5.2.4 Beeinflussung der Lage einer Gleichgewichtsreaktion durch Kon

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
5.2.2 Beeinflussung der Lage einer Gleichgewichtsreaktion durch die Temperatur
Aufgabe 1 Die Ampulle wird für einige Sekunden in kaltes Wasser, anschliessend für einige Se-
kunden in heisses Wasser getaucht. Notiere die Beobachtungen nach beiden Störun-
gen.
Die Braunfärbung der Probe nimmt beim Eintauchen in kaltes Wasser ab, beim Ein-
tauchen in heisses Wasser hingegen zu.
Auf welche Seite verschiebt sich der Gleichgewichtszustand der obigen Reaktion nach
Temperaturerniedrigung, auf welche Seite nach Temperaturerhöhung? (Nach links
(zu den Edukten) oder nach rechts (zu den Produkten)?)
Der Gleichgewichtszustand verschiebt sich nach Temperaturerniedrigung auf die
Seite von N 2O 4, also auf die Seite des Produkts, also nach rechts, bei Temperaturer-
höhung auf die Seite von NO 2, also nach links, zu den Edukten.
Aufgabe 2 Welche Reaktion ist endotherm? Versuche dies unter Einbezug des Prinzpis von Le
Châtelier herauszufinden.
Endotherme Reaktionen benötigen Energie; die endotherme Reaktion wird bei Tem-
peraturerhöhung gefördert, hier ist das die Bildung von NO 2, also die Rückreaktion.
Aufgabe 3 Notiere das Massenwirkungsgesetz der folgenden Reaktionen:
a) Ammoniak-Synthese (Ammoniak = NH 3)
c
KC =
+ -
b) NH3 + HCl NH4 + Cl 2 (NH3) c 3 (H x 2) c(N2) K C =
+
c(NH4 ) x c(Cl – )
c(NH x 3) c(HCl)
5.2.4 Beeinflussung der Lage einer Gleichgewichtsreaktion durch Konzentrationsänderungen
einzelner Reaktanden
FeCl3(aq.) + K4[Fe(CN) 6] (aq.)
Fe
3 KCl (aq.) + KFe[Fe(CN) 6] (aq.)
3+
Fe 2+
Fe 3+ und Fe 2+
gelblich farblos farblos tiefblau
In eine FeCl 3(aq.)-Lösung wird K 4[Fe(CN) 6] (aq.)-Lösung getropft. Dann wird gut geschüttelt
und etwa dieselbe Menge demineralisiertes Wasser dazugegeben.
Beobachtung:
Die Probe färbt sich intensiv blau.
Auf welcher Seite liegt der Gleichgewichtszustand der obigen Reaktion? Rechts oder
links? (Mit anderen Worten: hat es im Reaktionsgemisch mehr Edukt oder Produkt?)
Der Gleichgewichtszustand liegt deutlich auf der Seite der Produkte, worauf man anhand der
blauen Farbe schliessen kann.
P. Good 1

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
In welcher Verbindung liegt die überwiegende Mehrheit der Atomsorte Eisen (Fe) vor?
Als FeCl 3(aq.), K 4[Fe(CN) 6] (aq.) oder KFe[Fe(CN) 6] (aq.)?
Die überwiegende Mehrheit der Fe-Ionen liegt in Form vom blauen KFe[Fe(CN) 6] (aq.) vor.
Zum Resultat des obigen Experimentes werden ca. zehn Tropfen der bereitliegenden wässrigen
Natriumhydroxid-Lösung (NaOH (aq.)) gegeben.
Beobachtung:
Die Probe färbt sich gelblich. Es bildet sich auch ein rötlicher Niederschlag (=> schwerlösliches
Salz).
Auf welche Seite verschiebt sich der Gleichgewichtszustand der Reaktion durch Fe 3+ -
Entnahme? Auf die Seite der Edukte (nach links) oder der Produkte (nach rechts)?
Der Gleichgewichtszustand verschiebt sich auf die Seite der Edukte, worauf man anhand der
verschwindenden blauen Farbe und der entstehenden gelben Farbe schliessen kann.
Wir stören die Reaktion ein zweites Mal.
Dazu geben wir freie Fe 3+ -Ionen in Form von FeCl 3(aq.) hinzu.
Beobachtung:
Die Probe wird wieder tiefblau.
Auf welche Seite verschiebt sich die Gleichgewichtslage der Reaktion nach Zugabe
von Fe 3+ -Ionen? Nach links oder nach rechts?
Die Blaufärbung der Probe bedeutet, dass durch Zugabe eines Edukts der Gleichgewichtszustand
nach rechts, also zu den Produkten verschoben wird.
P. Good 2

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
5.2.1 Das chemische Gleichgewicht
1) Entenhausen hat seit drei Jahren eine konstante Anzahl Arbeitsloser. Donald will dies nicht
glauben und entrüstet sich: „Das kann nicht stimmen. Ich habe mindestens ein Dutzend Bekannte,
welche in diesen drei Jahren arbeitslos geworden sind!“
Erkläre Donald, weshalb dennoch die Zahl der Arbeitslosen unverändert bleiben kann.
In derselben Zeit, in welcher eine bestimmte Anzahl Menschen arbeitslos wird, findet dieselbe Anzahl
Arbeitsloser Arbeit, so dass die Zahl der Arbeitslosen und der Beschäftigten konstant bleibt.
2) Eine geschlossene Flasche ist zur Hälfte mit Wasser gefüllt. Die Menge Wasser verändert sich
nicht. Trotzdem erklärt Daniel: „Es ist erwiesen, dass in diesem Fall laufend Wasser aus dem
flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt.“
Wie lassen sich diese beiden scheinbar widersprüchlichen Aussagen vereinbaren?
Das Verdunsten läuft mit derselben Reaktionsgeschwindigkeit ab wie das Kondensieren. In derselben
Zeit, in welcher also eine bestimmte Zahl Wassermoleküle vom flüssigen in den gasförmigen
Zustand wechselt, wechselt dieselbe Zahl Wassermoleküle aus dem gasförmigen Zustand in den
flüssigen, so dass die Menge der Wassermoleküle in beiden Zuständen konstant bleibt.
3) Stickstoffdioxid (NO2) wird in Distickstofftetraoxid (N2O4) überführt. Im Reaktionsgemisch
lässt sich N2O4, aber auch NO2 nachweisen. Die Konzentrationen der beiden Reaktionspartner
bleiben konstant.
Notiere die Reaktionsgleichung der oben beschriebenen Reaktion.
2 NO2(g) N2O4(g) Erkläre den scheinbaren Widerspruch, dass die Konzentrationen der Reaktionspartner konstant
bleiben, die Reaktion aber nie zum Erliegen kommt.
In derselben Zeit, wie eine bestimmte Zahl NO 2 zu N 2O 4 umgewandelt wird, wird dieselbe Zahl
N 2O 4 in NO 2 umgewandelt. Die Reaktionsgeschwindigkeiten der beiden entgegen gesetzten Reaktionen
sind gleich.
Notation einer Gleichgewichtsreaktion: A + B C + D
d) Übungsaufgaben
1) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g)
T (°C) 400 600 800 900
% SO 3 97 68 22 12
a) Welche Reaktion ist endotherm? Begründe Deine Antwort.
Bei Temperaturerhöhung wird immer weniger SO 3 (= Produkt) gebildet. Die Bildung von SO 3 ist
demnach exotherm; die Rückreaktion ist endotherm.
b) Welches sind optimale Bedingungen (in Bezug auf T und p) der SO 3-Synthese?
Hoher Druck, tiefe Temperatur; wegen tiefer Temperatur: nach Möglichkeit Katalysator.
2) 2 Pb 3O 4 (s) 6 PbO (s) + O 2 (g)
Auf welche Seite verschiebt sich der Gleichgewichtszustand bei Druckerhöhung? Begründe
Deine Antwort.
Verschiebung nach links; die Anzahl Teilchen im Gaszustand wird durch Verschiebung nach links
verringert; bei Druckerhöhung erfolgt immer Verschiebung auf die Seite mit weniger Teilchen im
Gaszustand.
P. Good 3

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
3) 2 NO 2 (g) N 2O 4 (g) ΔH = -61.5 kJ/mol
a) Welche Reaktion ist endotherm? Woran erkennst Du das?
Rückreaktion ist endotherm; ΔH wird jeweils für die Hinreaktion angegeben; negatives Vorzeichen
für ΔH bedeutet: exotherm.
b) Wie wirkt sich eine Erwärmung auf die Lage des Gleichgewichtszustandes aus? Begründe
Deine Antwort.
Bei Erwärmung erfolgt Verschiebung des Gleichgewichtszustandes in Richtung endotherme Reaktion,
hier also: Verschiebung nach links.
c) Wie verschiebt sich der Gleichgewichtszustand bei Druckerhöhung? Begründe Deine
Antwort.
Bei Druckerhöhung erfolgt Verschiebung des Gleichgewichtszustandes, so dass minimale Anzahl
Teilchen im Gaszustand entstehen, hier: Verschiebung nach rechts.
5.2.3 Das Massenwirkungsgesetz (MWG)
Übungen zu Gleichgewichtsreaktionen
(Auf ein separates Blatt zu lösen.)
1) Wie verändern sich die Gleichgewichtskonstanten folgender Reaktionen mit zunehmender Temperatur?
a) N 2 + O 2 2 NO ΔH = 175.6 kJ/mol
Gleichgewichtsverschiebung nach rechts => K c steigt.
b) OF 2 + H 2O O 2 + 2 HF ΔH = -318.4 kJ/mol
Gleichgewichtsverschiebung nach links => K c sinkt.
2) Wie werden folgende Gleichgewichtsreaktionen durch Druckerhöhung beeinflusst? (Alle Stoffe
liegen, wenn nichts anderes angegeben, bei Reaktionsbedingungen gasförmig vor.)
a) 2 SO 2 + O 2 2 SO 3
Gleichgewichtsverschiebung nach rechts.
b) N 2 + O 2 2 NO
keine Beeinflussung des Gleichgewichtszustandes durch den Druck, da auf der Edukteseite
gleich viele gasförmige Teilchen vorliegen wie auf der Produkteseite.
c) 2 H 2S (g) + CH 4(g) CS 2(g) + 4 H 2(g)
Gleichgewichtsverschiebung nach links.
d) 2 Pb 3O 4(s) 6 PbO (s) + O 2(g)
Gleichgewichtsverschiebung nach links.
e) Ni (s) + 4 CO (g) Ni(CO) 4(s)
Gleichgewichtsverschiebung nach rechts.
f) 2 Ag 2O (s) 4 Ag (s) + O 2(g)
Gleichgewichtsverschiebung nach links.
3) Wie beeinflusst eine Temperaturerhöhung die Gleichgewichtslage der folgenden Reaktion?
CO (g) + H2O (g)
CO2(g) + H2(g) Hinreaktion ist exotherm.
Temperaturerhöhung führt zur Verstärkung der endothermen Reaktion, hier also: Gleichgewichtszustand
wird nach links verschoben.
4) Gibt man Chlorwasserstoff (HCl) zu Wasser, so löst sich ein grosser Teil davon auf. Von diesem gelösten Chlorwasserstoff
reagiert wiederum ein grosser Teil zu Chlorid- (Cl – ) und Hydroxonium-Ionen (H3O + ). Dieser Lösung
(H3O + (aq.) und Cl – (aq.)) nennt man Salzsäure. Es liegen demnach die folgenden beiden Gleichgewichtsreaktionen vor:
HCl (g)
HCl (aq.)
P. Good 4

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
HCl (aq.) + H 2O (l)
Cl –
(aq.) + H 3O +
(aq.)
In einer Salzsäure-Flasche, welche stets gasdicht verschlossen ist, aber jede Woche zwei bis
dreimal zur Säure-Entnahme geöffnet wird, nimmt im Laufe der Zeit der pH-Wert zu. Erkläre
diesen Umstand.
pH-Wert-Zunahme bedeutet: Abnahme der H 3O + -Konzentration; In der erstgenannten Gleichgewichtsreaktion
wird durch Öffnen der Flasche das Gleichgewicht nach links (zu HCl (g)) verschoben,
da bei geöffneter Flasche HCl (g) entweicht. Dadurch verringert sich die HCl (aq.)-Konzentration. Der
Gleichgewichtszustand der zweit genannten Reaktion verschiebt sich dadurch auf die linke Seite =>
Verringerung der H 3O + -Konzentration.
5) N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g)
Die Gleichgewichtskonstante K c der obigen Reaktion beträgt bei 25°C: 4.5 x 10 -31 .
Auf welcher Seite liegt somit der Gleichgewichtszustand bei 25°C? Begründe Deine Antwort.
K c ist bei 25 °C viel kleiner als 1 => Gleichgewichtszustand liegt bei dieser Temperatur stark links.
6) Für die folgenden Gleichgewichtsreaktionen ist anzugeben:
• Reaktionsgleichung, Massenwirkungsgesetz und Lage des Gleichgewichtszustandes (links
oder rechts) bei den verschiedenen Temperaturen.
a) Schwefeldioxid verbrennt zu Schwefeltrioxid
K25°C = 4 · 1024 K400°C = 3 · 104 K800°C = 0.13
2 SO2 + O2 2 SO3 K c =
bei 25 °C: Gleichgewicht liegt rechts, da K c > 1 => Zähler > Nenner => mehr SO 3 als SO 2 und O 2.
bei 400 °C: Gleichgewicht liegt rechts, da K c > 1 => Zähler > Nenner => mehr SO 3 als SO 2 und O 2.
bei 800 °C: Gleichgewicht liegt links, da K c < 1 => Zähler < Nenner => mehr SO 2 und O 2 als SO 3.
b) Stickstoffmonoxidsynthese
K25°C = 4 · 10-31 K800°C = 4 · 10-8 N2 + O2 2 NO
c
Kc =
c(N x 2) c(O2) bei 25 °C: Gleichgewicht liegt links, da Kc < 1 => Zähler < Nenner => mehr NO als N2 und O2. bei 800 °C: Gleichgewicht liegt links, da Kc < 1 => Zähler < Nenner => mehr NO als N2 und O2. 2 (NO)
a) Die Ammoniaksynthese
Fragen
c 2 (SO 3)
c 2 (SO 2) x c(O 2)
5.2.5 Beispiele grosstechnischer Prozesse
3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g) ΔH = -92 kJ/mol
1) Bei welchen Reaktionsbedingungen lässt sich die obige Gleichgewichtsreaktion auf die Seite
des Produktes verschieben?
p: Druckerhöhung
T: Temperaturerniedrigung
P. Good 5

KSH-Chemie 5 Prinzipien chemischer Reaktionen
5.2 Das dynamische Gleichgewicht chemischer Reaktionen
2) Welcher gravierende Nachteil für die grosstechnische Herstellung von Ammoniak erwächst
diesen Bedingungen?
Bei tiefen Temperaturen wird die Reaktionsgeschwindigkeit herabgesetzt.
3) Beschreibe die volkswirtschaftliche Bedeutung der grosstechnischen Ammoniak-Synthese
um das Jahr 1900.
Industrialisierung => starke Bevölkerungszunahme => Landwirtschaft musste mehr produzieren =>
Felder mussten intensiver genutzt werden => Düngemittel mussten vermehrt eingesetzt werden. Die
Düngemittel-Synthese geht von Ammoniak aus => Ammoniaksynthese in grossem Masstab nötig.
4) Die Umsetzung des Verfahrens zur Gewinnung von Ammoniak war im ersten Viertel des 20.
Jahrhunderts auch von sehr grosser politischer Bedeutung. Erkläre diesen Zusammenhang.
Ammoniak wird auch zur Herstellung von Sprengstoffen benutzt => Einsatz zu militärischen Zwecken
war zu jener Zeit sehr gefragt => Bestreben, Ammoniak grosstechnisch herzustellen.
5) Fritz Haber bekam 1918 den Nobelpreis in Chemie für die Entwicklung eines nutzbaren Verfahrens
zur Ammoniak-Gewinnung. Im gleichen Jahr aber wurde er von den Alliierten auf die
Liste der Kriegsverbrecher gesetzt. Weshalb?
Fritz Haber war mitverantwortlich für den ersten Einsatz von Giftgas (Chlor) zu militärischen Zwecken.
P. Good 6