Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 77 Die chemische Reaktion 5 Viele Reaktionen laufen für Chemiker-Verhältnisse zu unvoll- ständig ab. Bei vollständiger Einstellung des Gleichgewich- tes erhält man nur wenige Prozent Produkt. Das ist für Synthesen sehr ungünstig. Daher haben sich Chemiker Möglichkeiten einfallen lassen, um trotz einer ungünstigen Gleichgewichtslage (kleines K) mehr Ausbeute, also mehr Produkt zu erhalten. Einfluss auf K nehmen kann man mit: 1) Temperatur: Dazu muss man wissen, ob die gewünschte Reaktion exotherm oder endotherm verläuft. Edukte exotherm endotherm Produkte Bei Temperaturerhöhung begünstigt man die endotherme Reaktion, bei Temperatursenkung die exotherme Reaktion. Beispiel: Die Reaktion SO 2 zu SO 3 verläuft exotherm. 2 SO 2 + O 2 exotherm 2 SO 3 Frage: Welche Temperaturen erhöhen die SO 3 -Ausbeute? Antwort: Niedrige Temperaturen, weil dadurch die exother- me Reaktion begünstigt wird. Nachteil: die Reaktionsgeschwindigkeit insgesamt sinkt! 2) Druck (bei Gasreaktionen) Gasreaktionen lassen sich auch über den Druck steuern. Dazu muss man folgendes wissen: 1mol jedes beliebigen Gases nimmt bei gleichem Druck und gleicher Temperatur immer das gleiche Volumen ein. Bei Normalbedingungen (0 °C, 101,325 kPa) hat 1 Mol von jedem beliebigen Gas das Volumen von 22,4 L. Wenn man nun die Reaktionsgleichung kennt, kann man Gasreaktionen über den Druck beeinflussen, denn: Erhöht man den Druck, so begünstigt man die Seite der Gleichung, auf der die Gase weniger Volumen einnehmen. Beispiel: Die Herstellung von 1,2 Epoxyethan (CH 3 CHO einem Desinfektionsmittel für Wolle und Textilfasern) erfolgt nach der Gleichung: 2 C 2 H 4 + 1 O 2 ® 2 CH 3 CHO + ® 3 Volumsteile auf der linken Seite des Reaktionspfeiles, 2 auf der rechten. Eine Druckerhöhung bringt daher Vorteile für diese Reaktion: Begünstigung der Seite, auf die die Gase weniger Volumen einnehmen. Wiederhole die Begriffe exotherm und endotherm. Wenn eine Reaktion in die eine Richtung exotherm verläuft, wie wird dann die Rückreaktion in die Gegenrichtung verlaufen? F34 A1 3) Konzentration: Auch durch Änderung der Konzentrationsverhältnisse kann man eine Reaktion vollständiger ablaufen lassen. In der Praxis setzt man das billigste Edukt im Überschuss zu, dadurch verändern sich die Konzentrationen aller Partner (auch Produkte), sodass der konstante Wert wieder für K erreicht wird und im Endeffekt mehr Produkt entsteht. Bei manchen Reaktionen ist es auch möglich, während des Reaktionsprozesses das Produkt laufend zu entfernen. Dadurch wird immer wieder Produkt nachgebildet. Sonderfall Katalysator: Ein Katalysator hat KEINEN Einfluss auf die Gleichgewichts- lage, er bringt die Reaktion nur schneller dorthin (wirkt auf Hin und Rückreaktion). Ein Katalysator bewährt sich besonders bei Reaktionen, die exotherm verlaufen und daher bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden sollten. Durch den Katalysator erhöht man die Reaktionsgeschwindigkeit. Zusammenfassung Die Gleichgewichtslage einer Reaktion lässt sich steuern. Temperatur: Temperaturerhöhung begünstigt die endother- me Reaktion. Druck (bei Gasreaktionen): Druckerhöhung begünstigt die Seite der Reaktion, auf der die Stoffe ein geringeres Volu- men einnehmen. Konzentration: Billiges Edukt im Überschuss oder laufende Entfernung des Produktes führen zu mehr Endstoff. Z Beeinflussung der Gleichgewichtslage Die Herstellung von Methanol verläuft exotherm nach der Gleichung CO (g) + H 2 (g) ® CH 3 OH (g) Gleiche richtig aus! Erkläre, wie man Druck und Temperatur wählen muss, um eine möglichst große Ausbeute an Methanol zu erhalten. L In der Abb. 5.14a, b sind 2 Grafiken zum chemischen Gleichgewicht gegeben: Erläutere Gemeinsamkeiten und Unterschiede! 5.8 F35 B2 F36 C2 Abb. 5.14 a Abb. 5.14 b Zeichne bei Grafik b den Verlauf ein, wenn ein Katalysator verwendet wird. L Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv