Zugeben, entziehen, zusammendrücken — und jedes Mal weicht das Gleichgewicht ein Stück aus.
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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
Wohin weicht das System aus?
AFB I
Gegeben sind vier Gleichgewichte: I \(\ce{Fe^3+(aq) + SCN^-(aq) <=> [Fe(SCN)]^2+(aq)}\); II \(\ce{PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g)}\); III \(\ce{CO(g) + 2 H2(g) <=> CH3OH(g)}\); IV \(\ce{H2(g) + Br2(g) <=> 2 HBr(g)}\). Ordnen Sie die Störungen nach ihrer Wirkung ein (Temperatur jeweils konstant).
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).
1Verschiebung nach rechts
2Verschiebung nach links
3keine Verschiebung
Zugeben → weg vom zugegebenen Stoff, Entziehen → hin zum entzogenen Stoff, Druck erhöhen → zur Seite mit weniger Gasteilchen. Bei IV stehen links und rechts je 2 Gasteilchen: Druck ohne Wirkung.
Zählen Sie bei Druckänderungen die Gasteilchen auf beiden Seiten.
Ein entzogener Stoff wird teilweise nachgebildet.
A2
Mehr Methanol
AFB I
Für \(\ce{CO(g) + 2 H2(g) <=> CH3OH(g)}\) soll bei gleicher Temperatur möglichst viel Methanol im Gleichgewicht vorliegen. Nennen Sie alle geeigneten Maßnahmen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Links stehen 3, rechts 1 Gasteilchen — Druck begünstigt Methanol. Überschuss eines Edukts und Entzug des Produkts verschieben ebenfalls nach rechts. Ein Katalysator beschleunigt nur die Einstellung.
Drei Maßnahmen sind geeignet.
Größeres Volumen bedeutet kleineren Druck.
A3
Zwang und Ausweichen
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
Le Chatelier: Das System weicht aus und verringert die Wirkung des Zwangs — vollständig ausgleichen kann es ihn nicht, und K bleibt gleich.
Wann ändert sich K überhaupt?
Zählen Sie die Gasteilchen.
A4
Gelb oder orange?
AFB II
In wässriger Lösung gilt: \(\ce{2 CrO4^2-}\) (gelb) \(\ce{+ 2 H3O+ <=> Cr2O7^2-}\) (orange) \(\ce{+ 3 H2O}\). Gibt man Salzsäure zu, wird eine gelbe Lösung orange; gibt man danach Natronlauge zu, wird sie wieder gelb. Deuten Sie die Beobachtungen, 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.
Salzsäure erhöht die Konzentration der Oxonium-Ionen; das Gleichgewicht verschiebt sich nach , die Lösung wird . Natronlauge dem Gleichgewicht Oxonium-Ionen, weil Hydroxid-Ionen mit ihnen zu Wasser reagieren; das Gleichgewicht verschiebt sich nach , die Lösung wird .
„Katalysator“ bleibt übrig. Die Farbe zeigt die Lage des Gleichgewichts an: Wie beim Eisenthiocyanat lässt sich die Verschiebung direkt sehen.
Oxonium-Ionen stehen auf der linken Seite.
Natronlauge liefert Hydroxid-Ionen, die Oxonium-Ionen zu Wasser umsetzen.
A5
Q gegen K
AFB II
Für \(\ce{Fe^3+ + SCN- <=> [Fe(SCN)]^2+}\) gilt bei 25 °C \(K_c = 1{,}4\cdot10^{2}\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\). Berechnen Sie den Konzentrationsquotienten \(Q\) für drei Momentaufnahmen (Konzentrationen in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)).
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Zustand
\(c(\ce{Fe^3+})\)
\(c(\ce{SCN-})\)
\(c(\ce{[Fe(SCN)]^2+})\)
\(Q\) in \(\mathrm{L\,mol^{-1}}\)
1
\(1{,}0\cdot10^{-3}\)
\(1{,}0\cdot10^{-3}\)
\(1{,}0\cdot10^{-4}\)
2
\(2{,}0\cdot10^{-3}\)
\(1{,}0\cdot10^{-3}\)
\(5{,}0\cdot10^{-4}\)
3
\(5{,}0\cdot10^{-4}\)
\(4{,}0\cdot10^{-3}\)
\(2{,}8\cdot10^{-4}\)
Zustand 1: \(Q = 100 < K_c\) — die Hinreaktion überwiegt, die Lösung wird röter. Zustand 2: \(Q = 250 > K_c\) — die Rückreaktion überwiegt. Zustand 3: \(Q = K_c\) — Gleichgewicht.
Q wird genauso gebildet wie K, nur mit den momentanen Konzentrationen.
Zustand 1: \(10^{-4} / (10^{-3}\cdot10^{-3})\).
A6
Was nach der Zugabe passiert
AFB II
Zu einem Gleichgewicht \(\ce{Fe^3+ + SCN- <=> [Fe(SCN)]^2+}\) wird etwas Eisen(III)-chlorid-Lösung gegeben. Beschreiben Sie die Vorgänge, indem Sie sie ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Konzentration der Eisen(III)-Ionen steigt sprunghaft.
2Der Konzentrationsquotient Q wird kleiner als K.
3Die Hinreaktion läuft schneller als die Rückreaktion.
4Die Thiocyanat-Ionen nehmen ab, der rote Komplex nimmt zu — die Lösung wird dunkler rot.
5Q erreicht wieder den Wert von K: Ein neues Gleichgewicht ist eingestellt.
Die höhere Eisen(III)-Konzentration steht im Nenner von \(Q\), also sinkt \(Q\). Die Hinreaktion überwiegt, bis \(Q = K\) gilt. Im neuen Gleichgewicht ist \(c(\ce{Fe^3+})\) höher als vorher, aber niedriger als direkt nach der Zugabe.
Am Anfang steht die Störung, am Ende ein neues Gleichgewicht.
Im Nenner von \(Q\) steht \(c(\ce{Fe^3+})\).
A7
Volumen halbiert
MixAFB II
Das Gleichgewicht \(\ce{PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g)}\) wird schlagartig auf das halbe Volumen zusammengedrückt. Bestimmen Sie den Faktor, um den sich \(Q\) unmittelbar danach gegenüber \(K_c\) ändert.
Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 fach4 fach
Alle Konzentrationen verdoppeln sich. \(Q = \dfrac{2c(\ce{PCl3})\cdot2c(\ce{Cl2})}{2c(\ce{PCl5})} = 2\cdot K_c\). Weil \(Q > K_c\), überwiegt die Rückreaktion — Verschiebung nach links, zur Seite mit weniger Gasteilchen. So begründet das MWG (2.2.3) die Druckregel.
Beim halben Volumen verdoppelt sich jede Konzentration.
Im Zähler stehen zwei, im Nenner ein Konzentrationsfaktor.
A8
Trickaufgabe: Argon im Kolben
TrickAFB III
In einen Stahlbehälter mit dem Gleichgewicht \(\ce{PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g)}\) wird bei konstantem Volumen und konstanter Temperatur Argon gepumpt, bis sich der Gesamtdruck verdoppelt hat. Untersuchen Sie, um welchen Faktor sich \(c(\ce{PCl3})\) bis zum Erreichen des neuen Zustands ändert.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
fach
Faktor 1 — nichts ändert sich. Das Argon reagiert nicht mit, und bei gleichem Volumen bleiben alle Konzentrationen und damit \(Q = K_c\) unverändert. Die Falle: „Druck verdoppelt → Verschiebung nach links“. Entscheidend ist nicht der Gesamtdruck, sondern ob sich die Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer ändern.
Ändert sich eine der Konzentrationen im MWG?
\(c = n/V\) — ändern sich \(n\) oder \(V\)?
A9
Chlor nachgefüllt
AFB III
Bei 250 °C liegt das Gleichgewicht \(\ce{PCl5 <=> PCl3 + Cl2}\) mit \(c(\ce{PCl5}) = 0{,}100\) und \(c(\ce{PCl3}) = c(\ce{Cl2}) = 0{,}065\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) vor (\(K_c = 0{,}042\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)). Nun wird Chlor zugegeben, bis \(c(\ce{Cl2}) = 0{,}200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Im neuen Gleichgewicht misst man \(c(\ce{PCl5}) = 0{,}132\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Ermitteln Sie die neue Lage schrittweise.
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.
\(Q\) direkt nach der Zugabe\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(c(\ce{Cl2})\) im neuen Gleichgewicht\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(c(\ce{PCl3})\) im neuen Gleichgewicht\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
Kontrolle: \(K_c\) mit den neuen Werten\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(Q = 0{,}065\cdot0{,}200/0{,}100 = 0{,}13 > K_c\) — Verschiebung nach links. \(\ce{PCl5}\) nimmt um 0,032 zu, also nehmen \(\ce{PCl3}\) und \(\ce{Cl2}\) je um 0,032 ab: \(c(\ce{Cl2}) = 0{,}168\), \(c(\ce{PCl3}) = 0{,}033\). \(K_c = 0{,}033\cdot0{,}168/0{,}132 = 0{,}042\). Chlor liegt jetzt bei 0,168 statt 0,200 — die Störung ist nur teilweise ausgeglichen, der alte Wert 0,065 wird bei Weitem nicht erreicht.
Zunahme von \(\ce{PCl5}\): \(0{,}132 - 0{,}100\). Um denselben Betrag nehmen beide Produkte ab.
Rechnen Sie mit dem neuen Chlorwert 0,200 weiter, nicht mit 0,065.
A10
Eine fehlerhafte Erklärung
AFB III
Ein Schüler erklärt das Prinzip von Le Chatelier. Überprüfen Sie seine Sätze.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler: vollständiger Ausgleich, veränderliches K und Druckwirkung ohne Unterschied in der Gasteilchenzahl.
Vergleichen Sie mit den drei Hinweiskarten des Unterkapitels.
