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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 einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ 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 welchem System stellt sich ein Gleichgewicht ein?
    So fängst du an:
    Das Gleichgewicht braucht beide Reaktionsrichtungen.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●2
    In einem geschlossenen Gefäß stellt sich das Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI 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

AchtungK ändert sich mit der Konzentration

So nicht
Gibt man mehr Edukt zu, steigt oder sinkt K.
So richtig
K hängt nur von der Temperatur ab. Bei Zugabe verschiebt sich die Lage, bis das Verhältnis wieder K entspricht.

Rechne vor und nach einer Störung den Quotienten aus und vergleiche beide Werte nach Einstellung des neuen Gleichgewichts.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Im Gleichgewicht H₂ + I₂ ⇌ 2 HI gilt (in mol/L) c(H₂) = 0,25, c(I₂) = 0,10, c(HI) = 0,60. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c²(HI) : (c(H₂) · c(I₂)).
    Lösung zeigen
    1. K = c²(HI) : (c(H₂) · c(I₂)).
    2. Einsetzen: c(H₂) = 0,25, c(I₂) = 0,10, c(HI) = 0,60.
    3. K = 14,40
    Ergebnis:
    14,40
  2. ●5
    Im Gleichgewicht A + B ⇌ C + D gilt (in mol/L) c(A) = 0,40, c(B) = 0,40, c(C) = 0,30, c(D) = 0,50. 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) = 0,40, c(C) = 0,30, c(D) = 0,50.
    3. K = 0,94
    Ergebnis:
    0,94
  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 = 49. Je 1,0 mol H₂ und I₂ werden eingesetzt. Bestimme: Wie viel mol HI liegen im Gleichgewicht vor?
Schritt für Schritt
  1. K = (2 x)² : (1,0 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (1,0 − x) = 7.
  2. x = 1,0 · 7 : (2 + 7) = 0,78 mol.
  3. n(HI) = 2 x = 1,56 mol
  1. K = (2 x)² : (1,0 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (1,0 − x) = 7.
  2. x = 1,0 · 7 : (2 + 7) = 0,78 mol.
  3. n(HI) = 2 x = 1,56 mol
Ergebnis:
1,56 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
    A + B ⇌ C + D mit K = 9. Anfangs liegen nur A und B vor, je 1,5 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    So fängst du an:
    K = x² : (1,5 − x)² = 9, Wurzel: x : (1,5 − x) = 3.
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (1,5 − x)² = 9, Wurzel: x : (1,5 − x) = 3.
    2. x = 1,5 · 3 : (1 + 3)
    3. x = 1,13 mol
    Ergebnis:
    1,13 mol
  2. ●8
    A + B ⇌ C + D mit K = 16. Anfangs liegen nur A und B vor, je 0,5 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (0,5 − x)² = 16, Wurzel: x : (0,5 − x) = 4.
    2. x = 0,5 · 4 : (1 + 4)
    3. x = 0,40 mol
    Ergebnis:
    0,40 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 erhöht wird?
Schritt für Schritt
  1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist endotherm.
  3. Zur Produktseite, K steigt.
  1. Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
  2. Die Hinreaktion ist endotherm.
  3. Zur Produktseite, K steigt.
Ergebnis:
Zur Produktseite, K steigt

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 PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂ 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
    N₂O₄ (farblos) ⇌ 2 NO₂ (braun) ist endotherm. Das Gefäß wird in heißes Wasser gestellt. Was ist zu beobachten?
    Lösung zeigen
    1. Die Hinreaktion nimmt Wärme auf.
    2. Erwärmen verschiebt das Gleichgewicht zur Seite des NO₂.
    3. Das braune Gas nimmt zu, die Farbe wird dunkler.
    Ergebnis:
    Die Farbe wird dunkler, es entsteht mehr NO₂
  3. ★12
    Eine Reaktion hat K = 0,5 bei 300 K und K = 5 bei 500 K. Welche Aussage gilt für die Hinreaktion?
    Lösung zeigen
    1. K wächst mit der Temperatur.
    2. Das passiert bei Begünstigung der Hinreaktion durch Wärme.
    3. Die Hinreaktion ist endotherm.
    Ergebnis:
    Sie ist endotherm, K steigt mit der Temperatur

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 NH₃(g) ⇌ N₂(g) + 3 H₂(g), wenn der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht wird?
Schritt für Schritt
  1. Gasteilchen links: 2, rechts: 4.
  2. Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen.
  3. Es verschiebt sich zur Eduktseite.
  1. Gasteilchen links: 2, rechts: 4.
  2. Höherer Druck begünstigt die Seite mit weniger Gasteilchen.
  3. Es verschiebt sich zur Eduktseite.
Ergebnis:
Es verschiebt sich zur Eduktseite

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. ○13
    Wie reagiert das Gleichgewicht CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), wenn CO₂ laufend entfernt wird?
    So fängst du an:
    Das System weicht dem Zwang aus.
    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
  2. ●14
    Ein Katalysator wird zu einem Gleichgewichtsgemisch gegeben. Was bewirkt er für die Lage?
    Lösung zeigen
    1. Der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie beider Richtungen.
    2. Beide Reaktionen werden gleich stark beschleunigt.
    3. Die Lage bleibt, das Gleichgewicht ist früher erreicht.
    Ergebnis:
    Die Lage bleibt gleich, nur die Einstellung geht schneller
  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) = 0,80 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 1,00 : 0,80
  3. K = 1,25
  1. K = k(hin) : k(rück).
  2. K = 1,00 : 0,80
  3. K = 1,25
Ergebnis:
1,25

AchtungQuotient der Geschwindigkeitskonstanten umgedreht

So nicht
K = k(rück) : k(hin).
So richtig
Aus k(hin) · c(A) · c(B) = k(rück) · c(C) · c(D) folgt K = c(C) · c(D) : (c(A) · c(B)) = k(hin) : k(rück).

Setze die Geschwindigkeiten gleich und löse nach dem Quotienten der Konzentrationen auf. Lies ab, welches k oben steht.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,40 und k(rück) = 0,10 (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 = 0,40 : 0,10
    3. K = 4,0
    Ergebnis:
    4,0
  2. ●17
    Eine Reaktion hat k(hin) = 0,50 und k(rück) = 2,00 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,50 : 2,00
    3. K = 0,25
    Ergebnis:
    0,25
  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)

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 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)

Im Gleichgewicht N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ gilt (in mol/L) c(N₂O₄) = 1,0, c(NO₂) = 4,0. Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = c²(NO₂) : (c(N₂O₄)).
  2. Einsetzen: c(N₂O₄) = 1,0, c(NO₂) = 4,0.
  3. K = 16,00 mol/L
  1. K = c²(NO₂) : (c(N₂O₄)).
  2. Einsetzen: c(N₂O₄) = 1,0, c(NO₂) = 4,0.
  3. K = 16,00 mol/L
Ergebnis:
16,00 mol/L

AchtungKoeffizienten nicht als Exponenten geschrieben

So nicht
K = c(NH₃) : (c(N₂) · c(H₂)).
So richtig
Die Koeffizienten der Gleichung werden zu Exponenten: K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).

Schreib die Koeffizienten aus der Gleichung als Hochzahlen an die Konzentrationen.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 1,5, c(O₂) = 3,0, c(SO₃) = 2,0. 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) = 3,0, c(SO₃) = 2,0.
    3. K = 0,59 L/mol
    Ergebnis:
    0,59 L/mol
  2. ●23
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 3,0, c(SO₃) = 0,5. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    2. Einsetzen: c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 3,0, c(SO₃) = 0,5.
    3. K = 0,33 L/mol
    Ergebnis:
    0,33 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)

Wie lautet der Ausdruck für das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid, AgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻?
Schritt für Schritt
  1. Die gesättigte Lösung enthält Ag⁺ und Cl⁻.
  2. Der Feststoff geht nicht ein.
  3. KL = c(Ag⁺) · c(Cl⁻)
  1. Die gesättigte Lösung enthält Ag⁺ und Cl⁻.
  2. Der Feststoff geht nicht ein.
  3. KL = c(Ag⁺) · c(Cl⁻)
Ergebnis:
KL = c(Ag⁺) · c(Cl⁻)

AchtungFeststoff im Löslichkeitsprodukt

So nicht
KL = c(Ag⁺) · c(Cl⁻) : c(AgCl).
So richtig
Der Feststoff hat eine konstante Dichte und steht nicht im Ausdruck: KL = c(Ag⁺) · c(Cl⁻).

Schreib nur die gelösten Ionen mit ihren Exponenten auf und lasse die Feststoffe weg.

ÜbenJetzt du

  1. ○25
    Die Löslichkeit von Magnesiumhydroxid 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 Magnesiumsulfatlösung sinkt die Löslichkeit
  2. ●26
    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?
    Lösung zeigen
    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
  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 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ 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 2 HI ⇌ H₂ + I₂ gilt (in mol/L) c(HI) = 0,10, c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,20. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
    2. Einsetzen: c(HI) = 0,10, c(H₂) = 0,30, c(I₂) = 0,20.
    3. K = 6,00
    Ergebnis:
    6,00
  3. ●30
    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?
    Lösung zeigen
    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
  4. ●31
    Die Hinreaktion von CO + 2 H₂ ⇌ CH₃OH 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 verkleinert sich
  5. ●32
    Wie reagiert das Gleichgewicht N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), wenn NH₃ zusätzlich zugegeben wird?
    Lösung zeigen
    1. Das System weicht dem Zwang aus.
    2. Es wirkt der Änderung entgegen.
    3. Es verschiebt sich zur Eduktseite.
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Eduktseite
  6. ●33
    Eine Reaktion hat k(hin) = 2,00 und k(rück) = 0,25 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 2,00 : 0,25
    3. K = 8,00
    Ergebnis:
    8,00

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 H₂ + I₂ ⇌ 2 HI 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 2 HI ⇌ H₂ + I₂ gilt (in mol/L) c(HI) = 0,25, c(H₂) = 0,80, c(I₂) = 0,50. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    6,40

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

    36
    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
    Ergebnis:
    1,50 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 2 NH₃(g) ⇌ N₂(g) + 3 H₂(g), wenn ein Katalysator zugegeben wird?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich überhaupt nicht

  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) = 0,10 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4,0

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

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

  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) = 0,5, c(H₂) = 2,0, c(NH₃) = 2,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,00 L²/mol²

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

    42
    KL(AgCl) = 1,8 · 10⁻¹⁰ mol²/L², M = 143 g/mol. Bestimme: Welche Löslichkeit hat AgCl in Wasser?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,9 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. In einem geschlossenen System ohne Stoffaustausch
  2. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  3. Es fließt weiter in beide Richtungen gleich viel
  4. 14,40
  5. 0,94
  6. 4,0
  7. 1,13 mol
  8. 0,40 mol
  9. 1,5 mol
  10. Zur Produktseite, K steigt
  11. Die Farbe wird dunkler, es entsteht mehr NO₂
  12. Sie ist endotherm, K steigt mit der Temperatur
  13. Es verschiebt sich zur Produktseite
  14. Die Lage bleibt gleich, nur die Einstellung geht schneller
  15. Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen
  16. 4,0
  17. 0,25
  18. K steigt, weil der Quotient k(hin) : k(rück) wächst
  19. Nucleophiler Angriff
  20. Ameisensäureethylester
  21. Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung
  22. 0,59 L/mol
  23. 0,33 L/mol
  24. 4,5 L²/mol²
  25. Nach Zugabe von Magnesiumsulfatlösung sinkt die Löslichkeit
  26. 107 mg/L
  27. 2,4 mg/L
  28. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  29. 6,00
  30. 1,67 mol
  31. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  32. Es verschiebt sich zur Eduktseite
  33. 8,00
  34. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  35. 6,40
  36. 1,50 mol
  37. Zur Produktseite, K vergrößert sich
  38. Es verschiebt sich überhaupt nicht
  39. 4,0
  40. Essigsäurepentylester
  41. 1,00 L²/mol²
  42. 1,9 mg/L