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Beeinflussung des Gleichgewichts - Chemie

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Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts
Stoffmengenänderung
Eisen(III)-Ionen reagieren mit Thiocyanationen in einer Gleichgewichtsreaktion zu Eisen(III)-thiocyanat. Aus der Farbe der Lösung lassen sich Aussagen zu den Konzentrationen der Reaktionspartner
der Gleichgewichtsreaktion folgern.
Fe3+ (aq) + 3 SCN- (aq) ⇌ Fe(SCN)3 (aq)
Versuch:
Mischen Sie 2 ml verd. Eisen(III)chlorid-Lösung mit
2 ml verd. Kaliumthiocyanat-Lösung. Verdünnen Sie
die blutrote Lösung so weit, dass sie nur noch rosa
erscheint. Verteilen Sie diese Lösung auf zwei Reagenzgläser und geben Sie in das eine festes Eisen(III)-chlorid, in das andere festes Kaliumthiocyanat.
Aufgaben:
1. Notieren Sie ihre Beobachtungen.
2. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz (S. 106 u. 107) und deuten Sie ihre Beobachtungen anhand
dieses Gesetzes.
Zusätzliche Informationen finden Sie im Buch auf den Seiten 100 – 102.
3. Erläutern Sie das Prinzip von LE CHATELIER (Buch S.102) mithilfe des von Ihnen durchgeführten Versuches.
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Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts
Änderung von Druck und Volumen
Wird eine Coladose oder eine Limonadenflasche
geöffnet, bildet sich über der Öffnung ein feiner,
weißer Nebel, gleichzeitig bilden sich Gasblasen.
Woher rühren diese Phänomene?
Das Getränk wird unter Druck von 2000 bis 3000
hPa verschlossen, in der Dose oder Flasche stellt
sich ein Gleichgewicht zwischen dem gelösten und
dem gasförmigen Kohlenstoffdioxid ein:
CO2 (g) ⇌ CO2 (aq)
Wird der Verschluss geöffnet, fällt der Druck schlagartig auf den Atmosphärendruck ab, etwa 1013 hPa,
Versuch:
Lassen Sie in einen Kolbenprober mit Hahn 80 ml
Kohlenstoffdioxid strömen. Saugen Sie anschließend noch 20 ml Wasser ein, das mit Universalindikator versetzt worden ist, und schließen Sie den
Hahn. Schütteln Sie gut durch. Pressen Sie das Gasvolumen kräftig zusammen und halten Sie den
Stempel einige Minuten fest. Lassen Sie den Stempel wieder los und ziehen Sie ihn noch ein wenig
heraus. Halten sie den Stempel wieder einige Minuten fest.
und das Gas dehnt sich aus, da ihm jetzt ein größerer Raum zur Verfügung steht. Die Temperatur des
Kohlenstoffdioxids und der Umgebung sinkt
dadurch sehr stark, Wasserdampf kondensiert und
bildet den feinen Nebel. Das Entweichen des Kohlendioxids aus der Flasche führt dazu, dass sich das
Gleichgewicht zugunsten des ungelösten Kohlenstoffdioxids verschiebt. In der Lösung bilden viele
Kohlenstoffdioxidmoleküle Mikrobläschen, diese
vereinigen sich zu größeren Blasen die nach oben
steigen. Wird die Flasche oder Dose geschlossen,
stellt sich erneut das Gleichgewicht zwischen gelöstem und gasförmigem Kohlenstoffdioxid ein.
Aufgaben:
1. Notieren Sie ihre Beobachtungen.
2. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz (S.
106 u. 107) und deuten Sie ihre Beobachtungen
anhand dieses Gesetzes. Berücksichtigen Sie dabei auch die Reaktion von Kohlenstoffdioxid mit
Wasser. Erstellen Sie hierzu eine Reaktionsgleichung.
Zusätzliche Informationen finden Sie im Buch auf
den Seiten 100 – 102.
3. Erläutern Sie das Prinzip von LE CHATELIER (Buch S.
102) mithilfe des von Ihnen durchgeführten Versuches.
Sachinformationen:
Füllt man in einen Kolbenprober Wasser und Kohlenstoffdioxid, so löst sich ein wenig Kohlenstoffdioxid im
Wasser. Ein Teil des gelösten Kohlenstoffdioxids reagiert mit Wasser zu Oxonium- und Hydrogencarbonationen weiter. Es stellen sich zwei Gleichgewichte ein:
CO2(g) ⇌ CO2(aq)
CO2(aq) + 2 H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + HCO3–(aq)
Drückt man den Kolben in den Zylinder und erhöht dadurch den Druck, so löst sich ein Teil des gasförmigen
Kohlenstoffdioxids in der Flüssigkeit. Ein Teil dieses gelösten Kohlenstoffdioxids reagiert wiederum mit dem
Wasser. Durch das Lösen des Kohlenstoffdioxids sinkt die Anzahl der Moleküle im Gasraum.
Die von außen bewirkte Druckerhöhung wird also durch das Gleichgewichtssystem teilweise kompensiert.
Eine Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht einer Gasreaktion zu der Seite mit der geringeren Anzahl
von Gasteilchen; eine Druckerniedrigung zu der Seite mit der größeren Anzahl von Gasteilchen.
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Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts
Änderung der Temperatur
Das braune Gas Stickstoffdioxid steht bei 27 °C mit
dem farblosen Gas Distickstofftetraoxid in einem
Gleichgewicht. Bei dieser Temperatur besteht das
zugehörige Gemisch zu  = 20 % aus Stickstoffoxid
und zu  = 80 % aus Distickstofftetraoxid. Die Bildung des farblosen Distickstofftetraoxids ist
exotherm, seine Spaltung endotherm.
2 NO2 (g) ⇌ N2O4 (g)
Versuch:
Drei Waschflaschen werden wie in der unteren Abbildung mit einem Stickstoffdioxid-Distickstofftetraoxid-Gemisch gefüllt. Anschließend wird die eine
Waschflasche mit Eiswasser gekühlt und die andere
mit heißem Wasser erwärmt.
Aufgaben:
1. Formulieren Sie die oben dargestellten Beobachtungen.
2. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz (S.
106 u. 107) für diese Gelichgewichtsreaktion und
deuten Sie die Beobachtungen anhand dieses
Gesetzes.
Zusätzliche Informationen finden Sie im Buch auf
den Seiten 100 – 102.
3. Erläutern Sie das Prinzip von LE CHATELIER (Buch
S.102) mithilfe des oben dargestellten Versuches.
Sachinformationen:
: Symbol für Volumenanteil
5 °C
30 °C
70 °C
Bei der Temperatur von 27 °C besteht das Gemisch zu  = 20 % aus Stickstoffdioxid und zu  = 80 % aus
Distickstofftetraoxid. Die Bildung des farblosen Distickstofftetraoxids ist exotherm, seine Spaltung ist endotherm.
Kühlt man das sich im Gleichgewicht befindliche Gemisch der beiden Gase ab, so nimmt der Anteil des energieärmeren Distickstofftetraoxids im Gemisch zu (Bild links). Die Abkühlung, der Wärmeentzug, begünstigt
also die wärmeliefernde (exotherme) Hinreaktion. Die dabei frei werdende Wärme bewirkt, dass sich die
Temperatur des Gasgemisches nicht so stark erniedrigt, wie dies bei gleichem Wärmeentzug ohne Gleichgewichtsverschiebung eintreten würde.
Erwärmt man das sich im Gleichgewicht befindliche Gemisch, so steigt der Anteil des Stickstoffdioxids (Bild
rechts). Die Temperaturerhöhung, die Wärmezufuhr, begünstigt die wärmeverbrauchende (endotherme)
Teilreaktion. Bei 100 °C beträgt der Volumenanteil des Distickstofftetraoxids nur noch 11 %.
Die Zunahme des Anteils des Stoffes mit der höheren Energie bewirkt, dass die Temperatur sich nicht so stark
erhöht, wie dies bei gleicher Wärmezufuhr ohne Gleichgewichtsverschiebung erfolgen würde.
Eine Gleichgewichtsverschiebung durch eine Temperaturänderung tritt bei allen Gleichgewichtsreaktionen
auf. (Eine Ausnahme sind Reaktionen, die weder exotherm noch endotherm sind.)
Temperaturerniedrigung begünstigt die exotherme Reaktion. Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Reaktion.
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