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Andere Bedingungen - andere Gleichgewichte
Neu auf lncu.de: Zu diesem Material gibt es auf der neuen LNCU-Seite möglicherweise eine weiterentwickelte Fassung: Das Prinzip von Le Chatelier
Chemische Gleichgewichte verändern sich, wenn sich die Bedingungen verändern. Hier kannst du dich prüfen, ob du verstanden hast, welche Rolle Temperatur, Druck und Konzentration dabei spielen.
Frage 1 Wahr oder falsch
Erhöht man die Temperatur eines Systems, das sich im Gleichwicht befindet, findet vermehrt die endotherme Reaktion statt.
- LösungDie Aussage ist richtig.
Erklärung
Die Temperaturerhöhung führt dazu, dass vermehrt die Reaktion stattfindet, bei der Energie von den Teilchen aufgenommen wird.
Nach dem Prinzip von Le Chatelier verändert sich ein System, auf das ein äußerer Zwang ausgeübt wird, so, dass es dem Zwang entgegen wirkt.
Betrachtet man die Enthalpiediagramme der Hin- und Rückreaktion und die Boltzmann-Verteilung, erkennt man, dass eine Temperaturerhöhung in größerem Maße Einfluss auf die Reaktion hat, deren Aktivierungenergie höher ist.
Frage 2 Wahr oder falsch
Eine Druckerhöhung führt immer zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes auf die Seite der Produkte.
- LösungDie Aussage ist falsch.
Erklärung
Das kann man so nicht sagen! Zwar verändert sich nach dem Prinzip von Le Chatelier ein System, auf das ein äußerer Zwang ausgeübt wird, so, dass es dem Zwang entgegen wirkt.
Der Druck hat aber nur einen Einfluss, wenn entweder die Eduktteilchen oder die Produktteilchen im Gleichgewicht mehr Raum in Anspruch nehmen. Dies trifft in der Regel zu, wenn Gase an der Reaktion beteiligt sind. Dann führt eine Druckerhöhung eigentlich zu einer Konzentrationsänderung und damit zu einer Verschiebung des Gleichgewichts hin zu dem Zustand, der weniger Platz beansprucht. Das kann die Bildung von mehr Eduktteilchen oder mehr Produktteilchen bedeuten!
Stellen wir uns vor, die Bälle auf der Seite der Mutter symbolisieren Gasteilchen, die auf der Seite des Babys in Wasser gelöste Substanzen. Vergrößert man den Raum auf der Seite der Mutter (der Druck fällt), stellt sich ein neues Gleichgewicht ein und mehr Teilchen sind in der Gasphase!
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Frage 3 Wahr oder falsch
Erhöht man in einen bestehenden Gleichgewicht die Konzentration der Edukte (Ausgangsstoffe), so verringert sich damit als Folge davon die Konzentration der Produkte (Endstoffe).
- LösungDie Aussage ist falsch.
Erklärung
Umgekehrt wäre es richtig!
Die Erhöhung der Eduktkonzentration führt zu einer Störung des Gleichgewichtes. Nach dem Prinzip von Le Chatelier verändert sich ein System, auf das ein äußerer Zwang ausgeübt wird, so, dass es dem Zwang entgegen wirkt.
In diesem Fall würden also vermehrt Edukt zu Produkt reagieren, solange bis die Gleichgewichtskonstante erneut erreicht ist. Zwar kann dies bedeuten, dass die Eduktkonzentration auch danach noch größer ist, als vor der Störung. Aber die Produktkonzentration steigt auf jeden Fall!
Hier noch mal die analoge Darstellung in der Bälleschlacht - mit den Bällen beim Baby als Edukten:
Zum Vergrößern anklicken.
Frage 4 Einfachauswahl
Der Einsatz von Katalysatoren bewirkt, dass ...
- ✗ falsch
die Bildung der Produkte überwiegt.
- ✓ richtig
sich das Gleichgewicht schneller einstellt.
- ✗ falsch
die Bildung der Edukte überwiegt.
- ✗ falsch
sich das Gleichgewicht verschiebt
Erklärung
Der Katalysator beschleunigt sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion. Damit kommt es zu keiner Verschiebung der Lage des Gleichgewichtes. Es stellt sich aber schneller ein!
Vielleicht helfen dir folgende Bilder bei der Vorstellung:
Die Aktivierungsenergie fällt für beide Reaktionen!
Frage 5 Mehrfachauswahl
Eine Flasche gefüllt mit Active O2 liegt verschlossen in deiner Sporttasche und heizt sich in der Sonne auf. Du öffnest nach dem Sport den Verschluss, um einen Schluck daraus zu trinken und deinen Körper mit sauerstoffhaltigem Wasser zu durchfluten.
- ✓ richtig
Im Wasser ist noch weniger Sauerstoff, als zuvor schon enthalten ...
- ✓ richtig
Du hälst am besten die Nase darüber, um den wenigen Sauerstoff, der entweicht, aufzufangen.
Erklärung
Beide Antworten sind richtig!
Physiologisch bringt der Genuss sauerstoffangereicherter Getränke eh nichts!
Aber tatsächlich entweicht bei Temperaturerhöhung noch mehr gelöster Sauerstoff in die Gasphase ... und wer daran glaubt, hält am besten die Nase über die Flasche ;-).
Frage 6 Mehrfachauswahl
Wähle einen richtigen Satzanfang und ein oder mehrere passende Satzenden aus.
Zwischen Stickstoffdioxid und Distickstofftetraoxid bildet sich folgendes Gleichgewicht aus:
2 NO2(g) (braun) ⇄ N2O4(g) (farblos)
- ✗ falsch
Gibt man das Gasgemisch in eine Spritze und erhöht dann den Druck, so erkennt man, dass die Farbe des Gemsich dunkler wird und auch bleibt, weil ...
- ✓ richtig
Gibt man das Gasgemisch in eine Spritze und erhöht dann den Druck, so erkennt man, dass die Farbe des Gemsich kurz dunkler wird dann aber deutlich heller, weil ...
- ✗ falsch
... sich das Gleichgewicht dauerhaft auf die Seite der Edukte verschiebt.
- ✓ richtig
... sich das Gleichgewicht dauerhaft auf die Seite der Produkte verschiebt
- ✓ richtig
... kurz weniger Raum für alle Teilchen zur Verfügung steht und sich dann mehr Produktmoleküle bilden.
- ✗ falsch
... kurz weniger Raum für alle Teilchen zur Verfügung steht und sich dann mehr Eduktmoleküle bilden.
Erklärung
Erhöht man den Druck, verkleinert sich das zur Verfügung stehende Volumen. Kurzfristig hat man mehr Edukt- und Produktteilchen auf engerem Raum. Die Farbe wird sich also vertiefen. Dann aber werden mehr Eduktteilchen zu Produktteilchen reagieren, da zwei Moleküle Stickstoffdioxid in der Gasphase mehr Raum beanspruchen als ein Molekül Distickstofftetraoxid. Da der Stoff Distickstofftetraoxid farblos ist, hellt die Farbe auf!
Frage 7 Mehrfachauswahl
2 SO2 (g) + O2 (g) ⇄ 2 SO3 (g) ; exotherm
Die Reaktion ist durch eine große Aktivierungsenergie gekennzeichnet und wird technisch bei der Schwefelsäureherstellung zur Gewinnung von Schwefeltrioxid genutzt. Dieses lässt man im Prinzip mit Wasser zu Schwefelsäure reagieren:
SO3 + H2O ⇄ H2SO4
- ✓ richtig
Eine Erhöhung des Druckes führt zu einer Steigerung der Schwefeltrioxid-Ausbeute bei der ersten Reaktion.
- ✗ falsch
Um eine hohe Schwefeltrioxid-Ausbeute zu erreichen, sollte die Temperatur zu hoch wie möglich sein, da die Reaktion wegen der großen Aktivierungsenergie sonst nicht abläuft.
- ✓ richtig
Bei der Verwendung von Luft als Reaktionspartner des Schwefeldioxids ist ein geringere Produktausbeute zu erwarten als bei der Verwendung von reinem Sauerstoff.
Frage 8 Mehrfachauswahl
Methan aus Erdgas oder Biogasanlagen kann mit Wasserdampf nach dem Dampfreformierungs-Verfahren (englisch Steam Reforming) zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid umgesetzt werden:
CH4 (g) + H2O (g) ⇄ CO (g) + 3 H2 (g)
Den Wasserstoff kann dann z. B. zur Synthese von Ammoniak (NH3) nutzen.
Entscheide, welche der folgenden Aussagen richtig ist:
- ✓ richtig
Eine Erhöhung des Druckes führt in diesem Beispiel zu einer Erniedrigung der Ausbeute an Wasserstoff.
- ✗ falsch
Eine Erniedrigung des Druckes führt in diesem Beispiel zu einer Erniedrigung der Ausbeute.
- ✗ falsch
Eine Erhöhung des Druckes führt in diesem Beispiel zu einer Erhöhung der Ausbeute an Wasserstoff.
- ✓ richtig
Eine Erniedrigung des Druckes führt in diesem Beispiel zu einer Erhöhung der Ausbeute an Wasserstoff.
Erklärung
Sowohl die Edukte als auch die Produkte liegen hier gasförmig vor. Bei der Hinreaktion entstehen aus zwei Eduktmolekülen vier Produktmoleküle. Letztere nehmen in der Gasphase mehr Raum ein. Erhöht man als den Druck auf das im Gleichgewicht befindliches System und verringert dabei den Raum, so wird vermehrt die Rückreaktion einsetzen, um dieser Störung entgegen zu wirken. Erniedirgt man den Druck, werden in Folge mehr Produktmoleküle entstehen.
Frage 9 Lückenbild
In einem Experiment wird untersucht, inwiefern die Menge der Ca2+-Ionen, die in einer wässrigen Lösung aus dem fast unlöslichen Kalk (CaCO3) freigesetzt werden, vom CO2-Gehalt der Lösung abhängt. Die sich einstellenden Gleichgewichte werden durch die folgenden Reaktionsgleichungen erfasst.
(1) CO2 (l) + H2O ⇌ H2CO3
(2) H2CO3 + H2O ⇌ HCO3-+ H3O+
(3) CaCO3 + H3O+ ⇌ Ca2+ + HCO3-+ H2O
Die sich nach der Gleichgewichtseinstellung gemessenen Ca2+-Konzentrationen wurden in einem Diagramm in Abhängigkeit vom CO2-Gehalt des einwirkenden Wassers graphisch dargestellt.
Aufgaben:
- Entscheidende, welches Diagramm die Abhängigkeit korrekt darstellt. (d.h. in welchem Diagramm "passt" der Kurvenverlauf zu den 4 Reaktionsgleichungen?)
- Erstelle aus den unten vorgegebenen Aussagen A bis F eine schlüssige Argumentationskette, die den im korrekten Diagramm dargestelten Kurvenverlauf erklärt. Aussagen aus und tTrage die Reihenfolge im Feld "Argumentationskette" ein.
Lösungen der Lücken (zeilenweise von links nach rechts): 2 · C · D · E · A · F · B