Massenwirkungsgesetz

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/_lund [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