Das Massenwirkungsgesetz

Anwendung im Labor:

Fe3+ + 3 SCN-GleichgewichtspfeilFe[SCN]3

gelb - farblos - tiefrot

kC = (c(C) ⋅ c(D))/(c(A) ⋅ c(B))
kC = c(Fe(SCN)3)/(c(Fe3+) + c3(SCN-)) (l/mol)3

Da kC eine Konstante ist muss eine Erhöhung der Konzentration der Fe3+-Ionen bzw. der Fe(SCN)3-Ionen den Nenner des Quotienten vergrößern, was eine Vergrößerung des Zählers zu Ungunsten des Nenners nach sich zieht.

2 CrO42- + 2 H3O+Gleichgewichtspfeil 4 Cr2O72- + 3 H2O
kC = (c(Cr2O72-) ⋅ c3(H2O))/c2(Cr2O72-) ⋅ c2(H3O+)

In verdünnten wässrigen Lösungen ist die Konzentration vom Wasser praktisch Konstant und wird in die Konstante kC aufgenommen:

kC = c(Cr2O72-)/(c2(Cr2O72-) ⋅ c2(H3O+)) (l/mol)3

3. Anwendung des MWG in der Technik

C + CO2Gleichgewichtspfeil 2 CO : Boudouard-Gleichung

kC = c2 (CO) / (c(C) ⋅ c(CO2))

Die Konzentration eines Feststoffes lässt sich nicht angeben und wird deshalb als Konstant angesehen. Der Wert beträgt 1.

kC = c2 (CO)/ (1 ⋅ c(CO2)) mol/l

4. Berechnung der Gleichgewichtskonstante

Lage des Gleichgewichts auf der Seite der Produkte: kC > 1
Lage des Gleichgewichts auf der Seite der Edukte: kC< 1

5. Die Großtechnische Anwendung des Massenwirkungsgesetzes

a) Haber-Bosch-Verfahren (Synthese von Ammoniak)

3 H2 + N2Doppelpfeil (Düngemittelherstellung)

Aufgabe:

In einem Behälter mit dem Volumen V = 5l und konstanter Temperatur hat sich zwischen den Gasen Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak ein Gleichgewicht eingestellt. Es liegen folgende Stoffmengen vor:

n(N2) = 5, 05 mol
n(H2) = 8 mol
n(NH3) = 0, 5 mol
kC = c2(NH3)/(c(N2) ⋅ c3(NH3)) = 2, 4 ⋅ 10-3(l/mol)2
p1 ⋅ V1 / T1 = p2 ⋅ V2 / T2; p1 ⋅ V1 = p2 ⋅ V2

b) Optimieren der Reaktionsbedingungen

30 bar / 200 °C → 70 %

Das Ionenprodukt des Wassers (kW) ist die Konstante aus dem Produkt der Konzentrationen der H3O+- und OH--Ionen. Sie gilt nur in wässrigen, verdünnten Lösungen.

c) Technische Umsetzung des Reaktionsreaktors

Wasserstoff und Kohlenstoff reagieren bei hohem Druck

2 H2 + C Doppelpfeil CH4

Lösung des Problems durch den Bosch-Doppelmantel. Außen Stahlmantel mit Löchern, innen Weicheisen.

Haber-Bosch-Reaktor

Ammoniaksynthese im Kreislaufverfahren

CO: "Katalysatorgift"

Labordarstellung ⇒ industrielle Masstäbe

Verwedung von Ammoniak:

Stickstoffkreislauf

Bild

CO2 ist ein offenes System

6. Offene Systeme

H2O + H2CO2Doppelpfeil CO2 + 2H2O

Kann ein Reaktionspartner ständig aus dem Gleichgewicht entweichen, so wird das Gleichgewicht vollständig in eine Richtung verschoben.

d) pH-Wert Berechnung für starke / schwache Basen

pOH = -lg ⋅ c(OH-) → pOH = -lg ⋅ c0(A-) → für pks < 3, 5

pOH = 0, 5 (pks - lg ⋅ c(A-)) → für pkb > 3, 5

Übung: Berechne den pH-Wert folgender Lösungen:

Natriumacetat NaCH3COO CH3COO - Essigsäure pH ↑

Natriumchlorid NaCl pH Doppelpfeil

Amoniumchlorid NH4Cl pH ↓