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Musterlösung: Aufgaben zur Gleichgewichtsverschiebung
Aufgabe 1 a) K= c2 NO 2
c N 2 O 4
b)
1. Benennung der Störung: Eine Temperaturerhöhung entspricht einer Zufuhr von Wärmeenergie. Die Gleichgewichtslage wird
gestört.
2. Reaktion des Systems zur Verminderung der Störung
Um dieser Störung entgegen zu wirken, muss die Reaktion in der Richtung verstärkt ablaufen, in der Wärmeenergie wieder
verbraucht wird, also in Richtung der endothermen Reaktion.
3. Einfluss auf die Gleichgewichtslage
Da die Reaktion mit ∆H° = +57 kJ/mol von links nach rechts eine positive Reaktionsenthalpie besitzt, ist die Reaktion
von links nach rechts endotherm. Somit verschiebt sich die Gleichgewichtslage nach rechts. K steigt.
c) Temperaturerhöhung, Druckverminderung (bzw. Vergrößerung des Reaktionsvolumens), Zugabe von N 2
O 4
, Entfernung von
NO 2
.
d) In Reaktion 3-5 liegen keine gasförmigen Reaktionsteilnehmer vor, so dass eine Druckänderung hier keinen Einfluss auf die
Gleichgewichtslage hat.
In Reaktion 1 und 2 befinden sich auf der Produktseite mehr Moleküle in der Gasphase, so dass eine Druckerhöhung diese
Gleichgewichte nach links verschiebt.
Aufgabe 2
Es ist zu begründen, dass eine Erwärmung zu einer Verschiebung der Gleichgewichtslage nach rechts führt.
Die Begründung erfolgt völlig analog zu Aufgabe 1b).
Aufgabe 3 - Sprudelwasser
a1) In einer Wasserflasche befindet sich Wasser. In der Gasphase über dem Wasser befindet sich Kohlenstoffdioxid CO 2
(g).
Ein Teil der CO 2
-Moleküle befindet sich bereits im Wasser, als CO 2
(aq) (wobei wenige CO 2
und viele H 2
O Moleküle
nebeneinander vorliegen). Die in Wasser gelösten CO 2
-Moleküle stehen mit den CO 2
-Molekülen der Gasphase im Gleichgewicht.
Gleichgewicht 1 (Gg. 1): CO 2
(aq) CO 2
(g) ∆ R
H° > 0
Begründung für den von links nach rechts endothermen Reaktionsablauf: Der linken Tabelle entnimmt man, dass sich mit
steigender Temperatur weniger CO 2
in Wasser löst. Dies entspricht einer Verschiebung des Gleichgewichts 1 nach rechts. Die
Reaktion muss von links nach rechts endotherm sein, da eine Zufuhr von Wärme, die Wärmeverbrauchende, endotherme Reaktion
begünstigt, und da beobachtet wird (Tabelle), dass dies die von links nach rechts ablaufende Reaktion ist.
Die Flasche muss gekühlt werden, damit Gg. 1 möglichst weit nach links verschoben wird, und damit so möglichst viel CO 2
in
Wasser gelöst werden kann.
Mehrmaliges Drücken des Druckknopfes erhöht den Druck im Gefäß, was zu einer Verschiebung in Richtung der Seite führt, auf
der weniger Reaktionsteilnehmer gasförmig vorliegen. Dies ist wiederum die linke Seite.
Laut Aufgabentext reagiert ein kleiner Teil des CO 2
zu Kohlensäure:
Gleichgewicht 2 (Gg. 2): CO 2
(aq) + H 2
O (l) H 2
CO 3
(aq)
Wenn eine Druckerhöhung Gg. 1 nach links verschiebt, so bedeutet dies, dass die Konzentration an in Wasser gelöstem CO 2
(aq)
erhöht wird. Dies wiederum bedeutet für Gg. 2 die Erhöhung der Konzentration eines Edukts (Störung), so dass zum Abbau der
Störung die Hinreaktion in Gg. 2 bevorzugt ablauft. Dadurch erhöht sich die Konzentration an H 2
CO 3
und man erhält den
gewünschten sauren Sprudel.
Laut Herstellerangabe muss die Wasserflasche stets gut verschlossen werden.
Begründung: Wenn die Flasche nicht verschlossen ist, so gelangt CO 2
(g) aus der Flasche heraus, was in Gg. 1 einer Verminderung
der Konzentration des Produkts entspricht (Störung). Das System reagiert auf die Störung, indem neues gasförmiges CO 2
(g) aus
der Lösung freigesetzt wird. Dazu läuft die Hinreaktion bevorzugt ab so dass der Sprudel nach und nach das gelöste CO 2
(aq)
verliert.
a2) CO 2
(g) kann durch Trübung von Kalkwasser Ca(OH) 2
(aq) nachgewiesen werden. Dabei entsteht schwerlösliches
Caciumcarbonat CaCO 3
(s). CO 2
(g) + Ca(OH) 2
(aq) CaCO 3
(s) + H 2
O (l)
Man könnte das gasförmige CO2 z. B. durch Erwärmung des Sprudels mit dem Brenner freisetzen und über ein Glasrohr in
Kalkwasser einleiten. Die Trübung des Kalkwassers dient als Nachweis des Kohlenstoffdioxids.
b) Schüttlet man die Flasche, so löst sich Kohlenstoffdioxid in Wasser, so dass das Volumen der Gasphase vermindert wird.
Die Flasche wird durch den entstehenden Unterdruck zusammen gedrückt.