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Übungen: Temperatur und K

Nur eine Stellschraube verändert K selbst: die Temperatur — und das Vorzeichen von ΔrH sagt, in welche Richtung.

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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
Steigt oder sinkt K?
AFB I

Ordnen Sie die Gleichgewichte (alle Stoffe gasförmig) danach ein, wie sich K bei steigender Temperatur ändert.

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).
1K steigt mit der Temperatur
2K sinkt mit der Temperatur
Endotherme Hinreaktion: K steigt mit der Temperatur. Exotherme Hinreaktion: K sinkt. Die Gasteilchenzahl spielt für K keine Rolle — sie betrifft nur die Druckabhängigkeit der Lage.
Nur das Vorzeichen von ΔrH entscheidet.
Erwärmen begünstigt die endotherme Richtung.
A2
Wärme wie einen Stoff behandeln
AFB I

Beschreiben Sie den Einfluss der Temperatur, 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.

Bei einer exothermen Reaktion steht die Wärme gedanklich auf der Seite der . Erwärmen wirkt dann wie das Zugeben eines Produkts: Das Gleichgewicht verschiebt sich nach , und K wird . Beim Abkühlen wird die Richtung begünstigt. Nur eine Änderung der verändert den Wert von K.

„Konzentration“ bleibt übrig: Konzentrationsänderungen verschieben die Lage, lassen K aber unverändert (2.3.1).
Exotherm heißt: Die Reaktion gibt Wärme ab — die Wärme ist ein „Produkt“.
Abkühlen = Wärme entziehen.
A3
Temperatur und K
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

Richtung (Vorzeichen) und Stärke (Betrag von ΔrH) der Temperaturabhängigkeit lassen sich an der Reaktionsenthalpie ablesen.
Welche Richtung nimmt Wärme auf?
Nur die Temperatur ändert K.
A4
Methanol bei vier Temperaturen
AFB II

Für \(\ce{CO + 2 H2 <=> CH3OH}\) gelten die angegebenen Werte von \(K_c\). Im Reaktor werden \(c(\ce{CO}) = 0{,}50\) und \(c(\ce{H2}) = 1{,}00\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) konstant gehalten. Berechnen Sie jeweils die Methanol-Konzentration im Gleichgewicht.

Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Temperatur\(K_c\) in \(\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\)\(c(\ce{CH3OH})\) in \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\)
200 °C27
250 °C3,0
300 °C0,50
350 °C0,11
\(c(\ce{CH3OH}) = K_c\cdot c(\ce{CO})\cdot c^2(\ce{H2}) = K_c\cdot0{,}50\). Zwischen 200 °C und 350 °C sinkt die Methanol-Konzentration auf ein Zweihundertfünfzigstel — die exotherme Synthese wird durch Erwärmen stark benachteiligt.
Stellen Sie das MWG nach \(c(\ce{CH3OH})\) um.
\(c^2(\ce{H2}) = 1{,}00\) — es bleibt \(K_c\cdot0{,}50\).
A5
Die Rückreaktion
AFB II

Methanol zerfällt nach \(\ce{CH3OH <=> CO + 2 H2}\). Für die Synthese gilt \(K_c(250\,°\mathrm C) = 3{,}0\) und \(K_c(300\,°\mathrm C) = 0{,}50\,\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\). Ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstanten \(K_c^{\prime}\) des Zerfalls und ihre Änderung.

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. \(K_c^{\prime}(250\,°\mathrm C)\) \(\mathrm{mol^2\,L^{-2}}\)
  2. \(K_c^{\prime}(300\,°\mathrm C)\) \(\mathrm{mol^2\,L^{-2}}\)
  3. Faktor \(K_c^{\prime}(300\,°\mathrm C) : K_c^{\prime}(250\,°\mathrm C)\) fach
\(K_c^{\prime} = 1/K_c\): \(1/3{,}0 = 0{,}33\) und \(1/0{,}50 = 2{,}0\,\mathrm{mol^2\,L^{-2}}\). Für den endothermen Zerfall steigt \(K_c^{\prime}\) beim Erwärmen um das Sechsfache — Spiegelbild der sinkenden Konstante der exothermen Synthese.
Rückreaktion: Kehrwert von K, Kehrwert der Einheit.
\(2{,}0 : 0{,}333 = ?\)
A6
Ursache und Wirkung
AFB II

Ordnen Sie jeder Maßnahme ihre Wirkung zu.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Temperatur ändert K (Richtung nach dem Vorzeichen von ΔrH, Stärke nach dem Betrag). Druck ändert nur die Lage. Die HI-Bildung ist mit −9,4 kJ/mol nur schwach exotherm.
Suchen Sie zuerst die einzige Maßnahme, die keine Temperaturänderung ist.
Welche der Reaktionen hat den kleinsten Betrag von ΔrH?
A7
Die Konvertierungsreaktion
MixAFB II

Mit der Konvertierungsreaktion \(\ce{CO(g) + H2O(g) <=> CO2(g) + H2(g)}\) gewinnt man zusätzlichen Wasserstoff. \(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\): CO \(-110{,}5\); \(\ce{H2O(g)}\) \(-241{,}8\); \(\ce{CO2}\) \(-393{,}5\). Bestimmen Sie \(\Delta_r H^\circ\).

Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
\(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
\(\Delta_r H^\circ = -393{,}5 - (-110{,}5 - 241{,}8) = -41{,}2\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). Die Reaktion ist exotherm, K sinkt mit der Temperatur — deshalb führt man die Konvertierung bei eher niedrigen Temperaturen (etwa 200–400 °C) mit Katalysator durch.
\(\Delta_f H^\circ(\ce{H2}) = 0\) (1.2.2).
Produkte minus Edukte (1.2.3).
A8
Trickaufgabe: Hin und zurück
TrickAFB III

Ein Methanol-Gleichgewicht wird von 250 °C auf 300 °C erwärmt, bis sich das neue Gleichgewicht eingestellt hat, und danach wieder auf 250 °C abgekühlt. Geben Sie den Wert von \(K_c\) an, der sich am Ende einstellt.

Schieben Sie den Regler auf Ihre Antwort — Pfeiltasten bewegen ihn schrittweise. Nach dem Prüfen sehen Sie den Trefferbereich.
0 L²/mol²10 L²/mol²
\(K_c = 3{,}0\,\mathrm{L^2\,mol^{-2}}\) — derselbe Wert wie zu Beginn. K hängt nur von der aktuellen Temperatur ab, nicht von der Vorgeschichte. Die Falle: anzunehmen, das System „merke“ sich die Erwärmung oder K bleibe bei 0,50 stehen.
Wovon hängt K ab — und wovon nicht?
Welche Temperatur herrscht am Ende?
A9
Wie ändert sich K?
AFB III

Beurteilen Sie, wie sich der Wert der Gleichgewichtskonstanten jeweils ändert.

Wählen Sie für jede Zeile eine Stufe: 1 = sinkt stark, 2 = sinkt etwas, 3 = bleibt gleich, 4 = steigt etwas, 5 = steigt stark. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = sinkt stark5 = steigt stark
Methanol-Gleichgewicht: 250 °C → 300 °C
Methanol-Gleichgewicht: Druck verdoppeln
N₂ + O₂ ⇌ 2 NO: 2000 K → 2500 K
H₂ + I₂ ⇌ 2 HI: 400 °C → 450 °C
PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂: Chlor zugeben
Methanol: \(3{,}0 \to 0{,}50\) (Faktor 1/6). NO: stark endotherm, K steigt etwa auf das Achtfache (\(4\cdot10^{-4} \to 3\cdot10^{-3}\)). HI: \(\Delta_r H\) nur −9,4 kJ/mol, K sinkt um gut 10 %. Druck und Zugabe ändern K nicht.
Prüfen Sie zuerst, ob sich überhaupt die Temperatur ändert.
Der Betrag von ΔrH entscheidet über „etwas“ oder „stark“.
A10
Fehler im Lernzettel
AFB III

Ein Lernzettel zur Temperaturabhängigkeit enthält Fehler. Überprüfen Sie die Einträge.

In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Typische Fehler: Lage und Tempo verwechseln, Druck und Temperatur gleichsetzen und beim Abkühlen die Richtung vertauschen.
Vorsicht bei Schlussfolgerungen für die Technik.
Drei Einträge sind falsch.