EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Prinzip von Le Chatelier KM-6: Gleichgewicht – Übertragung 97 97 Anwendung des Prinzips von Le Chatelier Mit Hilfe des Prinzips „Flucht vor dem Zwang“ kann man den Einfluss verschie- dener Eingriffe in ein Reaktionsgemisch abschätzen und für Reaktionen geeig- nete Reaktionsbedingungen finden. Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 ∆ H R = – 196,6 kJ Welche Wirkung haben die folgenden Änderungen auf ein Gasgemisch dieser drei Stoffe, die sich im Gleichgewicht befinden? c O 2 (g) wird dem Gemisch zugegeben. Zwang – Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes: Aus dem Gasgemisch reagiert SO 2 mit O 2 zu SO 3 . (Das Gleichgewicht verschiebt sich zu den Produkten.) c Das Reaktionsgemisch wird erhitzt. Zwang - Erhöhung der Temperatur Da die Reaktion exotherm ist, verschiebt sich das Gleichgewicht zu den Edukten (in die „endotherme Richtung“). c Ein Katalysator wird dem Gemisch zugegeben. Kein Zwang - ein Katalysator beeinflusst die Hin- und Rückreaktion glei- chermaßen - aber das Gleichgewicht stellt sich rascher und bei einer niedrigeren Reaktionstemperatur ein. c Der Gesamtdruck wird erhöht. Zwang - Druckerhöhung Da bei den Produkten weniger Teilchen vorliegen als bei den Edukten (aus 3 mol werden 2 mol), verschiebt sich das Gleichgewicht zu den Produkten. c SO 3 (g) wird aus dem System entfernt. Zwang - Konzentrationsverminderung des Produkts Es müssen – um den Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten – die Edukte zu SO 3 reagieren. Reaktionsbedingungen für eine große Ausbeute an SO 3 : (möglichst) niedrige Temperatur, Katalysator, erhöhter Druck; damit SO 2 mög- lichst vollständig reagiert, sollte ein O 2 -Überschuss herrschen; SO 3 sollte laufend aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden. Säure-Basen-Indikatoren Säure-Basen-Indikatoren zeigen durch Farbänderung an, ob eine Säure oder Base vorhanden ist. Diese Indikatoren unterliegen einer Gleichgewichtsreak- tion, die vereinfacht folgendermaßen formuliert werden kann. „Ind“ steht als Platzhalter für die komplizierte tatsächliche Formel des Indikators. HInd + H 2 O Ind – + H 3 O + Farbe 1 Farbe 2 Wird der Indikator in eine Säure gegeben, ist die Konzentration der H 3 O + -Ionen sehr hoch. Das Indikatorgleichgewicht verschiebt sich zu den Ausgangsstoffen und man sieht die Farbe 1. Bei Basen ist die H 3 O + -Ionenkonzentration sehr gering und das Indikatorgleich- gewicht verschiebt sich zu den Endstoffen. Man sieht Farbe 2. Energie Reaktionsablauf Edukte E A Produkte Übergangszustand Verlauf mit Katalysator Abb. 097–1: Einfluss eines Katalysators Üb Übungen 97.1 bis 97.4 Verschiebung des Gleichgewichtes 1. Bestimme die Richtung der Gleichge- wichtsverschiebung durch Druckerhö- hung bei der Spaltung von Methan mit Wasserdampf: CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 2. Bestimme die Richtung der Gleichge- wichtsverschiebung durch Tempera- turerhöhung bei der Verbrennung von Methan! (Exotherme Reaktion) 3. Methanol – CH 3 OH – wird durch Reak- tion zwischen CO und H 2 hergestellt. Die Reaktion ist schwach exotherm und benötigt hohe Aktivierungs- enthalpie. Welche Reaktionsbedin- gungen sind notwendig? Fragen zur Gleichgewichtslage 4. Die Reaktion H 2 + I 2 2 HI befin- det sich bei einer Temperatur, bei der alle beteiligten Stoffe gasförmig sind, im Gleichgewicht. Das Gefäß ist durch den violetten Ioddampf charakteris- tisch gefärbt (alle anderen Stoffe sind farblos). Man gibt nun Wasserstoff zu und wartet auf die Neueinstellung des Gleichgewichts. Hat sich die vio- lette Farbe verstärkt oder verringert? Bei der Essigtitration (Seite 74) wurde der Indikator Phenolphthalein eingesetzt. „Farbe 1“ ist farblos, da- her war zu Beginn der Titration die Lösung farblos. Durch die Zugabe der NaOH hat sich das Gleichge- wicht zu den Endstoffen verschoben und die Lösung wurde rosa –> Farbe 2 des Indikators. Essig Phenolphthalein Natronlauge Abb. 097–2: Der Indikator Phenolphthalein bei der Essig- Titration Abb. 097–3: Der Indikator Bromthymolblau im sauren, neutralen und basischen Bereich (von links nach rechts) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verl gs öbv