Stöchiometrie-Seminar April 2019 Moritz Helmstädter 1

Transkript

1 Stöchiometrie-Seminar 4 1

2 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben 2

3 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben 3

4 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Allgemeine Definitionen Molare Masse M = m n m = c V M Stoffmengenkonzentration c = n V β = c M Massenkonzentration β = m V 4

5 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Chemisches Gleichgewicht - Der Apfelkrieg (Opa vs. Enkel) c = Konzentration der Äpfel im jeweiligen Garten k = Geschwindigkeit, die Äpfel vom Boden aufzuheben (konstant) v = Geschwindigkeit, Äpfel über den Zaun zu befördern = k c Dickerson, R.; Geis, V.: Chemie - eine lebendige und anschauliche Einführung, Verlag Chemie, Basel

6 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Massenwirkungsgesetz Definition: Eine chemische Reaktion befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der Quotient aus dem Produkt der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen der Edukte bei gegebener Temperatur und Druck einen konstanten Wert erreicht. Wichtig: Die Koeffizienten der Produkte und Edukte in der Reaktionsgleichung gehen im Massenwirkungsgesetz in den Exponenten über! aa + bb cc + dd K = cc (C) c d (D) c a (A) c b (B) oder K = C c D d A a B b 6

7 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Was passiert, wenn ein schwerlösliches Salz in Wasser gelöst wird? Beispiel: Lösen von Silberchromat in Wasser ( Elektrolytische Dissoziation ) Ag 2 CrO 4(s) Ag 2 CrO 4 (aq) 2 Ag + (aq) + CrO 4 2 (aq) + 2 Ag (aq) + CrO 4 2 (aq) Ag 2 CrO 4(aq) Ag 2 CrO 4(s) Gesättigte Lösung Index aq für Wasser (lat. aqua) Bodenkörper Index s für solid bzw. f für fest Die Lösung eines Salzes A x B y ist gesättigt, wenn beide GGW- Reaktionen im GGW sind. 7

8 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Das Löslichkeitsprodukt A x B y(s) x A y+ aq x + y B aq K L = A y+ x Bx y 8

9 1) Zusammenfassung des letzten Seminars Allgemein Die molare Löslichkeit eines Salzes A x B y ist: L Ax B y = x+y K L x x y y. Der Begriff Sättigungskonzentration ist ein Synonym für die molare Löslichkeit. Sie gibt die Konzentration eines schwerlöslichen Salzes in gesättigter Lösung an. 9

10 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben 10

11 2) Besprechung der Hausaufgaben Aufgabe 1: Die Löslichkeit von Silberchlorid in reinem Wasser beträgt bei Raumtemperatur 2,0 mg/l. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid! [M(AgCl) = 143,4 g/mol] 11

12 2) Besprechung der Hausaufgaben Aufgabe 2: Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt eines schwer löslichen Salzes vom Typ A 3 B mit der Sättigungskonzentration des Salzes c(a 3 B) = 10-6 mol/l! 12

13 2) Besprechung der Hausaufgaben Aufgabe 3: Mit wie viel ml Wasser dürfen 150 mg eines Calciumoxalat-Niederschlags maximal gewaschen werden, wenn sich nicht mehr als 0,2% (Massenprozent) des Niederschlags lösen sollen? [K L (CaC 2 O 4 ) = 1, mol²/l², M(CaC 2 O 4 )= 128 g/mol] 13

14 2) Besprechung der Hausaufgaben Aufgabe 4: Wie viel Gramm Silberphosphat lösen sich in 200 ml Wasser? Leiten Sie hierbei zunächst den Formelausdruck der molaren Löslichkeit von Silberphosphat über den Einsatz der stöchiometrischen Verhältnisse her! [K L (Ag 3 PO 4 ) = 1, (mol/l) 4, M(Ag 3 PO 4 ) = 418,58 g/mol] 14

15 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 4: 15

16 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 4: 16

17 2) Besprechung der Hausaufgaben Aufgabe 5: In einem geschlossenen 1 Liter-Gefäß reagieren Iod und Wasserstoff beim Erhitzen zu Iodwasserstoff. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein. Geben Sie die Stoffmengenkonzentrationen von Wasserstoff und Iod nach der Gleichgewichtseinstellung an und nehmen Sie hierzu an, dass Iodwasserstoff im Gleichgewicht in einer Stoffmengenkonzentration von 0,65 mol/l vorliegt. [K = 54,5] 17

18 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 5: 18

19 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben 19

20 3) Theorie Ionenprodukt und Fällungsreaktionen: Das Löslichkeitsprodukt A x B y(s) x A y+ aq x + y B aq K L = A y+ x x y B gilt nur für gesättigte Lösungen! Wie sieht das für ungesättigte Lösungen aus? K L kann keine Aussage zur aktuellen Ionenkonzentration in Lösung treffen! Eine neue Größe wird benötigt! 20

21 3) Theorie Das Ionenprodukt Das Ionenprodukt I P gibt das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen an, die sich in Lösung befinden. Beispiel: 2+ Cu OH 2 s Cu aq + 2 OH aq gesättigte Lsg. ungesättigte Lsg. K L = Cu 2+ OH 2 I P = Cu 2+ OH 2 21

22 3) Theorie Wie hängen I P und K L zusammen? Unterscheidung zwischen drei Fällen: 1. I P < K L : Lösung ist nicht gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst 2. I P = K L : Lösung ist gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst, bei weiterer Zugabe jedoch, wird das Löslichkeitsprodukt überschritten und es bildet sich ein Niederschlag (Bodensatz)! 3. I P > K L : Lösung ist übersättigt, es kommt zur Niederschlagsbildung. Es fällt so viel Salz aus, bis das Ionenprodukt den Wert von K L erreicht und sich das GGW zwischen gelöstem und ungelöstem, sowie zwischen dissoziiertem und nicht dissoziiertem Salz einstellt. 22

23 3) Theorie 2+ Cu OH 2 s Cu aq + 2 OH aq 2+ Cu OH 2 s Cu aq + 2 OH aq 23

24 3) Theorie Achtung! Negative Potenzen! Bsp.: I P = (mol/l) 2 K L = (mol/l) 2 Kommt es zur Niederschlagsbildung? I P > K L Niederschlag! Anwendung des Ionenprodukts: Hydroxid- und Sulfidfällungen: ph-abhängige Gleichgewichte, K L -Wert wird durch Änderung des ph-werts überschritten (Stoff der Abschlussklausur) 24

25 3) Theorie Zusammenfassung: Ionenprodukt Das Ionenprodukt ist das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen, die sich in Lösung befinden (unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten). Das Löslichkeitsprodukt ist ein Spezialfall des Ionenprodukts und gilt für gesättigte Lösungen! Durch Vergleich der beiden Größen kann eine Aussage über die Sättigung der Lösung getroffen werden! 25

26 3) Theorie Ionenprodukt: Beispielaufgabe 2,53 g NaF werden in Wasser gelöst und zu einem Endvolumen von 50,0 ml mit Wasser ergänzt. Diese Lösung wird mit 37,0 ml einer Calcium-Ionen enthaltenden Lösung c(ca 2+ ) = 0,75 mol/l gemischt. Wird aus diesem Gemisch ein CaF 2 -Niederschlag ausfallen? [M(NaF) = 41,988 g/mol; K L (CaF 2 ) = 3, (mol/l) 3 ] 26

27 3) Theorie Ionenprodukt: Beispiel Lösung: 27

28 3) Theorie Ionenprodukt: Beispiel Lösung: 28

29 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben (Lösungswege werden nur im Seminar vorgetragen und sind im Handout nicht vorhanden) 29

30 4) Übungsaufgaben Aufgabe 1: a) Zeigen Sie, dass es zur Fällung von Silberbromid kommt, wenn 500 ml einer Natriumbromid-Lösung der Konzentration 100 μmol/ml mit 1,5 L einer 1 μm Lösung von Silbernitrat gemischt werden! b) Löst sich der Niederschlag wieder auf, wenn die Mischung durch Zugabe von 48 L Wasser verdünnt wird? [K L (AgBr) = 6, (mol/l) 2 ] Lösung: a) I P (AgBr) > K L (AgBr) Es kommt zur Niederschlagsbildung! b) I P (AgBr) > K L (AgBr) Niederschlag löst sich nicht wieder auf! 30

31 4) Übungsaufgaben Aufgabe 2: (bearbeitet nach SS16) Sowohl Blei als auch Silber bilden schwer lösliche Iodide. Sie mischen unter Vernachlässigung der Volumenkontraktion eine Blei(II)nitrat-Lösung mit einer Silbernitrat-Lösung und einer Natriumiodidlösung, sodass im Becherglas eine Iodidkonzentration von 0,0003 mol/l resultiert. Dabei fällt Silberiodid aus und Blei bleibt in Lösung. Ab welchem Verhältnis Blei:Silber beginnt auch der zweite Niederschlag auszufallen? [pk L (Blei(II)iodid) = 8,07; pk L (Silberiodid) = 16,07] Lösung: 3, : 1 31

32 4) Übungsaufgaben Aufgabe 3: Welche Masse zu 15% verunreinigten Kaliumpermanganats müssen Sie zu 180 ml einer alkalischen Kaliumazidlösung (ρ = 1,09 g/ml) mit der Konzentration 80 g/l geben, um das enthaltene Azid vollständig in elementaren Stickstoff zu überführen? [M(KMnO 4 ) = 158 g/mol; M(KN 3 ) = 81 g/mol] Lösung: 11 g 32

33 bei der Klausur! 33