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Chemie · Klasse 12 · Kapitel

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Umkehrbare Reaktionen – Hin- und Rückreaktion

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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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 welchem System stellt sich ein Gleichgewicht ein?
Schritt für Schritt
  1. Das Gleichgewicht braucht beide Reaktionsrichtungen.
  2. Die Rückreaktion braucht die Produkte.
  3. Sie dürfen das System nicht verlassen.
  1. Das Gleichgewicht braucht beide Reaktionsrichtungen.
  2. Die Rückreaktion braucht die Produkte.
  3. Sie dürfen das System nicht verlassen.
Ergebnis:
In einem geschlossenen System ohne Stoffaustausch

AchtungOffenes, geschlossenes und isoliertes System verwechselt

So nicht
Eine verschlossene Thermoskanne ist ein geschlossenes System, weil sie zu ist.
So richtig
Offen: Stoff und Energie werden ausgetauscht. Geschlossen: nur Energie. Isoliert: weder Stoff noch Energie. Eine ideale Thermoskanne ist isoliert.

Prüfe zwei Fragen getrennt: Tritt Stoff durch die Grenze? Tritt Wärme durch die Grenze?

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ 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 CO₂(g) ⇌ CO₂(aq) in einer verschlossenen Sprudelflasche 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 CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ gilt (in mol/L) c(CO) = 0,25, c(H₂O) = 0,25, c(CO₂) = 0,10, c(H₂) = 0,40. Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
  2. Einsetzen: c(CO) = 0,25, c(H₂O) = 0,25, c(CO₂) = 0,10, c(H₂) = 0,40.
  3. K = 0,64
  1. K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
  2. Einsetzen: c(CO) = 0,25, c(H₂O) = 0,25, c(CO₂) = 0,10, c(H₂) = 0,40.
  3. K = 0,64
Ergebnis:
0,64

AchtungZähler und Nenner im MWG vertauscht

So nicht
Wie lautet das Massenwirkungsgesetz für N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ → K = (c(N₂) · c³(H₂)) : c²(NH₃)
So richtig
Wie lautet das Massenwirkungsgesetz für N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ → 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
    Im Gleichgewicht 2 HI ⇌ H₂ + I₂ gilt (in mol/L) c(HI) = 0,30, c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,60. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
    Lösung zeigen
    1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
    2. Einsetzen: c(HI) = 0,30, c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,60.
    3. K = 2,00
    Ergebnis:
    2,00
  2. ●5
    Wie lautet das Massenwirkungsgesetz für N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃?
    Lösung zeigen
    1. Produkte stehen im Zähler, Edukte im Nenner.
    2. Koeffizienten werden zu Exponenten.
    3. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂))
    Ergebnis:
    K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂))
  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

H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 9. Je 3,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
Schritt für Schritt
  1. K = (2 x)² : (3,0 − x)² = 9, Wurzel: 2 x : (3,0 − x) = 3.
  2. x = 3,0 · 3 : (2 + 3) = 1,80 mol.
  3. n(HI) = 2 x = 3,60 mol
  1. K = (2 x)² : (3,0 − x)² = 9, Wurzel: 2 x : (3,0 − x) = 3.
  2. x = 3,0 · 3 : (2 + 3) = 1,80 mol.
  3. n(HI) = 2 x = 3,60 mol
Ergebnis:
3,60 mol

AchtungRestmenge statt Produktmenge angegeben

So nicht
Gefragt ist die Menge Ester, ich gebe die Restmenge der Säure an.
So richtig
x ist die Menge des Produkts, 1 − x die Restmenge des Edukts. Gefragt war x.

Schreib neben jede Zahl den Stoff. Lies die Frage noch einmal und wähle die passende Menge.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    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?
    So fängst du an:
    K = (2 x)² : (1 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (1 − x) = 7.
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (1 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (1 − x) = 7.
    2. 2 x = 7 − 7 x, also x = 0,78 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 1,56 mol
    Ergebnis:
    1,56 mol
  2. ●8
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 49. Je 3,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (3,0 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (3,0 − x) = 7.
    2. x = 3,0 · 7 : (2 + 7) = 2,33 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 4,67 mol
    Ergebnis:
    4,67 mol
  3. ★9
    A + B ⇌ C + D mit K = 4. Anfangs liegen nur A und B vor, je 1,5 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (1,5 − x)² = 4, Wurzel: x : (1,5 − x) = 2.
    2. x = 1,5 · 2 : (1 + 2)
    3. x = 1,00 mol
    Ergebnis:
    1,00 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 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ ist exotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
Schritt für Schritt
  1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist exotherm.
  3. Zur Eduktseite, K sinkt.
  1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist exotherm.
  3. Zur Eduktseite, K sinkt.
Ergebnis:
Zur Eduktseite, K verkleinert sich

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 N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ ist endotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    So fängst du an:
    Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
    Lösung zeigen
    1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist endotherm.
    3. Zur Produktseite, K steigt.
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, K steigt
  2. ●11
    Warum verschiebt Erwärmung ein Gleichgewicht zur endothermen Seite?
    Lösung zeigen
    1. Erwärmen ist ein Zwang: Wärme wird zugeführt.
    2. Das System weicht aus.
    3. Dazu läuft die Wärme verbrauchende, endotherme Richtung stärker.
    Ergebnis:
    Das System weicht aus und nimmt die zugeführte Wärme auf
  3. ★12
    Die Hinreaktion von PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂ 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 verkleinert sich

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 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), wenn HI laufend entfernt 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
    Wie reagiert das Gleichgewicht H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g), wenn der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht wird?
    So fängst du an:
    Gasteilchen links: 2, rechts: 2.
    Lösung zeigen
    1. Gasteilchen links: 2, rechts: 2.
    2. Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen.
    3. Es verschiebt sich gar nicht.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich überhaupt nicht
  2. ●14
    Wie reagiert das Gleichgewicht N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), wenn ein Katalysator zugegeben wird?
    Lösung zeigen
    1. Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen.
    2. Die Lage ändert sich nicht.
    3. Es verschiebt sich gar nicht.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich überhaupt nicht
  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) = 0,20 und k(rück) = 0,80 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 0,20 : 0,80
  3. K = 0,25
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 0,20 : 0,80
  3. K = 0,25
Ergebnis:
0,25

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) = 0,20 und k(rück) = 0,25 (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 = 0,20 : 0,25
    3. K = 0,80
    Ergebnis:
    0,80
  2. ●17
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,40 und k(rück) = 0,10 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,40 : 0,10
    3. K = 4,0
    Ergebnis:
    4,0
  3. ★18
    Bei Erwärmung wächst k(hin) einer endothermen Hinreaktion stärker als k(rück). Was folgt für K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. k(hin) wächst stärker als k(rück).
    3. Der Quotient und damit K steigen.
    Ergebnis:
    K steigt, weil der Quotient k(hin) : k(rück) wächst

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)

Aus Essigsäure und Methanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
Schritt für Schritt
  1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
  2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
  3. Der Ester heißt Essigsäuremethylester.
  1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
  2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
  3. Der Ester heißt Essigsäuremethylester.
Ergebnis:
Essigsäuremethylester

AchtungEster falsch benannt

So nicht
Aus Essigsäure und Ethanol entsteht Essigsäuremethylester.
So richtig
Der Name besteht aus dem Säurenamen und dem Alkylrest des Alkohols: Essigsäure plus Ethanol ergibt Essigsäureethylester.

Schreib die Namen der Säure und des Alkylrests nebeneinander und setze sie zum Estername zusammen.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Welche Rolle spielt die Säure bei der Estersynthese?
    So fängst du an:
    Das Proton lagert sich an den Sauerstoff der Carbonylgruppe an.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    Aus Buttersäure und Methanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Buttersäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
    3. Der Ester heißt Buttersäuremethylester.
    Ergebnis:
    Buttersäuremethylester
  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)

Warum arbeitet man bei der Ammoniaksynthese bei hohem Druck?
Schritt für Schritt
  1. Links stehen 4 Gasteilchen, rechts 2.
  2. Hoher Druck begünstigt die Seite mit weniger Teilchen.
  3. Die Ausbeute an NH₃ steigt.
  1. Links stehen 4 Gasteilchen, rechts 2.
  2. Hoher Druck begünstigt die Seite mit weniger Teilchen.
  3. Die Ausbeute an NH₃ steigt.
Ergebnis:
Rechts sind weniger Gasteilchen, Druck erhöht die Ausbeute

AchtungWirkung des Drucks falsch vorhergesagt

So nicht
Höherer Druck verschiebt das Gleichgewicht zur Seite mit mehr Gasteilchen oder zu der Seite mit mehr Stoffen.
So richtig
Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen. Sind es auf beiden Seiten gleich viele, bleibt die Lage unverändert.

Zähle die Gasteilchen auf beiden Seiten. Gehe zur Seite mit der kleineren Zahl.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 1,5, c(O₂) = 1,5, c(SO₃) = 4,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    Lösung zeigen
    1. K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    2. Einsetzen: c(SO₂) = 1,5, c(O₂) = 1,5, c(SO₃) = 4,0.
    3. K = 4,74 L/mol
    Ergebnis:
    4,74 L/mol
  2. ●23
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 0,5, c(SO₃) = 1,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    2. Einsetzen: c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 0,5, c(SO₃) = 1,0.
    3. K = 8,00 L/mol
    Ergebnis:
    8,00 L/mol
  3. ★24
    Für N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt c(N₂) = 1,0, c(H₂) = 2,0 und c(NH₃) = 6,0 mol/L. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
    2. K = 36 : (1,0 · 8,0).
    3. K = 4,5 L²/mol²
    Ergebnis:
    4,5 L²/mol²

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 Calciumhydroxid 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(Eisen(II)-hydroxid) = 4,9 · 10⁻¹⁷ mol³/L³, M = 90 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 2 (ein Kation, zwei Anionen). Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    So fängst du an:
    Ein Kation (L) und zwei Anionen (2 L): KL = L · (2 L)² = 4 L³.
    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 = 2,3 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 0,21 mg/L
    Ergebnis:
    0,21 mg/L
  2. ●26
    KL(Silberbromid) = 5,0 · 10⁻¹³ mol²/L², M = 188 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 1. Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    Lösung zeigen
    1. Beide Ionen haben die Konzentration L, also KL = L².
    2. L = Wurzel aus KL = 0,71 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 0,13 mg/L
    Ergebnis:
    0,13 mg/L
  3. ★27
    Natriumchloridlösung wird mit Silbernitratlösung titriert und die Leitfähigkeit gemessen. Wie verläuft sie?
    Lösung zeigen
    1. Bis zum Äquivalenzpunkt wird Cl⁻ durch NO₃⁻ ersetzt.
    2. Beide leiten ähnlich gut, die Leitfähigkeit ändert sich kaum.
    3. Danach wachsen die Ionen im Überschuss, sie steigt.
    Ergebnis:
    Erst fast konstant, dann ansteigend

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 2 NO₂ ⇌ N₂O₄ 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 A + B ⇌ C + D gilt (in mol/L) c(A) = 0,80, c(B) = 0,60, c(C) = 0,80, c(D) = 0,25. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)).
    2. Einsetzen: c(A) = 0,80, c(B) = 0,60, c(C) = 0,80, c(D) = 0,25.
    3. K = 0,42
    Ergebnis:
    0,42
  3. ●30
    A + B ⇌ C + D mit K = 16. Anfangs liegen nur A und B vor, je 3,0 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (3,0 − x)² = 16, Wurzel: x : (3,0 − x) = 4.
    2. x = 3,0 · 4 : (1 + 4)
    3. x = 2,40 mol
    Ergebnis:
    2,40 mol
  4. ●31
    Die Hinreaktion von N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ ist exotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur gesenkt wird?
    Lösung zeigen
    1. Abkühlen begünstigt die exotherme Richtung.
    2. Die Hinreaktion ist exotherm.
    3. Zur Produktseite, K steigt.
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, K steigt
  5. ●32
    Wie reagiert das Gleichgewicht 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), wenn SO₃ laufend entfernt 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
  6. ●33
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,80 und k(rück) = 0,50 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,80 : 0,50
    3. K = 1,60
    Ergebnis:
    1,60

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 welchem System stellt sich ein Gleichgewicht ein?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    In einem geschlossenen System ohne Stoffaustausch

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

    35
    Im Gleichgewicht 2 HI ⇌ H₂ + I₂ gilt (in mol/L) c(HI) = 0,10, c(H₂) = 0,40, c(I₂) = 0,40. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16,00

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

    36
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 9. Je 1,5 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,80 mol

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

    37
    Die Hinreaktion von CO + 2 H₂ ⇌ CH₃OH ist exotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zur Eduktseite, K verkleinert sich

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

    38
    Wie reagiert das Gleichgewicht N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), wenn der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Produktseite

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

    39
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,40 und k(rück) = 0,25 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,60

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

    40
    Wie heißt der Teilschritt, in dem das Alkoholmolekül an den protonierten Carbonylkohlenstoff tritt?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nucleophiler Angriff

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

    41
    Im Gleichgewicht N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt (in mol/L) c(N₂) = 3,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 2,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,40 L²/mol²

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

    42
    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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2,4 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. 2,00
  5. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂))
  6. 4,0
  7. 1,56 mol
  8. 4,67 mol
  9. 1,00 mol
  10. Zur Produktseite, K steigt
  11. Das System weicht aus und nimmt die zugeführte Wärme auf
  12. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  13. Es verschiebt sich überhaupt nicht
  14. Es verschiebt sich überhaupt nicht
  15. Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen
  16. 0,80
  17. 4,0
  18. K steigt, weil der Quotient k(hin) : k(rück) wächst
  19. Sie protoniert die Carbonylgruppe und aktiviert sie
  20. Buttersäuremethylester
  21. Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung
  22. 4,74 L/mol
  23. 8,00 L/mol
  24. 4,5 L²/mol²
  25. 0,21 mg/L
  26. 0,13 mg/L
  27. Erst fast konstant, dann ansteigend
  28. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  29. 0,42
  30. 2,40 mol
  31. Zur Produktseite, K steigt
  32. Es verschiebt sich zur Produktseite
  33. 1,60
  34. In einem geschlossenen System ohne Stoffaustausch
  35. 16,00
  36. 1,80 mol
  37. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  38. Es verschiebt sich zur Produktseite
  39. 1,60
  40. Nucleophiler Angriff
  41. 0,40 L²/mol²
  42. 2,4 mg/L