Das Chemische Gleichgewicht

Ähnliche Dokumente
Das Chemische Gleichgewicht

Lösungsvorschlag zu Übung 11

Spezialfälle. BOYLE-MARIOTT`sches Gesetz p V = n R T bei T, n = konstant: p V = const. GAY-LUSSAC`sches Gesetz. bei V, n = konstant: p = const.

Die Innere Energie U

Grundlagen der Chemie Chemisches Gleichgewicht

Planung, Bau und Betrieb von Chemieanlagen - Übung Allgemeine Chemie. Allgemeine Chemie. Rückblick auf vorherige Übung

Das Chemische Gleichgewicht

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

Lösungen (ohne Aufgabenstellungen)

Massenwirkungsgesetz (MWG) und Reaktionskombinationen

Anorganische-Chemie. Dr. Stefan Wuttke Butenandstr. 11, Haus E, E

EinFaCh 3. Studienvorbereitung Chemie. Einstieg in Freibergs anschauliches Chemiewissen Teil 3: Chemische Gleichgewichte. tu-freiberg.

Richtung chemischer Reaktionen, Chemisches Gleichgewicht. Massenwirkungsgesetz

Richtung chemischer Reaktionen, chemisches Gleichgewicht. Massenwirkungsgesetz

Hausarbeit. Das Fällungs- und Löslichkeitsgleichgewicht. über. von Marie Sander

Massenwirkungsgesetz (MWG) und Reaktionskombination

Das chemische Gleichgewicht

4. Chemisches Gleichgewicht

PC I Thermodynamik G. Jeschke FS Lösung zur Übung 12

Vorlesung Anorganische Chemie

Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Multiple-Choice Test. Alle Fragen können mit Hilfe der Versuchsanleitung richtig gelöst werden.

Praktikumsrelevante Themen

Das Chemische Gleichgewicht Massenwirkungsgesetz

D r H Entropie-Änderungeng. D rs Arbeit, maximale (Nicht Volumen) D r G

8.5 Das Reaktionsgleichgewicht. Für eine Bruttoreaktion gilt: Wdhl.: Stoffumwandlungen und Gleichgewicht aus Kap. 8.3

3.4 Chemische Reaktionen und Reaktionsgleichgewichte Diskussion der chemischen Reaktionsbereitschaft einer Mischung

+ - H3O(aq) + OH(aq) H2O(l) + H2O(l) 1/19. Autoprotolyse des Wassers

endotherme Reaktionen

Themen heute: Reaktionsgleichungen, chemische Gleichgewichte

Grundlagen der Chemie Verschieben von Gleichgewichten

Allgemeine Chemie für Studierende mit Nebenfach Chemie Andreas Rammo

Grundlagen der Chemie

Chemisches Gleichgewicht in homogenen Systemen I Seminarvortrag SoSe 08

Prüfungsaufgaben zur Reaktionsgeschwindigkeit und zum chemischem Gleichgewicht

Uebersicht. Vorgehen. Wissenserwerb. Anwendungen des chemischen Gleichgewichtes 28

Allgemeine Chemie für r Studierende der Zahnmedizin

13 Chemisches Gleichgewicht (Kinetische Ableitung)

3.4 Chemische Reaktionen und Reaktionsgleichgewichte Diskussion der chemischen Reaktionsbereitschaft einer Mischung

a) Welche der folgenden Aussagen treffen nicht zu? (Dies bezieht sind nur auf Aufgabenteil a)

Film der Einheit Gleichgewichte

2. Chemische Reaktionen und chemisches Gleichgewicht

Allgemeine Chemie. SS 2014 Thomas Loerting. Thomas Loerting Allgemeine Chemie

Allgemeine Chemie für r Studierende der Medizin

3.4 Energieumsatz bei Reaktionen

1 I. Thermodynamik. 1.1 Ideales Gasgesetz. 1.2 Vereinfachte kinetische Gastheorie. 1.3 Erster Hauptsatz der Thermodynamik.

Übungsblatt MWG und Spontanität 2 Seite 1 von 6

Lösungen 10 (Kinetik)

Musterlösung Übung 10

AC2 ÜB THERMODYNAMIK 2, GLEICHGEWICHTSKONSTANTE Seite 1 von J / mol J K. molk

Aufgabengruppe BMS Chemie

weniger Gasteilchen enthält. In diesem Fall also auf die Produktseite.

PC-Übung Nr.1 vom

6. Tag: Chemisches Gleichgewicht und Reaktionskinetik

Protokoll Dampfdruck. Punkte: /10

Thermodynamik. Thermodynamik ist die Lehre von den Energieänderungen im Verlauf von physikalischen und chemischen Vorgängen.

4.3 Reaktionsgeschwindigkeit und Katalysator

c C 2 K = c A 2 c B 2mol /l 2 0,5mol /l 2 4 mol /l K =4l /mol

PC I Thermodynamik und Transportprozesse

LeWis» ph-wert Berechnungen «Kapitel 5

Modul BCh 1.2 Praktikum Anorganische und Analytische Chemie I

Musterlösung Übung 9

Chemie für Mediziner. 2., aktualisierte Auflage. Carsten Schmuck Bernd Engels Tanja Schirmeister Reinhold Fink

A 1.1 a Wie groß ist das Molvolumen von Helium, flüssigem Wasser, Kupfer, Stickstoff und Sauerstoff bei 1 bar und 25 C?

Das Haber-Bosch-Verfahren

Verrechnungspunkte: Gesamtpunkte: Note:

Das Haber-Bosch-Verfahren

Vorlesung Allgemeine Chemie Teil Physikalische Chemie WS 2009/10

Name: Punktzahl: von 57 Note:

1. BESTIMMUNG DER DAMPFDRUCKKURVE EINER REINEN FLÜSSIGKEIT ZUR BERECHNUNG DER VER- DAMPFUNGSENTHALPIE DH verd UND -ENTROPIE DS verd

Musterlösung Übung 10

1 Massenwirkungsgesetz

A 2.6 Wie ist die Zusammensetzung der Flüssigkeit und des Dampfes eines Stickstoff-Sauerstoff-Gemischs

Die bei chemischen Reaktionen auftretenden Energieumsätze werden nicht durch stöchiometrische Gesetze erfasst. Sie sind Gegenstand der Thermodynamik.

Chemie Klausur #1 12.2

Kinetik: a) Reaktionsgeschwindigkeit (zeitlicher Verlauf) b) Reaktionsweg (Mechanismus)

Phasengleichgewicht. 1. Experimentelle Bestimmung des Dampfdrucks von Methanol als Funktion der Temperatur. A fl. A g

Institut für Physikalische Chemie Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Vorlesung 2. November Gleichgewichte. 18. Säuren und Basen

Thermochemie. Arbeit ist das Produkt aus wirkender Kraft F und Weglänge s. w = F s 1 J = 1 Nm = 1 kgm 2 /s 2

Weiterführende Aufgaben zu chemischen Gleichgewichten Fachschule für Technik

PC I Thermodynamik und Transportprozesse

Grundlagen der Kinetik

Reaktionskinetik: - Geschwindigkeit chemischer Reaktionen - Untersuchung (bzw. Bestimmung) der Reaktionsmechanismen. c(a) t. v = -

Physikalisches Praktikum I

5 Teilchen treffen Teilchen: Reaktionskinetik

Versuch BS Stofftransport in der Blasensäule Absorption von Luftsauerstoff in Wasser. 1.) Absorption von Luftsauerstoff in Wasser.

Einführung in die Physikalische Chemie Teil 2: Makroskopische Phänomene und Thermodynamik

Wasserstoffbrückenbindung, H 2 O, NH 3, HF, Wasserstoff im PSE, Isotope, Vorkommen, exotherme Reaktion mit Sauerstoff zu Wasser, Energieinhalt,

Übung 3. Ziel: Bedeutung/Umgang innere Energie U und Enthalpie H verstehen (Teil 2) Verständnis des thermodynamischen Gleichgewichts

Modul: Allgemeine Chemie

11. Der Phasenübergang

Übung 4. SS 2013 Übung - Einführung in die Verbrennung - Methling, Özuylasi 1

7. Chemische Reaktionen

Thermo Dynamik. Mechanische Bewegung (= Arbeit) Wärme (aus Reaktion) maximale Umsetzung

Homogenes Gleichgewicht

Transkript:

Das Chemische Gleichgewicht

a A + b B c C + d D r r r r

Für r G = 0 gilt: Q = K r

G G E D r G = dg dx << 0 G E DG := D Dx r G G DG dg D r G = <0 dx G P dg G D = =0 P r G dx dg G min D r G = > 0 dx x 0 1 nur nur Edukte Gl'gew gew. Produkte Stoff A Stoff B

r r

Gekoppelte Reaktionen

(NO 2 ) (NO) (O 2 ) = (SO 3 ) (NO) (SO 2 ) (NO 2 ) = (H 2 SO 4 ) (SO 3 ) (H 2 O) = (NO 2 ) (NO) (O 2 ) (SO 3 ) (NO) (SO 2 ) (NO 2 ) (H 2 SO 4 ) (SO 3 ) (H 2 O) =.

= (H 2 SO 4 ) (SO 2 ) (H 2 O) (O 2 ) = Die Gleichgewichtskonstante K gesamt einer Reaktion aus mehreren gekoppelten Gleichgewichten ist das Produkt der Gleichgewichtskonstanten der Teilreaktionen.

Normierung bei Gleichgewichten in wässriger Lösung a A(aq) + b B(aq) c C(aq) + d D(aq)! " (#) (1 mol L -1 ) "! * (+) (1 mol L -1 ) *! (,) (1 mol L -1 )! - = (.) (1 mol L -1 ) -! " (#)! * (+)! (,)! - (.) =

Normierung bei Gleichgewichten in der Gasphase a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g) / " (#) (1 bar) " / * (+) (1 bar) * / = (,) (1 bar) /!- (.) (1 bar) - / " (#) / * (+) / (,) / - (.) =

Anfangs- und Gleichgewichtspartialdrücke von N 2 O 4 und NO 2 in der Gasphase bei 100 C Nr. N 2 O 4 -Anfangsdruck (bar) NO 2 -Anfangsdruck (bar) N 2 O 4 -GGWdruck (bar) NO 2 -GGWdruck (bar) K 1 0.0 0.612 0.0428 0.526 6.46 2 0.0 0.917 0.0856 0.743 6.45 3 0.0 1.224 0.138 0.948 6.50 4 0.612 0.0 0.138 0.948 6.50

Berechnung von K aus bekannten GGW-Konzentrationen Beispiel 1: / (NO 2 ) / (N 2 O 4 ) = (0.526) 0.0428 = 6.46 =

Konzentrationsverlauf für c(no 2 ) bei den Versuchen 3 und 4 Umrechnung zwischen Konzentrationen und Partialdrücken: p = c R T

Berechnung der GGW-Partialdrücke bei bekannten Anfangs- Partialdrücken und bekanntem K / (NO 2 ) / (N 2 O 4 ) = 6.46 Anfangskonzentrationen: p 0 (N 2 O 4 )= 0.306 bar p 0 (NO 2 )= 0.918 bar

/ 6 (NO 2 ) / 6 (N 2 O 4 ) = (0.918) 0.306 = 2.75 = 9 < Q: Reaktionsquotient Q < K: Reaktion läuft nach rechts Q > K: Reaktion läuft nach links Q = K: Reaktion befindet sich im Gleichgewicht

; < (NO 2 ) ; (N 2 O 4 ) = [; > (NO 2 )+<@] < [; > (N 2 O 4 ) @] = C.DC [>.EFG + <@] < [>.H>C @] = C.DC [>.EFG + <@] < = C.DC [>.H>C @] Lösung der quadratischen Gleichung: x = 0.107

Gleichgewichtskonzentrationen: /(NO 2 ) = / 6 (NO 2 )+2I = (0.918 +0.214)bar = 1.132bar /(N 2 O 4 ) = / 6 (N 2 O 4 ) I = (0.306 0.107)bar = 0.199bar Probe: / (NO 2 ) / (N 2 O 4 ) = [1.132] [0.199] = 6.44

Gleichgewicht NO 2 N 2 O 4 https://www.cci.ethz.ch/mainpic.html?picnum=-1&control=0&language=0&ismovie=1&expnum=61

Das Prinzip von Le Chatelier Wird ein im Gleichgewicht befindliches System durch eine Änderung von Temperatur, Druck oder Konzentration gestört, so reagiert das Gleichgewicht des Systems derart, dass es der Störung entgegenwirkt. Prinzip des kleinsten Zwangs

J K = (< HH.< E.<)LM NOP F = QR.<LM NOP F Die Reaktion ist endotherm und verläuft unter Volumenvergrösserung. Bei Temperaturerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. Bei Druckerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht nach links.

Die Gleichgewichtskonstante K ist temperaturabhängig: Bei endothermen Reaktionen wird K mit steigender Temperatur grösser. Bei exothermen Reaktionen wird K mit sinkender Temperatur grösser. Die Gleichgewichtskonstante K ist nicht druckabhängig. Das Gleichgewicht kann aber druckabhängig sein.

Beispiel: Ammoniaksynthese Exotherme Reaktion unter Volumenverminderung. ; < (NH 3 ) ; (N 2 ) ; H (H 2 ) = S

Abhängigkeit der Gleichgewichtskonstante von der Temperatur ln (U ) = ln (U ) rv W X1 U 1 U Y (Gl. 6-44)

Temperaturabhängigkeit von K Annahme: H und S sind im Temperaturbereich konstant. = ln = ln

= ln + = ln + ln + = ln + ln ln =

ln ln = 1 ( ) ln = ( 1 1 ) Diese Gleichung ist ein quantitativer Ausdruck für die Temperatur-Abhängigkeit von K. Prinzip des kleinsten Zwanges (Le Chatelier)

Veränderung von K als Funktion der Temperatur Temperatur ( C) K 300 4.3 10-3 400 1.6 10-4 450 4.5 10-5 500 1.4 10-5 550 5.4 10-6 600 2.2 10-6 Die Synthese von Ammoniak wird durch niedrige Temperaturen begünstigt.

Berechnung des Reaktionsquotienten Q bei verschiedenen Partialdrücken der Gase und konstanter Temperatur a) p (NH 3 ) = 10 bar ; p (H 2 ) = 10 bar ; p (N 2 ) = 10 bar = = Für 300 C gilt: K p = 4.3 10-3 Q > K p Das Gleichgewicht verschiebt sich nach links.

a) p (NH 3 ) = 100 bar ; p (H 2 ) = 100 bar ; p (N 2 ) = 100 bar = = = Für 300 C gilt: K p = 4.3 10-3 Q < K p Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts. Druckerhöhung begünstigt die Ammoniaksynthese.

Heterogene Gleichgewichte Homogene Gleichgewichte: Alle Reaktanden und Produkte eines Gleichgewichts liegen im gleichen Aggregatzustand vor. Heterogene Gleichgewichte: Reaktanden und Produkte eines Gleichgewichts liegen in unterschiedlichen Aggregatzuständen vor.

Beispiel: (Pb 2+ ) (Cl - ) " (PbC PbCl 2 )" = Die Konzentration eines Feststoffes ist konstant. Die Aktivität des Feststoffes ist 1. (Pb 2+ ) (Cl - ) = Pb 2+ (Cl - )=

Wenn ein Lösungsmittel als Reaktant oder Produkt an einem Gleichgewicht beteiligt ist, ist seine Konzentration ebenfalls konstant (Aktivität = 1). Voraussetzung ist, dass die Konzentrationen der Reaktanden und Produkte niedrig sind. Das Lösungsmittel liegt dann im Wesentlichen als reine Substanz vor.

Beispiel: (OH - ) (HC HCO - 3 ) (OH - ) (HC HCO - 3 ) " (H 2 O)" (CO - 3 ) = 1 (CO - 3 ) = (OH - ) (HC HCO - 3 ) (CO - 3 ) =

Verdampfungsgleichgewicht einer reinen Flüssigkeit B B (l) B (g) ()= (!,#) % (!,$) = B 1 = % B

Zur Erinnerung: Gl. 6-44 ln ( ( )=ln ( ) ) r- / 01 ( 1 ) 1 ln % B ( ( )=ln % B ( ) ) vap- 5,6 / 0 1 ( 1 ) 1

Phasengleichgewicht flüssig/gasförmig (Clausius-Clapayron-Gleichung) ln % 7 ( ( ) % 7 ( ) ) = vap- m,b / 0 1 ( 1 ) 1 Sättigungsdampfdruck über reinen kondensierten Stoffen bei verschiedenen Temperaturen: ln % 7 ( ( )=ln % 6 ( ) ) vap- m,b / 0 1 ( 1 ) 1 (Gl. 7-27, 7-28)

Für das folgende Gleichgewicht ist K (298 K) = 9.83. NH 3 (l) NH 3 (g) Wie gross ist der Dampfdruck bei 25 C? % (NH :,g) 1 = =9.83 T1 = 298 K % ) (NH 3 )=9.83 bar Manometer gefüllter NH 3 -Gasflaschen zeigen unabhängig vom Füllungsgrad immer einen Druck von 8 10 bar an.

Verdampfungsenthalpie von NH 3 (l) : H = + 23.3 kj mol -1 Man bestimme den Siedepunkt beim Standarddruck 1 bar. $? % ( % ) = - / (1 ) 1 ( ) / - $?% ( % ) 1 ) = 1 (

8.31 J K ) BC$ ) 23300 J BC$ ) $? 1 bar 9.83 bar 1 298 K = 1 ( = 0.00417 K ) 1 ( =0.00417 K ) T2 = 239.8 K -33.4 C Ammoniak siedet bei 1 bar ( 1 atm) bei -33 C.