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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 2 NO₂ ⇌ N₂O₄ 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 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 CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(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
    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

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) = 0,60, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,25. Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
  2. Einsetzen: c(HI) = 0,60, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,25.
  3. K = 0,42
  1. K = c(H₂) · c(I₂) : c²(HI).
  2. Einsetzen: c(HI) = 0,60, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,25.
  3. K = 0,42
Ergebnis:
0,42

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
    Im Gleichgewicht CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ gilt (in mol/L) c(CO) = 0,10, c(H₂O) = 0,60, c(CO₂) = 0,60, c(H₂) = 0,25. Bestimme: Wie groß ist K?
    So fängst du an:
    K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
    Lösung zeigen
    1. K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
    2. Einsetzen: c(CO) = 0,10, c(H₂O) = 0,60, c(CO₂) = 0,60, c(H₂) = 0,25.
    3. K = 2,50
    Ergebnis:
    2,50
  2. ●5
    Im Gleichgewicht CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ gilt (in mol/L) c(CO) = 0,60, c(H₂O) = 0,40, c(CO₂) = 0,20, c(H₂) = 0,80. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c(CO₂) · c(H₂) : (c(CO) · c(H₂O)).
    2. Einsetzen: c(CO) = 0,60, c(H₂O) = 0,40, c(CO₂) = 0,20, c(H₂) = 0,80.
    3. K = 0,67
    Ergebnis:
    0,67
  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

Was bedeutet Δν = 0 für die Rechnung mit dem Massenwirkungsgesetz?
Schritt für Schritt
  1. Δν = 0: Auf beiden Seiten stehen gleich viele Teilchen.
  2. Im Quotienten kürzt sich das Volumen heraus.
  3. Man kann mit Stoffmengen rechnen.
  1. Δν = 0: Auf beiden Seiten stehen gleich viele Teilchen.
  2. Im Quotienten kürzt sich das Volumen heraus.
  3. Man kann mit Stoffmengen rechnen.
Ergebnis:
Das Volumen kürzt sich heraus, Stoffmengen genügen

AchtungBedeutung von Δν = 0 missverstanden

So nicht
Δν = 0 heißt, K ist nicht definiert oder die Reaktion hat keinen Energieumsatz.
So richtig
Δν = 0 heißt: Es stehen links und rechts gleich viele Teilchen. Das Volumen kürzt sich im MWG heraus, und K hat keine Einheit.

Zähle die Teilchen auf beiden Seiten und bilde die Differenz. Prüfe, ob sich das Volumen kürzt.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 49. 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 = 49, Wurzel: 2 x : (2,0 − x) = 7.
    Lösung zeigen
    1. K = (2 x)² : (2,0 − x)² = 49, Wurzel: 2 x : (2,0 − x) = 7.
    2. x = 2,0 · 7 : (2 + 7) = 1,56 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 3,11 mol
    Ergebnis:
    3,11 mol
  2. ●8
    H₂ + I₂ ⇌ 2 HI mit K = 9. 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 = 9, Wurzel: 2 x : (0,5 − x) = 3.
    2. x = 0,5 · 3 : (2 + 3) = 0,30 mol.
    3. n(HI) = 2 x = 0,60 mol
    Ergebnis:
    0,60 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 CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) 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 vergrößert 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 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 vergrößert sich
  2. ●11
    Die Hinreaktion von CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) 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 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 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 CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g), wenn ein Katalysator zugegeben wird?
Schritt für Schritt
  1. Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen.
  2. Die Lage ändert sich nicht.
  3. Es verschiebt sich gar nicht.
  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

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. ○13
    Wie reagiert das Gleichgewicht 2 SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 SO₃(g), wenn der Druck durch Verkleinern des Volumens erhöht wird?
    So fängst du an:
    Gasteilchen links: 3, rechts: 2.
    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
  2. ●14
    Wie reagiert das Gleichgewicht N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), wenn NH₃ 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)

Für A + B ⇌ C + D gilt im Gleichgewicht v(hin) = v(rück). Welchen Wert hat K?
Schritt für Schritt
  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.
  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)

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) = 1,00 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 = 1,00 : 0,80
    3. K = 1,25
    Ergebnis:
    1,25
  2. ●17
    Warum bedeutet v(hin) = v(rück) nicht, dass alle Konzentrationen gleich sind?
    Lösung zeigen
    1. v = k · c.
    2. Bei verschiedenem k braucht gleiches v verschiedenes c.
    3. Die Konzentrationen müssen nicht gleich sein.
    Ergebnis:
    Gleich sind die Geschwindigkeiten, nicht die Konzentrationen
  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 Propan-1-ol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
Schritt für Schritt
  1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
  2. Der Alkohol Propan-1-ol liefert den Rest propyl.
  3. Der Ester heißt Essigsäurepropylester.
  1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
  2. Der Alkohol Propan-1-ol liefert den Rest propyl.
  3. Der Ester heißt Essigsäurepropylester.
Ergebnis:
Essigsäurepropylester

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
    Aus Essigsäure und Methanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    So fängst du an:
    Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Methanol liefert den Rest methyl.
    3. Der Ester heißt Essigsäuremethylester.
    Ergebnis:
    Essigsäuremethylester
  2. ●20
    Aus Essigsäure und Butan-1-ol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    1. Die Säure Essigsäure liefert den Säureteil.
    2. Der Alkohol Butan-1-ol liefert den Rest butyl.
    3. Der Ester heißt Essigsäurebutylester.
    Ergebnis:
    Essigsäurebutylester
  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 N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt (in mol/L) c(N₂) = 1,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 1,5. Bestimme: Wie groß ist K?
Schritt für Schritt
  1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
  2. Einsetzen: c(N₂) = 1,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 1,5.
  3. K = 0,67 L²/mol²
  1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
  2. Einsetzen: c(N₂) = 1,0, c(H₂) = 1,5, c(NH₃) = 1,5.
  3. K = 0,67 L²/mol²
Ergebnis:
0,67 L²/mol²

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
    Die Ammoniaksynthese ist exotherm. Technisch arbeitet man bei etwa 450 Grad Celsius und nicht bei Raumtemperatur. Warum?
    So fängst du an:
    Tiefe Temperatur begünstigt die exotherme Hinreaktion.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●23
    Im Gleichgewicht 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ gilt (in mol/L) c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 1,0, c(SO₃) = 1,5. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(SO₃) : (c²(SO₂) · c(O₂)).
    2. Einsetzen: c(SO₂) = 0,5, c(O₂) = 1,0, c(SO₃) = 1,5.
    3. K = 9,00 L/mol
    Ergebnis:
    9,00 L/mol
  3. ★24
    Im Gleichgewicht N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ gilt (in mol/L) c(N₂) = 0,5, c(H₂) = 1,0, c(NH₃) = 2,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = c²(NH₃) : (c(N₂) · c³(H₂)).
    2. Einsetzen: c(N₂) = 0,5, c(H₂) = 1,0, c(NH₃) = 2,0.
    3. K = 8,00 L²/mol²
    Ergebnis:
    8,00 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 Calciumcarbonat 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 Natriumcarbonatlösung 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(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?
    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 = 71 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 14 mg/L
    Ergebnis:
    14 mg/L
  2. ●26
    KL(Bleiiodid) = 9,8 · 10⁻⁹ mol³/L³, M = 461 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 = 1348 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 621 mg/L
    Ergebnis:
    621 mg/L
  3. ★27
    KL(Silberchlorid) = 1,8 · 10⁻¹⁰ mol²/L², M = 143 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 = 13 µmol/L.
    3. In Masse: L · M = 1,9 mg/L
    Ergebnis:
    1,9 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 N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ 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) = 0,10, c(B) = 0,80, c(C) = 0,10, 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) = 0,10, c(B) = 0,80, c(C) = 0,10, c(D) = 0,60.
    3. K = 0,75
    Ergebnis:
    0,75
  3. ●30
    A + B ⇌ C + D mit K = 4. Anfangs liegen nur A und B vor, je 1,0 mol. Bestimme: Wie viel mol C liegen im Gleichgewicht vor?
    Lösung zeigen
    1. K = x² : (1,0 − x)² = 4, Wurzel: x : (1,0 − x) = 2.
    2. x = 1,0 · 2 : (1 + 2)
    3. x = 0,67 mol
    Ergebnis:
    0,67 mol
  4. ●31
    Die Hinreaktion von CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3 H₂ 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
  5. ●32
    Wie reagiert das Gleichgewicht CO(g) + 2 H₂(g) ⇌ CH₃OH(g), wenn CH₃OH 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) = 0,50 und k(rück) = 1,00 (gleiche Einheit). Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    1. K = k(hin) : k(rück).
    2. K = 0,50 : 1,00
    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 2 NO₂ ⇌ N₂O₄ 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) = 0,40, c(H₂) = 0,60, c(I₂) = 0,40. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,50

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

    36
    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
    Ergebnis:
    1,00 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 gesenkt 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
    Bei N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ wird zusätzlich H₂ eingeleitet. Was geschieht?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es verschiebt sich zur Produktseite, mehr NH₃ entsteht

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

    39
    Warum bedeutet v(hin) = v(rück) nicht, dass alle Konzentrationen gleich sind?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gleich sind die Geschwindigkeiten, nicht die Konzentrationen

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

    40
    Aus Buttersäure und Ethanol entsteht bei der säurekatalysierten Estersynthese ein Ester. Wie heißt er?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Buttersäureethylester

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

    41
    Im Gleichgewicht N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ gilt (in mol/L) c(N₂O₄) = 4,0, c(NO₂) = 1,0. Bestimme: Wie groß ist K?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,25 mol/L

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

    42
    KL(Bleiiodid) = 9,8 · 10⁻⁹ mol³/L³, M = 461 g/mol. Das Salz hat das Verhältnis 1 : 2 (ein Kation, zwei Anionen). Bestimme: Welche Löslichkeit hat es in Wasser?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    621 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. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  4. 2,50
  5. 0,67
  6. 4,0
  7. 3,11 mol
  8. 0,60 mol
  9. 1,5 mol
  10. Zur Produktseite, K vergrößert sich
  11. Zur Eduktseite, K sinkt
  12. Zur Eduktseite, K sinkt
  13. Es verschiebt sich zur Produktseite
  14. Es verschiebt sich zur Produktseite
  15. Keine Verschiebung, beiderseits gleich viele Teilchen
  16. 1,25
  17. Gleich sind die Geschwindigkeiten, nicht die Konzentrationen
  18. K steigt, weil der Quotient k(hin) : k(rück) wächst
  19. Essigsäuremethylester
  20. Essigsäurebutylester
  21. Zwei Moleküle verbinden sich unter Wasserabspaltung
  22. Bei niedriger Temperatur wäre die Reaktion zu langsam
  23. 9,00 L/mol
  24. 8,00 L²/mol²
  25. 14 mg/L
  26. 621 mg/L
  27. 1,9 mg/L
  28. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  29. 0,75
  30. 0,67 mol
  31. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  32. Es verschiebt sich zur Produktseite
  33. 0,50
  34. Hin- und Rückreaktion laufen weiter, die Konzentrationen bleiben gleich
  35. 1,50
  36. 1,00 mol
  37. Zur Eduktseite, K verkleinert sich
  38. Es verschiebt sich zur Produktseite, mehr NH₃ entsteht
  39. Gleich sind die Geschwindigkeiten, nicht die Konzentrationen
  40. Buttersäureethylester
  41. 0,25 mol/L
  42. 621 mg/L