Chemie
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Name: Wasmer, Stefan (2021-01)
Übungsaufgaben zum Massenwirkungsgesetz
Aufgaben
Aufgabe 1:
Es findet eine exotherme (ΔH = -278 kJ/mol) Gleichgewichtsreaktion statt. Dabei reagieren H2 und I2 miteinander zu HI. Die Konzentrationen sind mit [H2] = [I2] = 0,5 mol/l und [HI] = 10 mol/l bekannt.
Wie lautet K für diese Reaktion?
Aufgabe 2:
Bringt man eine Probe von 0,024 mol/l PCl5 in einen Maßkolben und erhitzt diesen, dann läuft folgende Zersetzungsreaktion ab:
PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2
[PCl3] = [Cl2] = 0,05 mol/l
Wie lautet K für diese Reaktion?
Aufgabe 3:
1 mol ONCl wird in ein 1l Gefäß gefüllt. Darauf setzen sich 7% von ONCl zu NO und Cl2 um.
Wie lautet K für diese Reaktion?
Aufgabe 4:
1l Schwefeltrioxid mit [SO3] = 0,06 mol/l reagieren zu 30% zu Schwefeldioxid und Sauerstoff. ΔH beträgt 198 kJ/mol.
Wie lautet K für diese Reaktion?
Aufgabe 5:
Die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonooxid beträgt 1,1 ⋅ 10-2. Die beiden Elemente werden mit der gleichen Konzentration von 1 mol/l zur Reaktion gebracht.
Berechne nun [NO].
Aufgabe 6:
2 mol Wasserstoff und 2 mol Kohlenstoffdioxid reagieren miteinander zu Kohlenstoffmonooxid und Wasser(dampf). K beträgt den Wert 4,4. Die Reaktion läuft in einem 5-Liter-Gefäß ab.
Berechne die Konzentrationen der anderen beteiligten Stoffe.
Aufgabe 7:
In ein 1-Liter-Gefäß wird Iodwasserstoff gefüllt. [HI] beträgt hierbei 0,5 mol/l , K beträgt 54,5.
Berechne die Konzentration der anderen beteiligten Stoffe.
Aufgabe 8:
Stoff A und Stoff B reagieren zu C und D:
A + B ⇌ C + D
[A] = [B] = 1 mol/l
[C] = [D] = 2 mol/l
Durch Rechnung erhält man K = 4
Nun wird aber [B] auf 2 mol/l erhöht. - Berechne die neuen Konzentrationen.
Lösungen
Aufgabe 1:
Zuerst stellt man die Reaktionsgleichung auf:
H2 + I2 ⇌ 2HI
Nun kann man K berechnen:
K = [HI]2 / ([H2]⋅[I2]) = 102 / 0,52 ⋅ (mol/l) / (mol/l)2 = 100 / 0,25 ⋅ 1 / (mol/l) = 400
Aufgabe 2:
K = (0,05)2 / 0,024 = 0,104
Aufgabe 3:
2ONCl ⇌ 2NO + Cl2 - Wichtig: ausgleichen
Tipp: Halbieren der Reaktionsgleichung, um besser die Konzentrationen berechnen zu können:
ONCl ⇌ NO + 1/2 Cl2
[ONCl] = 0,93 mol/l - da nur 7% umgesetzt werden
[NO] = 0,07 mol/l
[Cl2] = 0,035 mol/l - wie man in der halbierten Reaktionsgleichung erkennen konnte reagierte hierzu nur die Hälfte
K = ([NO]2 ⋅ [Cl2]) / [ONCl]2 = (0,072 ⋅ 0,035) / 0,932 = 0,000198
Aufgabe 4:
Da ΔH > 0 ist, handelt es sich bei der gegebenen Reaktion um eine endotherme Reaktion, weswegen man die Reaktion wie folgt aufstellt:
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 - Wichtig: ausgleichen
Tipp: Halbieren der Reaktionsgleichung, um besser die Konzentrationen berechnen zu können:
SO2 + 1/2 O2 ⇌ SO3
nur 30% reagieren -> 70% reagieren nicht -> [SO3] = 0,7 ⋅ 0,06 mol/l = 0,042 mol/l
30% reagieren: [SO2] = 0,3 ⋅ 0,06 mol/l = 0,018 mol/l
[O2] = (0,3 ⋅ 0,06 mol/l)/2 = 0,009 mol/l
K = [SO3]2 / ([SO2]2 ⋅ [O2]) = 0,0422 / (0,0182 ⋅ 0,009) = 604,938
Aufgabe 5:
N2 + O2 ⇌ 2NO
[N2] = [O2]; K = 0,011; [NO] = ???
K = [NO]2 / ([N2] ⋅ [O2])
0,011 = x2 / 1 (mol/l)2
x2 = 0,011 ⋅ 1 (mol/l)2
(x1 = -0,105 mol/l) -> entfällt, da negative Werte nicht erlaubt
x2 = 0,105 mol/l
Aufgabe 6:
K = 4,4; [H2O] = [CO] = ???
[H2] = [CO2] = 2/5 mol/l (da: c = n/V)
H2 + CO2 ⇌ H2O + CO
K = ([H2O]⋅[CO]) / ([H2]⋅[CO2])
4,4 = x2 / (2/5 ⋅ 2/5 ⋅ (mol/l)2)
x2 = 4,4 ⋅ 2/5 ⋅ 2/5 ⋅ (mol/l)2
x2 = 0,704
(x1 = ) -> entfällt, da negative Werte nicht erlaubt
x2 = 0,839
Aufgabe 7:
H2 + I2 ⇌ 2HI
[H2] = [I2] = ???
K = [HI]2 / [H2]2
54,5 = 0,52 / x2
x2 = 0,52 / 54,5
(x1 = -0,068) -> entfällt, da negative Werte nicht erlaubt
x2 = 0,068
Aufgabe 8:
Bei dieser Aufgabe muss man LeChatelier und seine Erkenntnis beachten: Wird B erhöht, so verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Seite der Produkte, also zu C und D.
Somit nehmen A, B um den gleichen Faktor x ab und C, D nehmen um den Faktor x zu. K bleibt gleich.
die neuen Konzentrationen:
[A] = (1-x) mol/l
[B] = (2-x) mol/l
[C] = [D] = (2+x) mol/l
K = ((2+x)2 ⋅ (mol/l)2) / ((1-x)⋅(2-x) ⋅ (mol/l)2) = 4
x = 0,263 -> nur Werte zwischen 0 und 1 sind erlaubt, da [A] sonst negativ wäre
=>
[A] = 0,737 mol/l
[B] = 1,737 mol/l
[C] = [D] = 2,23 mol/l
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