Aufgaben zum chemischen Gleichgewicht

Übungsaufgaben zum Seminar zum Modul „BP03 – Chemie für Biologen“
4. Seminar
4.1.
Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die folgenden Umsetzungen und
das entsprechende Massenwirkungsgesetz mit der Gleichgewichtskonstanten
Kc .
4.2.
a)
2 H2S(g) + CH4(g)
CS2(g) + H2(g)
b)
Pb3O4(s)
c)
C(s) + CO2(g)
d)
CO(g) + H2O(g)
CO2(g) + H2(g)
e)
CH4(g) + H2O(g)
CO(g) + H2(g)
f)
Ni(s) + CO(g)
g)
Ag2O(s)
h)
N2(g) + H2(g)
i)
NH3(g) + O2(g)
j)
NO(g) + O2(g)
k)
NO2(g)
l)
SO2(g) + O2(g)
PbO(s) + O2(g)
CO(g)
(Bouduard-Gleichgewicht)
(Wassergasgleichgewicht)
(Synthesegas)
[Ni(CO)4](g)
Ag(s) + O2(g)
NH3(g)
(Haber-Bosch-Verfahren)
NO(g) + H2O(g)
(Ostwald-Verfahren)
NO2(g)
N2O4(g)
SO3(g)
(Kontaktverfahren)
In welche Richtung verschieben sich die Gleichgewichte von Aufgabe 1 durch
Druckerhöhung?
4.3.
Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz für die Reaktion in Aufgabe 1.a)
bezüglich Kp. Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Kp und Kc?
4.4.
Für die Reaktion
N2 + O2
2 NO
ist Kc = 4.08*10–4 bei 2000 K und 3.60*10–3 bei 2500 K. Auf welcher Seite liegt
das Gleichgewicht? Ist die Reaktion exotherm oder endotherm?
4.5.
Für die Reaktion
Ni + CO2
NiO + CO
ist Kc = 4.54*103 bei 936 K und 1.58*103 bei 1125 K.
Ist die Reaktion exo- oder endotherm? Wie wird das Gleichgewicht
beeinflusst, wenn
a) die Temperatur gesenkt wird?
b) Der Druck erniedrigt wird?
c) NiO zugesetzt wird?
d) CO entfernt wird?
e) CO2 entfernt wird?
4.6.
Berechnen Sie Kc für das Gleichgewicht
H2 + I2
2 HI
aus den Gleichgewichtskonzentrationen c(H2) = 0.0064 mol/L, c(I2) = 0.0016
mol/L, c(HI) = 0.0250 mol/L bei 395 °C.
4.7.
Wenn 0.06 mol SO3 in einem Gefäß auf 1000 K erwärmt werden, dissoziieren
36.7 % des SO3 gemäß
2 SO3
2 SO2 + O2
a) Wie groß sind die Gleichgewichtskonzentrationen der drei beteiligten
Substanzen?
b) Wie groß sind KC und Kp bei 1000 °C?
4.8.
Ein Gemisch von je 1.000 mol CO und H2O in einem 10-Liter-Gefäß wird auf
800 K erwärmt Im Gleichgewichtszustand
CO + H2O
CO2 + H2
sind je 0.665 mol CO2 und H2 vorhanden. Wie groß sind KC und Kp bei 800 K?
Aufgaben zu Säure-Base-Gleichgewichten
5.1
Erklären Sie die Charakteristika einer Säure und einer Base nach
a)
dem Arrhenius-Konzept
b)
dem Brønstedt-Lowry-Konzept
c)
dem Lewis-Konzept
Geben Sie jeweils Beispiele für Säuren und Basen nach a) – c) an,
formulieren Sie die entsprechenden Säure-Base-Reaktionen und bestimmen
Sie die konjugierten Säure-Base-Paare.
5.2
Wie verhält sich die Säurestärke von Element-Wasserstoff-Verbindungen EHn
a)
innerhalb einer Periode?
b)
innerhalb einer Gruppe?
5.3
Wovon ist die Stärke von Oxosäuren EOn(OH)m abhängig?
5.4
Folgende Gleichgewichte liegen alle auf der rechten Seite. Formulieren Sie die
korrespondierenden Säure-Base-Paare und ordnen Sie die Säuren nach ihrer
Säurestärke und die Basen nach ihrer Basenstärke.
5.5
a)
H3O+ + H2PO4–
b)
HCN + OH–
c)
H3PO4 + CN–
d)
H2O + NH2–
H3PO4 + H2O
H2O + CN–
HCN + H2PO4–
NH3 + OH–
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen. Für welche der
Umsetzungen ist die Gleichgewichtskonstante Kc > 1?
5.6
a)
H3O+ + CN–
b)
NH3 + CN–
c)
HCN + H2PO4–
d)
H3PO4 + NH2–
Formulieren Sie die Eigendissoziation (Autoprotolyse) des Wassers und des
Ammoniaks. Formulieren Sie KC. Wie ist das Ionenprodukt des Wassers
definiert? Wie groß ist der Dissoziationsgrad α des Wassers bei 25 °C?
5.7
Leiten Sie den Zusammenhang zwischen der Säurekonstanten KS und der
Basenkonstante KB eines korrespondierenden Säure-Base-Paares in
wässriger Lösung her.
5.8
Berechnen Sie den Dissoziationsgrad α von Essigsäure (pKS = 4.74) in
wässriger Lösung bei 25 °C für die folgenden Ausgangskonzentrationen von
Essigsäure sowie den pH-Wert der Lösung:
5.9
5.10
a)
1 mol L–1–
b)
0,1 mol L–1
c)
0,01 mol L–1.
Wie groß sind die Konzentrationen c(H3O+) und c(H+) in folgenden Lösungen:
a)
0,015 mol L–1 HNO3
b)
0,0003 mol L–1 HCl
c)
0,0025 mol L–1 Ba(OH)2
Welchen pH-Wert hat eine Lösung von 0,30 mol NH3 pro Liter Wasser
(pKB(NH3) = 4.75).
5.11
Es liegen 20 mL einer Ameisensäurelösung {c(HCOOH) = 0,5 mol/L} vor. Die
Lösung wird mit 980 mL Wasser auf einen Liter aufgefüllt. Berechne den pHWert der Lösung vor und nach dem Verdünnungsvorgang!
5.12
Welches Konzentrationsverhältnis c(NH4Cl)/c(NH3) liegt in einer Pufferlösung
mit dem pH-Wert 9.5 vor? Welcher pH-Wert wird bei einem
Konzentrationsverhältnis von 1 erreicht?