MINT lernen

Übungen: Das Massenwirkungsgesetz

Ein Bruch, der immer gleich ausgeht: K aufstellen, einsetzen, Einheit bestimmen.

Dein Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
1

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
Welcher Ausdruck passt?
AFB I

Ordnen Sie jeder Gleichung (alle Stoffe gasförmig) den passenden Ausdruck für \(K_c\) zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Produkte in den Zähler, Edukte in den Nenner, Koeffizienten als Exponenten. Die letzten beiden Gleichungen sind Hin- und Rückreaktion: Ihre Ausdrücke sind Kehrwerte voneinander.
Suchen Sie zuerst den Stoff, der im Zähler allein steht.
Zwei Gleichungen beschreiben dieselbe Reaktion in entgegengesetzter Richtung.
A2
Die Einheit von K
AFB I

Ordnen Sie die Gleichgewichte (alle Stoffe gasförmig) nach der Einheit von \(K_c\) 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).
1ohne Einheit
2mol·L⁻¹
3L·mol⁻¹
4L²·mol⁻²
Einheit \((\mathrm{mol\,L^{-1}})^{\Delta n}\) mit \(\Delta n\) = Summe der Koeffizienten der Produkte minus die der Edukte. Beispiel \(\ce{N2 + 3 H2 <=> 2 NH3}\): \(\Delta n = 2 - 4 = -2\), also \(\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\).
Berechnen Sie \(\Delta n\) = Koeffizienten rechts minus Koeffizienten links.
\(\Delta n = -1\) ergibt \((\mathrm{mol\,L^{-1}})^{-1} = \mathrm{L\,mol^{-1}}\).
A3
K aus Messwerten
AFB I

Im Gleichgewicht \(\ce{PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g)}\) werden bei 250 °C gemessen: \(c(\ce{PCl5}) = 0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\), \(c(\ce{PCl3}) = c(\ce{Cl2}) = 0{,}065\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Berechnen Sie \(K_c\).

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
\(K_c = \dfrac{0{,}065\cdot0{,}065}{0{,}100}\,\mathrm{mol\,L^{-1}} = 0{,}042\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Einheit: \(\Delta n = 2 - 1 = 1\).
Produkte in den Zähler.
\(0{,}065^2 = 0{,}004225\).
A4
Vom Anfang zum Gleichgewicht
AFB II

In einem Reaktor mit konstantem Volumen reagieren bei 250 °C Kohlenstoffmonoxid (\(c_0 = 1{,}00\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) und Wasserstoff (\(c_0 = 3{,}00\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)): \(\ce{CO + 2 H2 <=> CH3OH}\). Im Gleichgewicht liegen \(0{,}84\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) Methanol vor. Ermitteln Sie die fehlenden Konzentrationen (in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) und \(K_c\).

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
COH₂CH₃OH
Anfang1,003,000
Änderung+0,84
Gleichgewicht0,84
\(K_c\) in \(\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\)——
Für jedes Methanol-Molekül werden 1 CO und 2 \(\ce{H2}\) verbraucht. \(K_c = \dfrac{0{,}84}{0{,}16\cdot1{,}32^2}\,\mathrm{L^2\,mol^{-2}} = \dfrac{0{,}84}{0{,}279} \approx 3{,}0\,\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\).
Änderungen der Edukte sind negativ und hängen über die Koeffizienten zusammen.
Denken Sie an das Quadrat bei \(c(\ce{H2})\).
A5
Das Deacon-Gleichgewicht
AFB II

Beim Deacon-Verfahren wird Chlorwasserstoff mit Sauerstoff zu Chlor oxidiert: \(\ce{4 HCl(g) + O2(g) <=> 2 Cl2(g) + 2 H2O(g)}\). Bei etwa 570 °C wird im Gleichgewicht gemessen: \(c(\ce{HCl}) = 0{,}20\), \(c(\ce{O2}) = 0{,}10\), \(c(\ce{Cl2}) = c(\ce{H2O}) = 0{,}40\) (jeweils in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)). Werten Sie die Messung aus, indem Sie \(K_c\) schrittweise berechnen.

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. Zähler \(c^2(\ce{Cl2})\cdot c^2(\ce{H2O})\) \(\mathrm{mol^4\,L^{-4}}\)
  2. Nenner \(c^4(\ce{HCl})\cdot c(\ce{O2})\) \(\mathrm{mol^5\,L^{-5}}\)
  3. \(K_c\) \(\mathrm{L\,mol^{-1}}\)
Zähler: \(0{,}40^2\cdot0{,}40^2 = 0{,}0256\); Nenner: \(0{,}20^4\cdot0{,}10 = 0{,}0016\cdot0{,}10 = 1{,}6\cdot10^{-4}\). \(K_c = 160\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\); \(\Delta n = 4 - 5 = -1\).
Jeder Koeffizient wird zum Exponenten — auch die 4 bei HCl.
\(0{,}20^4 = 0{,}0016\).
A6
Fehler im MWG
AFB II

Eine Schülerin stellt das MWG für die Methanolsynthese \(\ce{CO + 2 H2 <=> CH3OH}\) auf. Überprüfen Sie ihre Notizen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die drei Fehler — Faktor statt Exponent, Anfangs- statt Gleichgewichtskonzentrationen und der Katalysator im Bruch — sind die häufigsten beim Aufstellen des MWG.
Prüfen Sie Aufbau, eingesetzte Werte und die beteiligten Stoffe.
Drei Notizen sind falsch.
A7
Exotherm oder endotherm?
MixAFB II

Für die Methanolsynthese aus A4 gilt: \(\Delta_f H^\circ(\ce{CO}) = -110{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), \(\Delta_f H^\circ(\ce{CH3OH}, \mathrm g) = -201{,}0\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Bestimmen Sie die Standard-Reaktionsenthalpie \(\Delta_r H^\circ\).

Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
-150 kJ/mol0 kJ/mol
\(\Delta_r H^\circ = -201{,}0 - (-110{,}5 + 2\cdot0) = -90{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) — die Methanolsynthese ist exotherm. Warum das für die Wahl der Temperatur wichtig ist, zeigt 2.3.2.
\(\Delta_f H^\circ\) von Elementen im Standardzustand ist null (1.2.2).
\(\Delta_r H^\circ = \sum\Delta_f H^\circ(\text{Produkte}) - \sum\Delta_f H^\circ(\text{Edukte})\).
A8
Trickaufgabe: Umgekehrt geschrieben
TrickAFB III

Für \(\ce{PCl5 <=> PCl3 + Cl2}\) gilt bei 250 °C \(K_c = 0{,}042\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Entscheiden Sie, welche Aussagen für die Gleichgewichtskonstante \(K_c^{\prime}\) von \(\ce{PCl3 + Cl2 <=> PCl5}\) bei 250 °C zutreffen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Zähler und Nenner tauschen: \(K_c^{\prime} = \dfrac{c(\ce{PCl5})}{c(\ce{PCl3})\cdot c(\ce{Cl2})} = \dfrac{1}{0{,}042}\,\mathrm{L\,mol^{-1}} \approx 23{,}8\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\). Das Gleichgewicht ist dasselbe, aber der Zahlenwert hängt davon ab, wie man die Gleichung schreibt — ein Minuszeichen gibt es bei K nie.
Zwei Aussagen sind richtig.
Was passiert mit Zähler, Nenner und Einheit, wenn man die Gleichung umdreht?
A9
Der Rechenweg
AFB III

Beschreiben Sie das Vorgehen, mit dem man aus Anfangskonzentrationen und einer im Gleichgewicht gemessenen Konzentration die Gleichgewichtskonstante bestimmt, indem Sie die Schritte ordnen.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Reaktionsgleichung aufstellen und ausgleichen
2Anfangskonzentrationen in eine Tabelle eintragen
3Konzentrationsänderungen aller Stoffe über die Koeffizienten aus der gemessenen Änderung ableiten
4Gleichgewichtskonzentrationen berechnen
5MWG aufstellen und die Gleichgewichtskonzentrationen einsetzen
6Einheit aus Δn bestimmen und K mit Einheit angeben
Die Tabelle „Anfang – Änderung – Gleichgewicht“ ist das Herzstück: Aus einer einzigen gemessenen Gleichgewichtskonzentration folgen über die Koeffizienten alle anderen.
Ohne ausgeglichene Gleichung kennt man die Koeffizienten nicht.
Eingesetzt wird erst, wenn alle Gleichgewichtskonzentrationen bekannt sind.
A10
Was K kann — und was nicht
AFB III

Beurteilen Sie die Aussagen über die Gleichgewichtskonstante.

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

K ist eine Konstante bei fester Temperatur. Sie hängt von der Schreibweise der Gleichung ab, nicht aber von den Anfangsmengen und nicht vom Tempo der Einstellung.
Schreiben Sie für eine Beispielgleichung K und das K der verdoppelten Gleichung auf.
\(c = n/V\): Was passiert mit \(V\), wenn oben und unten gleich viele Faktoren stehen?