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Übungen: Lage des Gleichgewichts

Zehn hoch dreißig oder zehn hoch minus dreißig: Ein Blick auf K verrät, wo das Gleichgewicht liegt.

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Übungsaufgaben

Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.

A1
Links, Mitte oder rechts?
AFB I

Ordnen Sie die Gleichgewichte (25 °C, wenn nicht anders angegeben) nach ihrer Lage ein.

Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Gleichgewicht liegt weit links
2Edukte und Produkte in vergleichbaren Mengen
3Gleichgewicht liegt weit rechts
Faustregel: \(K_c > 10^3\) weit rechts, \(K_c < 10^{-3}\) weit links, dazwischen vergleichbare Mengen. Entscheidend ist die Zehnerpotenz; bei Werten mit Einheit gilt die Regel für Konzentrationen um \(1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\).
Schauen Sie nur auf den Exponenten der Zehnerpotenz.
Die Grenzen der Faustregel liegen bei \(10^{3}\) und \(10^{-3}\).
A2
Was ein großes K verrät
AFB I

Für ein Gleichgewicht gilt \(K_c = 10^5\). Nennen Sie alle Aussagen, die sich daraus ableiten lassen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
K beschreibt nur die Lage des Gleichgewichts. Über Tempo und Wärmetönung sagt der Zahlenwert allein nichts aus.
Drei Aussagen sind ableitbar.
Lage ≠ Tempo.
A3
Lage lesen
AFB I

Entscheiden Sie, ob die Aussagen zutreffen.

5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Großes K: rechts, kleines K: links, K um 1: gemischt — aber nie eine Aussage über die Geschwindigkeit.
Produkte stehen im Zähler des MWG.
Wovon hängt die Geschwindigkeit ab (2.1)?
A4
Umsatz aus K
AFB II

Für die Modellreaktion \(\mathrm{A + B \rightleftharpoons C + D}\) gilt \(K_c = 9\). Zu Beginn ist \(c_0(\mathrm{A}) = c_0(\mathrm{B}) = 1{,}0\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), es liegen keine Produkte vor. Ermitteln Sie den Umsatz. Ansatz: \(K_c = \dfrac{x^2}{(1{,}0 - x)^2}\) mit \(x = c(\mathrm{C})\).

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
  1. \(\sqrt{K_c} = \dfrac{x}{1{,}0 - x}\)
  2. \(x = c(\mathrm{C})\) \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
  3. Umsatz von A %
\(\sqrt9 = 3\), also \(x = 3\cdot(1{,}0 - x)\) und \(4x = 3\), \(x = 0{,}75\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Bei \(K_c = 9\) werden 75 % umgesetzt — deutlich mehr als die Hälfte, aber weit entfernt von „vollständig“.
Weil Zähler und Nenner Quadrate sind, hilft die Wurzel.
Aus \(x/(1-x) = 3\) folgt \(x = 3 - 3x\).
A5
Wie viel Umsatz bringt welches K?
AFB II

Für eine Umlagerung \(\mathrm{A \rightleftharpoons B}\) gilt: Umsatz \(= \dfrac{K}{1 + K}\). Berechnen Sie den Umsatz in Prozent (auf eine Dezimale).

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(K\)Umsatz in %
0,001
0,1
1
10
1000
Zwischen \(K = 0{,}1\) und \(K = 10\) ändert sich der Umsatz stark (9 % → 91 %). Unterhalb von \(10^{-3}\) entsteht praktisch nichts, oberhalb von \(10^{3}\) ist die Reaktion praktisch vollständig — daher die Grenzen der Faustregel.
Beispiel: \(K = 1\) ergibt \(1/2 = 50\,\%\).
\(10/11 = 0{,}909\).
A6
Richtig gelesen?
AFB II

In einem Protokoll wird die Lage verschiedener Gleichgewichte gedeutet. Überprüfen Sie die Aussagen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
„Kleiner als 1“ heißt nicht „keine Reaktion“ — erst sehr kleine Werte bedeuten das. Und die Lage verrät nie das Tempo.
Achten Sie auf die Größenordnung von K.
Drei Aussagen sind falsch.
A7
Ozon: riesiges K, trotzdem stabil
MixAFB II

Erklären Sie, warum Ozon trotz eines riesigen K nicht sofort zerfällt, indem Sie den Lückentext vervollständigen. Ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Für 2 O₃ ⇌ 3 O₂ ist K riesig (etwa 10⁵⁷): Das Gleichgewicht liegt weit . Trotzdem zerfällt Ozon in reiner Luft bei Raumtemperatur nur , denn die ist hoch und nur ein winziger Anteil der Stöße ist . K beschreibt die des Gleichgewichts, nicht das Tempo.

„endotherm“ bleibt übrig — der Ozonzerfall ist stark exotherm. Hier treffen sich 2.2.4 (Lage), 2.1.3 (wirksame Stöße) und 1.3.1 (Aktivierungsenergie).
Lage und Tempo sind zwei verschiedene Fragen.
Woran scheitern die meisten Stöße (2.1.3)?
A8
Trickaufgabe: Verdünnen
TrickAFB III

Für \(\ce{PCl5 <=> PCl3 + Cl2}\) gilt bei 250 °C \(K_c = 0{,}042\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Startet man mit \(c_0(\ce{PCl5}) = 0{,}50\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), zerfallen 25 % des \(\ce{PCl5}\). Nun startet man bei derselben Temperatur mit \(c_0(\ce{PCl5}) = 0{,}010\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Schätzen Sie ab, wie viel Prozent jetzt zerfallen.

Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 %100 %
Es zerfallen etwa 83 %. Aus \(x^2/(0{,}010 - x) = 0{,}042\) folgt \(x \approx 0{,}0083\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Weil \(K_c\) eine Einheit hat (\(\Delta n = 1\)), hängt der Umsatz von der Konzentration ab: Im Zähler stehen zwei kleine Konzentrationen, deren Produkt beim Verdünnen stärker schrumpft als der Nenner. Die Falle: „gleiches K, gleicher Umsatz“ gilt nur bei \(\Delta n = 0\).
Setzen Sie \(x = 0{,}008\) probeweise in \(x^2/(0{,}010 - x)\) ein.
Die Faustregel gilt nur für Konzentrationen um 1 mol/L.
A9
Vier Gleichgewichte im Vergleich
AFB III

Vergleichen Sie die vier Gleichgewichte aus A1, indem Sie alle zutreffenden Merkmale ankreuzen.

Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Merkmal\(\ce{2 NO + O2 <=> 2 NO2}\)\(\ce{Fe^3+ + SCN- <=> [Fe(SCN)]^2+}\)\(\ce{PCl5 <=> PCl3 + Cl2}\)\(\ce{2 H2O(g) <=> 2 H2 + O2}\)
Gleichgewicht liegt weit rechts
Gleichgewicht liegt weit links
\(K_c\) hat die Einheit \(\mathrm{L\,mol^{-1}}\)
\(K_c\) hat die Einheit \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
Gleichgewicht in wässriger Lösung
Lage (Zehnerpotenz) und Einheit (\(\Delta n\)) sind zwei unabhängige Merkmale: \(\ce{2 NO + O2}\) und der Eisenkomplex haben dieselbe Einheit, liegen aber ganz verschieden.
Die Werte von K finden Sie in A1.
Einheit: \(\Delta n\) = Koeffizienten rechts minus links.
A10
Die Umsatzformel herleiten
AFB III

Leiten Sie die Formel „Umsatz \(= K/(1 + K)\)“ für die Umlagerung \(\mathrm{A \rightleftharpoons B}\) her, indem Sie die Schritte in die richtige Reihenfolge bringen. Zwei Bausteine gehören nicht hinein.

Klicken Sie die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an — sie wandern nacheinander in die Plätze. Ein Klick auf einen belegten Platz gibt den Baustein zurück.
Umsatz = Anteil von A, der zu B umgelagert ist: \(c(\mathrm B)/(c(\mathrm A) + c(\mathrm B))\). Mit \(c(\mathrm B) = K\cdot c(\mathrm A)\) kürzt sich \(c(\mathrm A)\) heraus. \(1/(1 + K)\) wäre der Anteil, der als A übrig bleibt.
Beginnen Sie mit dem MWG.
Am Ende kürzt sich \(c(\mathrm{A})\).