K2SO4

II. Gleichgewichtslehre (Mortimer: Kap. 15 u. 16, Atkins-Beran Kap. 12 u. 13)
5) Geschwindigkeit chemischer Reaktionen
6) Chemisches Gleichgewicht
Schlüsselbegriffe
Kap. 5. "Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ": Reaktionsgeschwindigkeit,
Geschwindigkeitsgesetz, Reaktionsordnung, Geschwindigkeitskonstante, Reaktionsmechanismus,
Zerfall und Bildung von Iod-Wasserstoff (HI), Herleitung des Massenwirkungsgesetzes,
Temperaturabhängigkeit von Reaktionsgeschwindigkeiten, Aktivierungsenergie, Reaktionsprofil,
Katalysator, Enzyme, Explosionen
Kap. 6. "Chemisches Gleichgewicht ": Löslichkeitsprodukt, Eigen- und Fremdionenzusatz,
dynamisches Gleichgewicht, Nernstscher Verteilungssatz, Abhängigkeit des chemischen
Gleichgewichts von Temperatur, Druck und Konzentration, Gleichgewichtskonstante,
Massenwirkungsgesetz, Prinzip des kleinsten Zwangs, Ammoniak-Synthese, Reaktionsquotient.
Übungsaufgaben:
Im folgenden sind bei einigen Reaktionen die sonst üblichen Doppelpfeile durch ein
Gleichheitszeichen ersetzt.
1. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz für folgende Reaktionen:
a) AgCl = Ag+ + Cl–.
b) CH3COOH + H2O = CH3CO2– + H3O+
2. Erklären Sie folgende Begriffe und Bezeichnungen: Reaktionsquotient Q, Prinzip von Le Chatelier,
Prinzip des kleinsten Zwangs, Massenwirkungsgesetz, Kp, Gleichgewichtskonstante, Haber-BoschVerfahren, Kc, Partialdruck.
3. Für die Reaktion N2O4(g) = 2 NO2(g) wurden bei 25°C folgende Konzentrationen für ein im
Gleichgewicht befindliches Gemisch gefunden: c(N2O4) = 4.27×10–2 mol/L; c(NO2) = 1.41×10–2mol/L.
Wie groß ist Kc bei 25°C ?
4. Für die Reaktion H2(g) + CO2(g) = CO(g) + H2O(g) ist Kc = 0.18 bei 500°C. Berechnen Sie die
Konzentration an H2 in einer Gleichgewichtsmischung, bei der die molaren Konzentrationen 0.011 mol
CO2/L, 0.0030 mol H2O/L und 0.041 mol CO/L betragen.
5. Man mischt in einem Reaktionsbehälter Wasserstoffgas und Ioddampf mit den Konzentrationen
0.54 mol/L und 0.71 mol/L. Dieses System erhitzt man auf 490°C. Bei dieser Temperatur ist für das
Gleichgewicht H2(g) + I2(g) = 2 HI (g) Kc = 46. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen an
H2, I2 und HI.
6. Sagen Sie die Auswirkung einer Druckerhöhung auf die Gleichgewichtszusammensetzung der
Reaktionen a) N2O4(g) = 2 NO2 (g) und b) H2(g) + I2(g) = 2 HI (g) voraus.
7. Was gilt für K und ∆G, wenn sich bei der Reaktion
2 A + B2 = 2 AB
das Gleichgewicht eingestellt hat?
8. Geben Sie für folgende Teilreaktionen die Gesamtreaktion an:
A+B=C+D
D+B=C+E
Formulieren Sie das MWG für die Teilreaktionen und geben Sie Kges an!
9. Wie kann man ein Gleichgewicht zugunsten der Produkte verschieben.
10. Wenn Sie für eine Gleichgewichtsreaktion (A + B = C + D) eine Gleichgewichtskonstante K = 10–5
finden, was bedeutet dies für die Konzentrationen der beteiligten Stoff und den ∆G0-Wert?
11. Sagen Sie die Wirkung einer Temperaturerhöhung auf die Gleichgewichte a) N2O4(g) = 2 NO2(g),
∆H° = +60.2 kJ und b) 2 CO(g) + O2(g) = 2 CO2 (g), ∆H°= –566 kJ voraus.
12. Berechnen Sie mit Hilfe der freien Standardenthalpie die Gleichgewichtskonstante Kp bei 25°C für
das Gleichgewicht N2O4(g) = 2 NO2(g).
13. Formulierung von Reaktionsgleichungen
a. Zu einer violetten Kaliumpermanganat-Lösung gibt man eine alkalische Natriumsulfit-Lösung. Es
entstehen Manganat(VI)-Ionen (MnO42-) und Sulfat-Ionen. Formulieren Sie die Redoxreaktion.
b. Oxalsäure reagiert in schwefelsaurer Lösung mit Kaliumpermanganat zu Kohlendioxid und
Mangan(II)sulfat. Formulieren Sie die Redoxreaktion.
c. Ermitteln Sie bei folgenden Redoxreaktionen die Änderung von Oxidationszahlen und richten Sie
die Gleichungen ein.
Cu2+ + CH3CHO + OH– → Cu2O + CH3COO– + H2O
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
H2SO4 + KBr → Br2 + K2SO4 + SO2 + H2O
Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
H2C2O4 + H2O2 → CO2 + H2O
H2O2 + HClO → O2 + HCl + H2O
d. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen der folgenden Reaktionen (alkalische Lösung)
Cr3+ + H2O2 → CrO42–
KMnO4 + Br– → → MnO2 + BrO3–
Lösungen
1.a) K = [Ag+][Cl–]/[AgCl]
1.b) K = [CH3CO2–][H3O+]/([CH3CO2H][H2O])
2) Reaktionsquotient Q: Zahlenwert, der sich ergibt, wenn beliebige
Stoffmengenkonzentrationen oder Partialdrücke in den Ausdruck des MWG eingesetzt
werden.
Q = Kc → Gleichgewicht
Q < Kc → Reaktion nach rechts
Q > Kc → Reaktion nach links
Prinzip von LeChatelier = Prinzip des kleinsten Zwangs: Wird auf ein im Gleichgewicht
befindlichen System ein Zwang ausgeübt, so weicht es aus und ein verlagertes Gleichgewicht
stellt sich ein.
MWG: Für ein System im chem. Gleichgewicht gilt: Das Produkt aus den
Stoffmengenkonzentrationen o. Partialdrücken der Substanzen auf der rechten Seite der
Reaktionsgleichung, potenziert mit den zugehörigen Koeffizienten der Reaktionsgleichung,
geteilt durch das entsprechende Produkt der Substanzen auf der linken Seite der
Reaktionsgleichung ist gleich der Gleichgewichtskonstanten Kc bzw. Kp.
Kp: Konstante im MWG formuliert mit Partialdrücken von Gasen.
Gleichgewichtskonstante K, Konstante im MWG
Haber-Bosch-Verfahren: Syntheseverfahren zur Gewinnung von NH3 aus N2 und H2 bei
hohem Druck, nicht allzu hoher Temperatur und in Anwesenheit eines Katalysators.
Kc: Konstante im MWG formuliert mit Konzentrationen
Partialdruck: Druck, den eine Komponente eines Gasgemisches ausüben würde, wenn sie als
einzige im gleichen Volumen anwesend wäre.
3) Kc = [1.41×10–2]2/[4.27×10–2] = 4.656×10–3
4) 0.18 = [0.041][0.003]/([H2][0.011]), [H2] = 0.0621 mol/l
5) [HI] = 0.5114 mol/l, [I2] = 0.1986 mol/l, [H2] = 0.0286 mol/l
6) a) Verschiebung nach links
b) keine Auswirkung
7) ∆G = 0, ∆G° = –RTlnK
8) K1 = [C][D]/([A][B]), K2 = [C][E]/([D][B]), Kges = K1K2, bzw. Kges = [A][B]2/([C]2[E])
9) exotherme Reaktion: T erniedrigen
endotherme Reaktion: T erhöhen
n mol Gas Edukte < n mol Gas Produkte: P erhöhen
n mol Gas Edukte > n mol Gas Produkte: P erniedrigen
Erhöhung c Edukte
Wegnahme der Produkte
10) c(Edukte) > c(Produkte), ∆G° = –RT ln K = -8.3142×298×ln10-5 = 22.82 kJ/mol
11) a) Verschiebung Gleichgewicht Richtung 2NO2.
b) Verschiebung Gleichgewicht Richtung 2CO2 + O2.
12) Kp = 11.47 kPa
13)
a) 2 KMnO4 + Na2SO3 + OH– → 2 MnO42– + SO42– + H+ + 2 K+ + 2 Na+
b) 5 (COOH)2 + 2 H2SO4 + 2 KMnO4 → 10 CO2 + 2 MnSO4 + 7 H2O + 2 K+ + O2–
c) 2 Cu2+ + CH3CHO + 4 OH- → Cu2O + CH3COO- + 2 H2O H+
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
2 H2SO4 + 2 KBr → Br2 + K2SO4 + SO2 + 2 H2O
Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O
H2C2O4 + H2O2 → 2 CO2 + 2 H2O
H2O2 + ClOH → O2 + HCl + H2O
d) Cr3+ + 4 H2O2 → CrO42– + 4 H2O
4 KMnO4 + 2 Br– → 4 MnO2 + 2 BrO3– + 4 K+