Prinzip Le CHATELIER

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1. a) Formulieren Sie für die folgenden Reaktionen jeweils KC und entscheiden Sie gemäss
dem Prinzip Le Chatelier in welche Richtung sich die jeweiligen Gleichgewichte bei
Druckerhöhung verschieben? Begründen Sie jeweils Ihre Antwort.
i) CO2 (g) + H2 (g)
KC 
⇆ HCO2H (g)
HCO2H
CO2  H2 
Bei Druckerhöhung (Volumenverkleinerung) verschiebt sich das GG auf die Seite, welche
weniger Gasteilchen enthält. In diesem Fall also auf die Produktseite.
Alternative Formulierung: Gemäss dem Prinzip Le Chatelier wirkt das System dem
auferlegten Zwang der Druckerhöhung, in dem es die Zahl der Gasteilchen abbaut. Dies ist
aber gleichbedeutend mit einer Gleichgewichtsverschiebung nach rechts.
ii) CaO (s) + CO2 (g)
KC 
⇄ CaCO3 (s)
1
CO2 
Bei Druckerhöhung (Volumenverkleinerung) verschiebt sich das GG auf die Seite, welche
weniger Gasteilchen enthält. In diesem Fall also auf die Produktseite.
iii) H2 (g) + I2 (g)
⇆ 2 HI (g)
2

HI
KC 
I2  H2 
In diesem Fall wird das GG durch eine Druckänderung nicht beeinflusst, weil Links und rechts
die gleiche Anzahl gasförmiger Teilchen vorkommen.
iv) NH4Cl (s)
⇄ NH3 (g) + HCl (g)
K C  NH3  HCl
Druckerhöhung verschiebt GG auf die Seite mit weniger gasförmigen Teilchen, also in diesem Fall auf
die Eduktseite.
b) Warum kann sich für den Fall der Reaktion iv) niemals ein Gleichgewicht einstellen, wenn man die
Reaktion in einem offenen Gefäss durchführt?
Im offenen Gefäss können die Gase aus dem Reaktionsgemisch entweichen und werden daher
fortwährend dem Reaktionsgemisch entzogen.
A. Soi
29.08.2017
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2.
Die folgenden Reaktionen spielen eine entscheidende Rolle in Produktionsprozessen der
chemischen Industrie:
a) CO(g) + H2O(g) ⇄ CO2(g) + H2(g)
RH° < 0
i) Erhöhung der Temp.: GG Verschiebung auf die endotherme Seite also der Seite der Edukte.
Druckerhöhung hat keinen Einfluss, da links und Recht die gleiche Anzahl gasförmiger Teilchen
vorkommen.
ii) Abkühlung begünstigt die Produktbildung, weil eine Absenkung der Temperatur den Produktzerfall
stärker verlangsamt als die Produktbildung. Bedenke, die höhere Ausbeute bei tieferer Temperatur
muss durch eine längere Reaktionszeit erkauft werden, da eine Temperatursenkung zu
Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit führt.
b) N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g)
RH° < 0
i) Erhöhung der Temp.: GG Verschiebung auf die endotherme Seite also der Seite der Edukte.
Druckerhöhung verschiebt das GG auf die Produktseite, weil dort weniger Gasteilchen vorkommen.
ii) Die Reaktion sollte bei hohem Druck (GG-Verschiebung auf Produktseite) und bei tiefen
Temperaturen (GG-Verschiebung auf die Produktseite) gefahren werden, um hohe Ausbeuten zu
erhalten.
c) 2 NO(g) + O2(g) ⇄ 2 NO2(g)
RH° < 0
i) Erhöhung der Temp.: GG Verschiebung auf die endotherme Seite also der Seite der Edukte.
Druckerhöhung verschiebt das GG auf die Produktseite, weil dort weniger Gasteilchen vorkommen.
ii) Die Reaktion sollte bei hohem Druck (GG-Verschiebung auf Produktseite) und bei tiefen
Temperaturen (GG-Verschiebung auf die Produktseite) gefahren werden, um hohe Ausbeuten zu
erhalten.
d) C (s) + CO2(g) ⇄ 2 CO(g)
RH° > 0
i) Erhöhung der Temp.: GG Verschiebung auf die endotherme Seite also der Seite der Produkte.
Druckerhöhung verschiebt das GG auf die Eduktseite, weil dort weniger Gasteilchen vorkommen.
ii) Die Reaktion sollte bei tiefem Druck (GG-Verschiebung auf Produktseite) und bei hoher
Temperaturen (GG-Verschiebung auf die Produktseite) gefahren werden, um hohe Ausbeuten zu
erhalten.
iii) Erläutern Sie, aus welchen Gründen, hinsichtlich der Wahl der Prozesstemperatur, in der Praxis
Kompromisse erforderlich sind.
Der Einfluss der Temperatur auf die GG-Lage und auf die Reaktionsgeschwindigkeit kann gegenläufig
sein. Bei einer Exothermen Reaktion führt eine Erhöhung der Temperatur zu einer Beschleunigung
der Reaktion das GG wird jedoch auf die Eduktseite verschoben.
A. Soi
29.08.2017
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3.
Betrachten Sie die Gleichgewichtsreaktion:
2 SO2 (g) + O2(g) ⇄ 2 SO3(g)
a) Beschreiben Sie den abgebildeten Graphen.
Bei konstantem Druck steigt die Ausbeute an SO3 je tiefer die
Temperatur ist.
b) Erklären Sie, ob es sich bei der Bildung von SO3 aus O2 und
SO2 um eine exotherme oder eine endotherme Reaktion
handelt.
Ausbeute SO3 für verschiedene
Die Ausbeute an SO3 steigt mit sinkender Temperatur, was Temperaturen und konstantem
bedeutet, dass sich das GG bei tieferen Temperaturen auf die Druck.
Produktseite einstellt. Die Reaktion ist somit exotherm.
c) Erläutern Sie Möglichkeiten, die Ausbeute an SO3 zu
erhöhen.
Tiefe Temperatur (weil Exotherm) und hoher Druck weil auf der Produktseite weniger Gasteilchen
vorkommen.
4.
Betrachten Sie folgende Gleichgewichtsreaktion:
2 CH4(g) + O2(g) ⇄ 2 CO(g) + 4 H2(g)
a) Berechnen Sie anhand der Bindungsenthalpien die Reaktionsenthalpie RH° der Reaktion.
8*416+498-(2*1073+4*436) = -64 kJ/mol
Die Reaktion ist exotherm.
b) Erklären Sie wie sich i) eine Temperaturerhöhung, ii) die Entfernung von CO aus dem
geschlossenen System und iii) eine Druckerhöhung auf die Gleichgewichtslage auswirkt.
i) GG- Verschiebt sich auf die endotherme Seite, in diesem Fall ist das die Eduktseite
ii) Die Entfernung eines Produktes ist gleichbedeutend mit der Erniedrigung der Konzentration dieses
Produktes (die Rückreaktion ist dann gegenüber der Hinreaktion verlangsamt), dies führt zu einer
Verschiebung des GG auf die Produktseite.
iii) Erhöhung des Druckes verschiebt das GG auf die Seite auf der es weniger Gasteilchen hat. In
diesem Fall ist das die Eduktseite.
A. Soi
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c) Formulieren Sie KC und Kp für die Reaktion.
2
4

CO  H2 
KC 
CH4 2  O2 
; KP 
2
PCO
 PH42
2
PCH
 PO2
4
5.
Ist ein Gemisch aus 0.0205 mol NO2(g) und 0.750 mol N2O4(g) in einem 5.25 L fassendes
Reaktionsgefäss bei 25°C im Gleichgewicht? Wenn nicht, geben Sie die Richtung der Reaktion an.
N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g)
KC= 4.61 * 10-3 bei 25°C.
2
 0.0205mol 


5.25 L 

Q
 0.000107
 0.750 mol 


 5.25 L 
Q ist kleiner als KC = 0.00461. Das Gemisch ist nicht im GG. Es werden solange N2O4-Moleküle zu NO2
zerfallen bis das GG erreicht ist.
6.
Betrachten Sie folgendes Gleichgewicht
N2O4 (g) ⇄ 2 NO2(g)
KC = 4.61 *10-3 mol/L
bei 25°C
a) Der linke Kolben ist durch einen Hahn vom rechten evakuierten Kolben getrennt. Im Linken Kolben
herrscht Gleichgewicht. Was passiert, wenn man den Hahn öffnet? Die Temperatur wird bei 25°C
konstant gehalten.
A. Soi
29.08.2017
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Der Druck nimmt ab, wodurch gemäss Primzip Le Chatelier sich das GG auf die Seite verschiebt, auf
die es mehr Gasteilchen hat, also auf die Produktseite. Es werden solange N2O4 Moleküle zerfallen,
bis sich erneut das GG bei 25°C einstellt.
b) Welche Gleichgewichtszusammensetzung liegt von, nach öffnen des Hahnes.
Bezeichnen wir mit X die Stoffmenge an zerfallenen N2O4 Moleküle, so liegen im neuen GG folgende
Stoffmengen vor:
nN2O4  0.971mol  X und
nNO2  0.0580 mol  2  X
KC 
[NO2 ]2
[N2O4 ]

0.0580 mol  2  X 2
9 L2
0.971mol  X
3L
KC 
=>

0.0580 mol  2  X 2

 4.61  10 3
3L  (0.971mol  X)
mol/ L
Man kann nun X entweder rein mathematisch bestimmen, oder durch ausprobieren. Hierbei gibt
man sich ein X-Wert vor und berechnet damit
0.0580 mol  2  X 2 . Das Ergebnis vergleicht man
3L  (0.971mol  X)
dann mit dem Sollwert 4.61  10 3 mol/ L . X wird nun solange verändert, bis man so nah wie möglich
an den Sollwert herankommt.
Die folgende Tabelle zeigt das Annährungsverfahren
X
0.0580 mol  2  X 2
3L  (0.971mol  X)
Soll
0.1 0.025474168
0.00461
0.05 0.009035107
0.04 0.006818475
0.03 0.004932341
0.025 0.004109937
0.028 0.004593849
0.02810 0.004610471
Eine sehr gute Übereinstimmung wird für X= 0.0281 mol N2O4 gefunden. Somit ergibt sich die Neue
Zusammensetzung im GG zu:
nN2O4  0.971mol  0.0281mol  0.9429 mol und [N2O4]= 0.9429 mol / 3L =0.3143 mol/L
nNO2  0.0580 mol  2  0.0281mol  0.1142 mol und [NO2]= 0.1142 mol / 3L =0.03807 mol/L
KC 
[NO2 ]2 [0.03807mol/ L]2

 0.00461 mol/L
[N2O4 ] [0.3143mol/ L]
A. Soi
29.08.2017