Stöchiometrie-Seminar November 2017 Pascal Heitel 1

Transkript

1 Stöchiometrie-Seminar 4 Pascal Heitel 1

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

3 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 Pascal Heitel 3

4 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 Pascal Heitel 4

5 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 Pascal Heitel 5

6 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. Pascal Heitel 6

7 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 Pascal Heitel 7

8 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. Pascal Heitel 8

9 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben Pascal Heitel 9

10 2) Besprechung der Hausaufgaben Frage zur Bedienung des Taschenrechners: Berechnen Sie folgenden Term: 5 5, a) 2, b) 1, c) 8, d) Kein Ergebnis Umfrage zurücksetzen ID = heitel@pharmchem.uni-frankfurt.de 58 Stimmen 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% A B C D Pascal Heitel 10

11 2) Besprechung der Hausaufgaben Wie sind Sie mit den Hausaufgaben zurecht gekommen? Es gab Probleme bei (Mehrfachabstimmung möglich!) a) Aufgabe 1 b) Aufgabe 2 c) Aufgabe 3 d) Aufgabe 4 e) Aufgabe 5 30% 25% 20% 15% Umfrage zurücksetzen ID = heitel@pharmchem.uni-frankfurt.de 47 Stimmen 10% 5% 0% A B C D E Pascal Heitel 11

12 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] Pascal Heitel 12

13 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 1: Pascal Heitel 13

14 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 1: Pascal Heitel 14

15 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! Pascal Heitel 15

16 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] Pascal Heitel 16

17 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 3: Pascal Heitel 17

18 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] Pascal Heitel 18

19 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 4: Pascal Heitel 19

20 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] Pascal Heitel 20

21 2) Besprechung der Hausaufgaben Lösung Aufgabe 5: Pascal Heitel 21

22 Themen des heutigen Seminars 1) Zusammenfassung des letzten Seminars 2) Besprechung der Hausaufgaben 3) Theorie 4) Übungsaufgaben Pascal Heitel 22

23 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! Pascal Heitel 23

24 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 Pascal Heitel 24

25 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. Pascal Heitel 25

26 3) Theorie Achtung! Negative Hochzahlen 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) Pascal Heitel 26

27 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! Pascal Heitel 27

28 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 ] Pascal Heitel 28

29 3) Theorie Ionenprodukt: Beispielaufgabe Lösung: Pascal Heitel 29

30 3) Theorie Ionenprodukt: Beispielaufgaben Lösung: Pascal Heitel 30

31 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) Pascal Heitel 31

32 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! Pascal Heitel 32

33 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 Pascal Heitel 33

34 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 Pascal Heitel 34

35 bei der Klausur! Pascal Heitel 35