Rechnen mit dem Massenwirkungsgesetz

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1 Rechnen mit dem Massenwirkungsgesetz Allgemeine Aufgaben zum MWG 1. Die Gleichgewichtskonzentrationen der Gleichgewichtsreaktion A + B C + D betragen bei bestimmten Reaktionsbedingungen: c(a) = 0,1 /; c(b) =,18 /; c(c) = 0,7 /; c(d) = 1,8 /. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante.. Zu Beginn der Synthese von Iodwasserstoff aus den Elementen lagen die onzentration c(h ) = 11, 10 - / c(i ) = 10, / vor. Im Zustand des chemischen Gleichgewichts wurden c(i ) = 1, / gemessen. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante c.. Für die Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonooxid gilt die Gleichgewichtskonstante c = Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen aller beteiligten Stoffe, wenn zu Beginn der Reaktion in ein - Reaktionsgefäß 1 Stickstoff und 1,5 Sauerstoff eingeleitet werden. onkretisierung des Massenwirkungsgesetz 1: öslichkeitsgleichgewichte 4. Berechnen Sie die öslichkeit von ithiumcarbonat in Wasser in / und in g/. p (ithiumcarbonat) =,1. Elementsymbol ithium: i 5. (*) ehrreich. Zur ösung einer ganzrationalen Funktion. Grades ist ein Computeralgebra-System erforderlich. In 500 m einer gesättigten Calciumfluoridlösung werden 4,1988 g Natriumfluorid gelöst. a) Berechnen Sie Stoffmengenkonzentrationen an Calciumionen und an Fluoridionen in / in der gesättigten ösung (vor Zugabe von Natriumfluorid). (Calciumfluorid) =, / b) Beschreiben und erklären Sie die bei der Zugabe von Natriumfluorid stattfindende chemische Reaktion. c) schwierig aber lehrreich. Zur ösung einer ganzrationalen Funktion. Grades ist ein Computeralgebra-System oder ein neuerer wissenschaftlicher Taschenrechner erforderlich, der solche Gleichungen lösen kann. Berechnen Sie den Caliumionen-Gehalt im neuen Gleichgewichtszustand. 6. In 100 gesättigter Silbercarbonat-ösung (Ag CO ) befinden sich 0,01699 Carbonationen. Berechnen Sie und p von Silbercarbonat. onkretisierung des Massenwirkungsgesetz : Autoprotolysen 7. Reine Salpetersäure kann in einer Autoprotolyse zu H NO + und NO reagieren. Berechnen Sie die onzentration an Nitrat-Ionen, wenn für diese Reaktion p =,90 gilt. 8. Eine wässrige ösung besitzt ph =,89. Berechnen Sie c(h O + ), c(oh ) und den poh-wert der ösung. Musterlösungen auf

2 ösungen ohne Gewähr Wenn Sie von diesen Musterlösungen profitieren, dann geben Sie etwas zurück, indem Sie mich auf Rechenfehler, Verständnisschwierigkeiten o.ä. aufmerksam machen. etztendlich profitieren auch andere Schüler davon, wenn die Musterlösungen weitgehend fehlerfrei und verständlich sind. Nr. 1 C 0, 7 1,8 c ( C) c( D) = = 0,9585 c ( A) c ( B) 0,1,18 Nr. Das MWG gilt nur für onzentrationen im Gleichgewicht (GG). So dürfen nicht einfach die angegebenen Anfangskonzentrationen eingesetzt werden! H + I HI - - zu Beginn [/] 11, 10 10, im GG [/],0 10 1, ,4 10 (Erklärung siehe unten) oeffizientenverhältnis: Aus dem oeffizientenverhältnis geht hervor, dass sich doppelt so viel HI bildet, wie I verbraucht werden (1 : ). Wenn z.b. 1 I verbraucht wird, dann bilden sich HI. Wenn 16, / HI gebildet wurden, dann muss also halb so viel I verbraucht worden sein: 8, 10 - /. Auch der Verbrauch an H beträgt 8, 10 - /, da auch hier das oeffizientenverhältnis (1: ) beträgt.. onzentrationen im GG = Anfangskonzentration Verbrauch c(i ) GG =10, / 8, 10 /= 1, / c(h ) GG =11, 10 - / 8, 10 /=, / c ( 16,4 10 ) c ( HI) = = 49,81 c( H) c( I),0 10 1,8 10 Nr. N + O F NO Vor Reaktionsbeginn 0,5 / 0,75 / Nach Gleichgewichtseinstellung [/] 0,5-x 0,75-x x 0 MWG ( x) 4x 10 = 10 = ( 0, 5 x)( 0, 75 x) x 1, 5x + 0, 75, 997x 0, 0075x + 0, = 0 ösung der quadratischen Gleichung:

3 x 1, 5 0, 0075 ± 1, , = 7, 994 x 0, 0175 x 0, c(no) = x fl c(no) 0,06 / c(n ) = 0,5 x fl c(n ) 0,487 / c(o ) = 0,75 x fl c(o ) 0,77 / Nr. 4 ithiumcarbonat: i CO, das Ionenverhältnis i + : CO ist also :1, damit eine Formeleinheit nach außen hin elektrisch neutral ist. Die einfach positiv adung von i + lässt sich aus dem PSE herleiten, da i ein Element der 1. Hauptgruppe ist. Diese einfache Regel gilt natürlich nur für atomare Ionen und nicht für zusammengesetzte, z.b. CO! ( i CO ) 10 ( i CO ) 0, p ( ico ) = Beim ösen gehen die Ionen einzeln in ösung und umgeben sich mit einer Hydrathülle: i CO (s) F i + (aq) + CO (aq) Die i + -onzentration ist doppelt so hoch wie die CO -onzentration: x x öslichkeitsprodukt: = c ( i ) c( CO ) + = x x = 4x öslichkeitsprodukt (mit x formuliert): ( ) Einsetzen des -Werts und Auflösen nach x: 0, = 4x x 0, 0584 c( ico ) = 0,0584 7,891g g Mit M(i CO ) = 7,891 g/ folgt: 1 7,891 g fl β ( ico ) = 0, ,11 Nr. 5 Calciumfluorid besteht aus Ca + (da. Hauptgruppe!) und F -Ionen. Wegen dem adungsausgleich gilt: CaF ösevorgang: CaF Ca F ösen + + a) Da die Aufgabe weitgehend analog zur vorangegangenen ist, wird hier der ösungsweg etwas knapper formuliert = c( Ca ) c ( F ),4 10 = x ( x) x 0, fl c(ca + ) = 0, / fl c(f )= 0, / 0, / b) Gibt man zu der gesättigten Calciumfluorid-ösung weitere F -Ionen dazu (z.b. NaF-Zugabe), so fällt CaF aus, weil das öslichkeitsprodukt überschritten wird. Es fällt so lange CaF aus, bis der -Wert gerade wieder erreicht wird. Für jedes ausfallende Ca + -Ion fallen F -Ionen aus (wegen oeffizientenverhältnis 1:). Reaktion: Ca + + F F CaF

4 c) schwierig aber lehrreich 4,1988 g NaF entsprechen 0,1 NaF (da M(NaF) 41,988 g/). Diese Portion enthält 0,1 F -Ionen. Diese Stoffmenge befinden sich laut Aufgabenstellung in 0,5 ösung. Mit c = n/v folgt: c hinzukommend (F ) = 0,1 / 0,5 = 0, /. Die F -onzentration wird durch die NaF-Zugabe um 0, / erhöht. Rkt.Gleichung: Ca + + F F CaF gesättigte Ca(OH) -sg.[/] 0, , nach NaOH-Zugabe (vor Fällung) [/] 0, , , = 0, nach Neueinstellung des Gleichgewichts 0, x 0, x für jedes Ca + fallen F -Ionen aus: Wenn c(ca + ) um x abnimmt, so nimmt c(f ) um x ab! öslichkeitsprodukt für das neue Gleichgewicht: = c( Ca ) c ( F ), 4 10 = (0, x) (0, x) + 11 Diese Gleichung. Grades kann durch ein Computer-Algebrasystem oder einen Taschenrechner (etwa mithilfe des NEWTON- Näherungsverfahrens) gelöst werden. öst man mithilfe der binomischen Formel den letzten lammerausdruck und fasst zusammen, so kommt man zu folgender Normalform: -6 0 = - 4 x +0, x - 0, x + 8, Einzige reelle Nullstelle dieser Funktion mit einem Computeralgebrasystem ist x = , Dieses Ergebnis kann auch mit den meisten neueren wissenschaftlichen Taschenrechnern ermittelt werden. fl c( Ca ) = 0, x c( Ca ) = 0, , , Die ohnehin schon niedrige Ca + -onzentration sinkt nach Zugabe von NaF auf nahezu 0 /. fl c( F ) = 0, x c( OH ) = 0, , , 0000 Nr. 6 n( CO ) 0,01699 c( CO ) 1, V ( sg.) = = = Wegen der Verhältnisformel des Salzes gilt: c(ag + ) : c(co ) = : 1. fl c(ag + ) = 1, / =, /

5 öslichkeitsprodukt: = c ( Ag ) c( CO ) =, , ,19 10 p = lg 11, 09 Nr. 7 + Autoprotolyse: HNO + HNO NO + H NO = = = p, , Analog der Autoprotolyse des Wassers gilt auch hier: = c( NO ) c( H NO ) + Da laut Reaktionsgleichung c(no ) = c(h NO + ) gilt, kann man mit x auch schreiben: = x =. 0,00159 fl x =0,0548 / = c(no ) Nr. 9 c H O + ph,89 ( ) = 10 = 10 = 0, poh = 14 ph fl poh = 14 -,89 = 11,11 c( OH ) = 10 = 10 7, poh 11,11 1