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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

Für A ⇌ B sind im Gleichgewicht die Konzentrationen beider Stoffe konstant. Was folgt?
Schritt für Schritt
  1. Gleichgewicht bedeutet gleiche Geschwindigkeit beider Reaktionen.
  2. Die Konzentrationen hängen vom Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten ab.
  3. Sie bleiben konstant, ohne gleich zu sein.
  1. Gleichgewicht bedeutet gleiche Geschwindigkeit beider Reaktionen.
  2. Die Konzentrationen hängen vom Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten ab.
  3. Sie bleiben konstant, ohne gleich zu sein.
Ergebnis:
Sie sind konstant, aber nicht unbedingt gleich groß

AchtungIm Gleichgewicht sind alle Konzentrationen gleich

So nicht
Im Gleichgewicht haben Edukte und Produkte die gleiche Konzentration.
So richtig
Konzentrationen sind konstant, aber meist verschieden. Das Verhältnis legt K fest.

Rechne mit einer Reaktion mit K = 4: Welches Verhältnis der Konzentrationen folgt daraus?

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 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
  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

Bei konstanter Temperatur wird mehr Edukt zugegeben. Ändert sich K?
Schritt für Schritt
  1. K ist bei fester Temperatur konstant.
  2. Konzentrationsänderungen verschieben die Lage.
  3. Nach der Einstellung gilt wieder derselbe K-Wert.
  1. K ist bei fester Temperatur konstant.
  2. Konzentrationsänderungen verschieben die Lage.
  3. Nach der Einstellung gilt wieder derselbe K-Wert.
Ergebnis:
Nein, K hängt nur von der Temperatur ab

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
    Wie lautet das Massenwirkungsgesetz für N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃?
    So fängst du an:
    Produkte stehen im Zähler, Edukte im Nenner.
    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))
  2. ●5
    Im Gleichgewicht A + B ⇌ C + D gilt (in mol/L) c(A) = 0,40, c(B) = 0,25, c(C) = 0,25, c(D) = 0,60. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)).
    2. Einsetzen: c(A) = 0,40, c(B) = 0,25, c(C) = 0,25, c(D) = 0,60.
    3. K = 1,50
    Ergebnis:
    1,50
  3. ★6
    Im Gleichgewicht A + B ⇌ C + D gilt (in mol/L) c(A) = 0,20, c(B) = 0,25, c(C) = 0,20, c(D) = 0,30. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)).
    2. Einsetzen: c(A) = 0,20, c(B) = 0,25, c(C) = 0,20, c(D) = 0,30.
    3. K = 1,20
    Ergebnis:
    1,20

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 = 4. Anfangs liegen nur A und B vor, je 1,5 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
Schritt für Schritt
  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
  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

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 2,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    So fängst du an:
    K = (2 x)² : (2,0 − x)² = 16, Wurzel: 2 x : (2,0 − x) = 4.
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (2,0 − x)² = 16, Wurzel: 2 x : (2,0 − x) = 4.
    2. x = 2,0 · 4 : (2 + 4) = 1,33 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 2,67 mol
    Ergebnis:
    2,67 mol
  2. ●8
    A + B ⇌ C + D mit K = 16. 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 = 16, Wurzel: x : (1,5 − x) = 4.
    2. x = 1,5 · 4 : (1 + 4)
    3. x = 1,20 mol
    Ergebnis:
    1,20 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 H₂ + I₂ ⇌ 2 HI ist exotherm. 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 exotherm.
    3. Zur Produktseite, K steigt.
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, K steigt
  2. ●11
    Die Hinreaktion von 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ 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 vergrößert sich
  3. ★12
    Die Hinreaktion von N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ 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 N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), wenn NH₃ zusätzlich zugegeben wird?
Schritt für Schritt
  1. Das System weicht dem Zwang aus.
  2. Es wirkt der Änderung entgegen.
  3. Es verschiebt sich zur Eduktseite.
  1. Das System weicht dem Zwang aus.
  2. Es wirkt der Änderung entgegen.
  3. Es verschiebt sich zur Eduktseite.
Ergebnis:
Es verschiebt sich Richtung Eduktseite

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 PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g), wenn ein Katalysator zugegeben wird?
    So fängst du an:
    Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen.
    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
  2. ●14
    Wie reagiert das Gleichgewicht CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), wenn CO₂ 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
  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) = 1,00 (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 : 1,00
    3. K = 0,50
    Ergebnis:
    0,50
  2. ●17
    Eine Reaktion hat k(hin) = 1,00 und k(rück) = 0,40 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 1,00 : 0,40
    3. K = 2,50
    Ergebnis:
    2,50
  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)

Die Estersynthese hat K von etwa 4. Wie lässt sich die Ausbeute erhöhen?
Schritt für Schritt
  1. Nach Le Chatelier verschiebt ein Überschuss die Lage zu den Produkten.
  2. Entfernt man Wasser, geschieht dasselbe.
  3. So steigt die Esterausbeute.
  1. Nach Le Chatelier verschiebt ein Überschuss die Lage zu den Produkten.
  2. Entfernt man Wasser, geschieht dasselbe.
  3. So steigt die Esterausbeute.
Ergebnis:
Alkohol im Überschuss einsetzen oder Wasser entfernen

AchtungKatalysator verschiebt das Gleichgewicht

So nicht
Ein Katalysator erhöht die Ausbeute oder lässt K steigen.
So richtig
Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleich stark. Die Lage und K bleiben unverändert, das Gleichgewicht wird nur früher erreicht.

Zeichne das Energiediagramm mit Katalysator und markiere beide Aktivierungsenergien. Was ändert sich nicht?

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Aus Buttersäure und Methanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    So fängst du an:
    Die Säure Buttersäure liefert den Säureteil.
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Buttersäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
    3. Der Ester heißt Buttersäuremethylester.
    Ergebnis:
    Buttersäuremethylester
  2. ●20
    Aus Ameisensäure und Ethanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Ameisensäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Ethanol liefert den Rest ethyl.
    3. Der Ester heißt Ameisensäureethylester.
    Ergebnis:
    Ameisensäureethylester
  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)

Das Ammoniak wird laufend aus dem Gasgemisch auskondensiert. Wozu dient das?
Schritt für Schritt
  1. Das Entfernen eines Produkts ist ein Zwang.
  2. Das System weicht aus und bildet neues Produkt.
  3. Das nicht umgesetzte Gas wird zurückgeführt.
  1. Das Entfernen eines Produkts ist ein Zwang.
  2. Das System weicht aus und bildet neues Produkt.
  3. Das nicht umgesetzte Gas wird zurückgeführt.
Ergebnis:
Das Gleichgewicht verschiebt sich dadurch zum Ammoniak

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. ○22
    Im Gleichgewicht CO + 2 H₂ ⇌ CH₃OH gilt (in mol/L) c(CO) = 0,5, c(H₂) = 4,0, c(CH₃OH) = 2,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c(CH₃OH) : (c(CO) · c²(H₂)).
    Lösung zeigen
    1. K = c(CH₃OH) : (c(CO) · c²(H₂)).
    2. Einsetzen: c(CO) = 0,5, c(H₂) = 4,0, c(CH₃OH) = 2,0.
    3. K = 0,25 L²/mol²
    Ergebnis:
    0,25 L²/mol²
  2. ●23
    Im Gleichgewicht N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt (in mol/L) c(N₂) = 1,5, c(H₂) = 3,0, c(NH₃) = 4,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
    2. Einsetzen: c(N₂) = 1,5, c(H₂) = 3,0, c(NH₃) = 4,0.
    3. K = 0,40 L²/mol²
    Ergebnis:
    0,40 L²/mol²
  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)

KL(Strontiumsulfat) = 3,4 · 10⁻⁷ mol²/L², M = 184 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 1. Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
Schritt für Schritt
  1. Beide Ionen haben die Konzentration L, also KL = L².
  2. L = Wurzel aus KL = 583 µmol/L.
  3. In Masse: L · M = 107 mg/L
  1. Beide Ionen haben die Konzentration L, also KL = L².
  2. L = Wurzel aus KL = 583 µmol/L.
  3. In Masse: L · M = 107 mg/L
Ergebnis:
107 mg/L

AchtungLöslichkeit aus KL mit falschem Exponenten berechnet

So nicht
Für AgCl und CaF₂ gilt dieselbe Formel: L ist die Wurzel aus KL.
So richtig
Bei 1 : 1 gilt KL = L², bei 1 : 2 gilt KL = 4 L³. Zuerst die Formel des Salzes, dann der Ansatz.

Schreib die Gleichgewichtsgleichung des Salzes auf und trage die Konzentrationen der Ionen in L ein. Setze dann in KL ein.

ÜbenJetzt du

  1. ○25
    Die Löslichkeit von Calciumfluorid in Wasser soll verringert werden. Welche Maßnahme wirkt?
    So fängst du an:
    Gemeinsame Ionen erhöhen eine Konzentration im KL-Ausdruck.
    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 Calciumchloridlösung sinkt die Löslichkeit
  2. ●26
    KL(Magnesiumhydroxid) = 5,6 · 10⁻¹² mol³/L³, M = 58 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 = 112 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 6,5 mg/L
    Ergebnis:
    6,5 mg/L
  3. ★27
    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
    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

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 CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ gilt (in mol/L) c(CO) = 0,40, c(H₂O) = 0,40, c(CO₂) = 0,30, c(H₂) = 0,30. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
    2. Einsetzen: c(CO) = 0,40, c(H₂O) = 0,40, c(CO₂) = 0,30, c(H₂) = 0,30.
    3. K = 0,56
    Ergebnis:
    0,56
  3. ●30
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 36. Je 1,5 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (1,5 − x)² = 36, Wurzel: 2 x : (1,5 − x) = 6.
    2. x = 1,5 · 6 : (2 + 6) = 1,13 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 2,25 mol
    Ergebnis:
    2,25 mol
  4. ●31
    Die Hinreaktion von 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ 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
  5. ●32
    Bei 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ wird der Druck erhöht. Wohin verschiebt sich das Gleichgewicht?
    Lösung zeigen
    1. Eduktseite: 3 Gasteilchen, Produktseite: 2 Gasteilchen.
    2. Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Teilchen.
    3. Das Gleichgewicht verschiebt sich zu SO₃.
    Ergebnis:
    Zur Produktseite, dort sind weniger Gasteilchen
  6. ●33
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,20 und k(rück) = 0,40 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,20 : 0,40
    3. K = 0,50
    Ergebnis:
    0,50

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 CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) 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
    Im Gleichgewicht A + B ⇌ C + D gilt (in mol/L) c(A) = 0,30, c(B) = 0,25, c(C) = 0,20, c(D) = 0,25. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,67

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

    36
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 16. Je 1,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,33 mol

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

    37
    Die Hinreaktion von 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ ist exotherm. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht, wenn die Temperatur erhöht wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zur Eduktseite, K sinkt

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

    38
    Ein Katalysator wird zu einem Gleichgewichtsgemisch gegeben. Was bewirkt er für die Lage?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Lage bleibt gleich, nur die Einstellung geht schneller

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

    39
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,80 und k(rück) = 1,00 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,80

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

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

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

    41
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 1,0, c(O₂) = 0,5, c(SO₃) = 0,5. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,50 L/mol

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

    42
    KL(Calciumcarbonat) = 3,3 · 10⁻⁹ mol²/L², M = 100 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 1. Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5,7 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. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂))
  5. 1,50
  6. 1,20
  7. 2,67 mol
  8. 1,20 mol
  9. 1,5 mol
  10. Zur Produktseite, K steigt
  11. Zur Produktseite, K vergrößert sich
  12. Zur Eduktseite, K sinkt
  13. Es verschiebt sich überhaupt nicht
  14. Es verschiebt sich zur Produktseite
  15. Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen
  16. 0,50
  17. 2,50
  18. K steigt, weil der Quotient k(hin) : k(rück) wächst
  19. Buttersäuremethylester
  20. Ameisensäureethylester
  21. Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung
  22. 0,25 L²/mol²
  23. 0,40 L²/mol²
  24. 4,5 L²/mol²
  25. Nach Zugabe von Calciumchloridlösung sinkt die Löslichkeit
  26. 6,5 mg/L
  27. 2,4 mg/L
  28. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  29. 0,56
  30. 2,25 mol
  31. Zur Eduktseite, K sinkt
  32. Zur Produktseite, dort sind weniger Gasteilchen
  33. 0,50
  34. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  35. 0,67
  36. 1,33 mol
  37. Zur Eduktseite, K sinkt
  38. Die Lage bleibt gleich, nur die Einstellung geht schneller
  39. 0,80
  40. Essigsäurepropylester
  41. 0,50 L/mol
  42. 5,7 mg/L