?
Schritt für Schritt
  1. Tiefe Temperatur begünstigt die exotherme Hinreaktion.
  2. Bei tiefer Temperatur ist die Reaktion aber sehr langsam.
  3. Die Technik wählt einen Kompromiss.
  1. Tiefe Temperatur begünstigt die exotherme Hinreaktion.
  2. Bei tiefer Temperatur ist die Reaktion aber sehr langsam.
  3. Die Technik wählt einen Kompromiss.
Ergebnis:
Bei niedriger Temperatur wäre die Reaktion zu langsam

AchtungTechnische Temperatur nur nach der Lage gewählt

So nicht
Für hohe Ausbeute braucht die Synthese eine hohe Temperatur oder eine tiefe, ohne Kompromiss.
So richtig
Tiefe Temperatur erhöht bei exothermer Reaktion die Ausbeute, macht aber die Reaktion zu langsam. Etwa 450 Grad Celsius sind ein Kompromiss.

Nenne zwei Fragen: Was verbessert die Lage? Was verbessert die Geschwindigkeit? Wähle dann einen Kompromiss.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Im Gleichgewicht N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt (in mol/L) c(N₂) = 4,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 4,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
    Lösung zeigen
    1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
    2. Einsetzen: c(N₂) = 4,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 4,0.
    3. K = 1,19 L²/mol²
    Ergebnis:
    1,19 L²/mol²
  2. ●23
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 4,0, c(SO₃) = 2,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    2. Einsetzen: c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 4,0, c(SO₃) = 2,0.
    3. K = 4,00 L/mol
    Ergebnis:
    4,00 L/mol
  3. ★24
    Im Gleichgewicht N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ gilt (in mol/L) c(N₂O₄) = 2,0, c(NO₂) = 1,5. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(NO₂) : (c(N₂O₄)).
    2. Einsetzen: c(N₂O₄) = 2,0, c(NO₂) = 1,5.
    3. K = 1,13 mol/L
    Ergebnis:
    1,13 mol/L

9Ich beschreibe das Löslichkeitsgleichgewicht mit dem Löslichkeitsprodukt und die konduktometrische Fällungstitration (Leistungskurs).

MerkenLöslichkeitsgleichgewicht (Leistungskurs)

KL ist das Produkt der Ionenkonzentrationen der gesättigten Lösung, ohne Feststoff.

Es fällt aus, wenn das Ionenprodukt KL übersteigt.

BeispielLöslichkeitsprodukt, Fällung und konduktometrische Titration (Leistungskurs)

Die Löslichkeit von Calciumfluorid in Wasser soll verringert werden. Welche Maßnahme wirkt?
Schritt für Schritt
  1. Gemeinsame Ionen erhöhen eine Konzentration im KL-Ausdruck.
  2. Das Produkt der Konzentrationen darf KL nicht übersteigen.
  3. Daher fällt Salz aus, die Löslichkeit sinkt.
  1. Gemeinsame Ionen erhöhen eine Konzentration im KL-Ausdruck.
  2. Das Produkt der Konzentrationen darf KL nicht übersteigen.
  3. Daher fällt Salz aus, die Löslichkeit sinkt.
Ergebnis:
Nach Zugabe von Calciumchloridlösung sinkt die Löslichkeit

AchtungGleichnamiges Ion erhöht die Löslichkeit

So nicht
Fügt man ein gemeinsames Ion zu, löst sich mehr Salz.
So richtig
Ein gemeinsames Ion erhöht eine Konzentration im Produkt. Damit KL gleich bleibt, fällt Salz aus: Die Löslichkeit sinkt.

Setze die erhöhte Konzentration in KL ein und berechne, wie die andere Ionenkonzentration sinken muss.

ÜbenJetzt du

  1. ○25
    KL(Bariumsulfat) = 1,1 · 10⁻¹⁰ mol²/L², M = 233 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 1. Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    So fängst du an:
    Beide Ionen haben die Konzentration L, also KL = L².
    Lösung zeigen
    1. Beide Ionen haben die Konzentration L, also KL = L².
    2. L = Wurzel aus KL = 10 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 2,4 mg/L
    Ergebnis:
    2,4 mg/L
  2. ●26
    KL(Calciumfluorid) = 3,9 · 10⁻¹¹ mol³/L³, M = 78 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 2 (ein Kation, zwei Anionen). Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    Lösung zeigen
    1. Ein Kation (L) und zwei Anionen (2 L): KL = L · (2 L)² = 4 L³.
    2. L = dritte Wurzel aus KL : 4 = 214 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 17 mg/L
    Ergebnis:
    17 mg/L
  3. ★27
    Die Löslichkeit von Calciumcarbonat in Wasser soll verringert werden. Welche Maßnahme wirkt?
    Lösung zeigen
    1. Gemeinsame Ionen erhöhen eine Konzentration im KL-Ausdruck.
    2. Das Produkt der Konzentrationen darf KL nicht übersteigen.
    3. Daher fällt Salz aus, die Löslichkeit sinkt.
    Ergebnis:
    Nach Zugabe von Natriumcarbonatlösung sinkt die Löslichkeit

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●28
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O ein. Was geschieht, nachdem die Konzentrationen konstant geworden sind?
    Lösung zeigen
    1. Konstante Konzentrationen zeigen gleiche Geschwindigkeiten an.
    2. Beide Reaktionen laufen weiter.
    3. Es wird gleich viel gebildet wie zerlegt.
    Ergebnis:
    Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  2. ●29
    Im Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI gilt (in mol/L) c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,60, c(HI) = 0,30. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(HI) : (c(H₂) · c(I₂)).
    2. Einsetzen: c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,60, c(HI) = 0,30.
    3. K = 0,50
    Ergebnis:
    0,50
  3. ●30
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 36. Je 2,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (2,0 − x)² = 36, Wurzel: 2 x : (2,0 − x) = 6.
    2. x = 2,0 · 6 : (2 + 6) = 1,50 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 3,00 mol
    Ergebnis:
    3,00 mol
  4. ●31
    Die Hinreaktion von C(s) + H₂O(g) ⇌ CO + H₂ ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    Lösung zeigen
    1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist endotherm.
    3. Zur Produktseite, K steigt.
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, K steigt
  5. ●32
    Wie reagiert das Gleichgewicht 2 CO(g) + O₂(g) ⇌ 2 CO₂(g), wenn der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht wird?
    Lösung zeigen
    1. Gasteilchen links: 3, rechts: 2.
    2. Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen.
    3. Es verschiebt sich zur Produktseite.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Produktseite
  6. ●33
    Aus Essigsäure und Methanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
    3. Der Ester heißt Essigsäuremethylester.
    Ergebnis:
    Essigsäuremethylester

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Dynamisches Gleichgewicht
Im Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion gleich schnell weiter.
Massenwirkungsgesetz
K = Produkte durch Edukte, Koeffizienten als Exponenten.
Rechnen mit dem MWG
Bei Δν = 0 kürzt sich das Volumen heraus.
Temperatur und K
K hängt nur von der Temperatur ab.
Prinzip von Le Chatelier
Das System weicht dem Zwang aus.
Herleitung des MWG (Leistungskurs)
Im Gleichgewicht gilt v(hin) = v(rück), daraus folgt K = k(hin) : k(rück).
Estersynthese (Leistungskurs)
Die Säure protoniert die Carbonylgruppe, der Alkohol greift an, Wasser wird abgespalten.
Haber-Bosch-Verfahren (Leistungskurs)
Hoher Druck und Entfernen von NH₃ erhöhen die Ausbeute.
Löslichkeitsgleichgewicht (Leistungskurs)
KL ist das Produkt der Ionenkonzentrationen der gesättigten Lösung, ohne Feststoff.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe die Umkehrbarkeit von Reaktionen und die Merkmale des dynamischen Gleichgewichts.

    34
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht CO₂(g) ⇌ CO₂(aq) in einer verschlossenen Sprudelflasche ein. Was geschieht, nachdem die Konzentrationen konstant geworden sind?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich

  2. Ich formuliere das Massenwirkungsgesetz und deute die Gleichgewichtskonstante K.

    35
    Bei konstanter Temperatur wird mehr Edukt zugegeben. Ändert sich K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, K hängt nur von der Temperatur ab

  3. Ich berechne Gleichgewichtskonzentrationen mit dem Massenwirkungsgesetz für Reaktionen mit Δν = 0, auch bei der Estersynthese.

    36
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 49. Je 1,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,56 mol

  4. Ich beschreibe die Temperaturabhängigkeit von K und ihren Einfluss auf die Gleichgewichtslage.

    37
    Die Hinreaktion von CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, K vergrößert sich

  5. Ich sage mit dem Prinzip von Le Chatelier die Wirkung von Konzentration, Druck und Katalysator voraus.

    38
    Wie reagiert das Gleichgewicht CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g), wenn ein Katalysator zugegeben wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich gar nicht

  6. Ich leite das Massenwirkungsgesetz aus den Geschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion her (Leistungskurs).

    39
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,50 und k(rück) = 0,80 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,63

  7. Ich erkläre die säurekatalysierte Estersynthese mechanistisch und die Rolle des Katalysators (Leistungskurs).

    40
    Aus Essigsäure und Butan-1-ol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Essigsäurebutylester

  8. Ich wende das Massenwirkungsgesetz auf das Haber-Bosch-Verfahren an (Leistungskurs).

    41
    Das Ammoniak wird laufend aus dem Gasgemisch auskondensiert. Wozu dient das?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Gleichgewicht verschiebt sich dadurch zum Ammoniak

  9. Ich beschreibe das Löslichkeitsgleichgewicht mit dem Löslichkeitsprodukt und die konduktometrische Fällungstitration (Leistungskurs).

    42
    KL(Bariumcarbonat) = 5,1 · 10⁻⁹ mol²/L², M = 197 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 1. Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    14 mg/L

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
Produkt
was herauskommt, wenn man malnimmt
Volumen
wie viel hineinpasst

Lösungen

  1. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  2. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  3. Es fließt weiter in beide Richtungen gleich viel
  4. Im Gleichgewicht überwiegen die Edukte
  5. 0,04
  6. 4,0
  7. 2,00 mol
  8. 0,71 mol
  9. 1,5 mol
  10. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  11. Zur Eduktseite, K sinkt
  12. Zur Eduktseite, K sinkt
  13. Es verschiebt sich zur Produktseite, mehr NH₃ entsteht
  14. Es verschiebt sich zur Produktseite
  15. Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen
  16. 0,63
  17. K = k(hin) : k(rück)
  18. 4,00
  19. Nucleophiler Angriff
  20. Essigsäurepentylester
  21. Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung
  22. 1,19 L²/mol²
  23. 4,00 L/mol
  24. 1,13 mol/L
  25. 2,4 mg/L
  26. 17 mg/L
  27. Nach Zugabe von Natriumcarbonatlösung sinkt die Löslichkeit
  28. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  29. 0,50
  30. 3,00 mol
  31. Zur Produktseite, K steigt
  32. Es verschiebt sich zur Produktseite
  33. Essigsäuremethylester
  34. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  35. Nein, K hängt nur von der Temperatur ab
  36. 1,56 mol
  37. Zur Produktseite, K vergrößert sich
  38. Es verschiebt sich gar nicht
  39. 0,63
  40. Essigsäurebutylester
  41. Das Gleichgewicht verschiebt sich dadurch zum Ammoniak
  42. 14 mg/L