Gleichgewichtsreaktion Stickstoffdioxid zu Distickstofftetraoxid?

Question

Aufgabe:

Stickstoffdioxid reagiert in einer Gleichgewichtsreaktion zu Distickstofftetraoxid. Da Stickstoffdioxid ein braunes und Distickstofftetraoxid ein farbloses Gas ist, kann die Gleichgewichtslage über die Farbe des Gemisches gut verfolgt werden. Bei einem Versuch wird in einem geschlossenen Reaktionsgefäß Distickstofftetraoxid vorgelegt und die Gleichgewichtseinstellung des Systems bis zum Zeitpunkt t 1 beobachtet. Zum Zeitpunkt t2 wird der Druck im Reaktionsgefäß geändert. Alle anderen Reaktionsbedingungen bleiben
gleich.

Abb, J: Konzentrationen von Stickstoffdioxid und Distickstofftetraoxid im Verlauf des Experiment

5.2 Erklären Sic was dieser Wert von \( \mathrm{K}_{c} \) über die Gleichgewichtslage aussagt.
5.3 Bei dem Experiment wird unter sonst gleichen Bedingungen ein Katalysator zugesetzt. Zeichnen Sie in die Abbildung I die zu erwartende Kurvenverläufe bis zum Zeitpunkt \( t_{1} \) ein und erklären Sie deren Verlauf.
\( \begin{array}{lllllll}5.4 & \text { Erläutern } & \text { Sie den } & \text { Verlauf } & \text { der } & \text { Kurven } & \text { ab } & \text { dem } & \text { Zeitpunkt } & \text { t2! } & \text { (welche }\end{array} \) Druckveränderung fand statt)

https://abload.de/image.php?img=20201205_11430551j5g.jpg

Hier ein Bild von dem Diagramm- ich bitte EUCH um Hilfe,wie Ihr seht habe ich nur 4p: bei jeder Aufgabe einen halben Punkt :/ :(

Grüsse

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Gleichgewichtsreaktion Stickstoffdioxid zu Distickstofftetraoxid?
Zu 5.1 und 5.2
Dimerisierung des Stickstoffdioxides und Homolyse des Distickstofftetroxides
Reaktionsgleichung

2 O₂N_(g)(braun) ⇌ O₂N-NO_2(g)(farblos)

Gleichgewichtskonstante K_c(T):

$$K_{c}(T) = \dfrac{[N_{2}O_{4}]}{[NO_{2}]^{2}}$$

Die Lage des Gleichgewichtes ist druckabhängig. 2 mol Stickstoffdioxid dimerisieren zu 1 mol Distickstofftetroxid.

Bei Druckerhöhung wird das Dimerisierungsgleichgewicht zur Seite des Distickstofftetroxides, Dimer, verschoben, die Konz. an N₂O₄ vergrößert sich bei Druckzunahme.

Prinzip nach Le Chatellier

Gleichgewichtskonzentrationen der Reaktionspartner im Zeitintervall von t₁ bis t₂:

Anmerkung: Die Gleichgewichtskonzentrationen werden mit dem tiefgestellten suffix "gl" abgekürzt.

[ ]_gl

[NO₂]_gl = 0,6 mol/l

[N₂O₄]_gl = 1,2 mol/l

$$K_{c}(T) = \dfrac{1,2\cdot mol\cdot l^{2}}{0,6^{2}\cdot mol^{2}\cdot l} = \frac{1,2\cdot l}{0,36\cdot mol} = \frac{120}{36}\cdot \frac{l}{mol} = \frac{12\cdot 10}{3\cdot 12}\cdot \frac{l}{mol} = \frac{10\cdot l}{3\cdot mol}$$

K_c(T) = 3,33333 * l/mol

Das Gleichgewicht liegt wie aus dem Diagramm ersichtlich deutlich auf der Seite des Dimeren, dem Distickstofftetroxid.
Skizze

Anm.: Die Skizze wurde von mir nachgezeichnet, mit Hilfe von ISIS-Draw und MS-Paint.
Zu 5.3
Reaktionsdurchführung mit Katalysator bei gleichen Bedingungen:

Die eingezeichneten Konzentrationsverlaufs-Kurven sind nach meiner Meinung schon ok. Die Gleichgewichtskonzentrationen werden früher erreicht. Der Gleichgewichtszustand ist schneller erreicht. Die Lage des Gleichgewichtes wird durch den Katalysator, wie es sich gehört, nicht verändert. Ein Katalysator beschleunigt nur die Reaktion, erhöht aber die Ausbeute nicht. Der Gleichgewichtszustand ist an der Konstanz der Konzentrationen, zu erkennen.

Der Gleichgewichtszustand ist schon zum Zeitpunkt t* vor dem Zeitpunkt t₁ erreicht

Zu 5.4
Druckänderung , Druckerhöhung
Das entspricht der Erwartung aus der Reaktionsgleichung. Druckzunahme verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite des Distickstofftetroxides.

Die stöchiometrischen Koeffizienten sind auf der linken Seite der Reaktionsgleichung höher, als auf der rechten Seite, 2>1.

.Wenn man bei einem Gas oder Gasgemisch der Druck steigern möchte, so muß man das Volumen des Gases verkleinern, d.h. das Gas muß  komprimiert werden. Durch die Volumenabnahme steigen die Konzentrationen an.
$$p = \frac{n}{V}\cdot R\cdot T = c\cdot R\cdot T$$

Die NO₂-Konzentration steigt ab dem Zeitpunkt t₂ von 0,6 mol/l auf 0,8 mol/l. Die N₂O₄-Konzentration steigt zunächst von 1,2 mol/l auf 1,6 mol/l an.

Das ist nur durch die Kompression des Gases zur Druckerhöhung verursacht.

Innerhalb des Zeitintervalls zwischen t₂ und t₃ verlaufen die Kurven im Konzentration-Zeit-Diagramm parabelähnlich, bogenförmig.

Hier verschiebt sich die ursprüngliche Lage des Gleichgewichtes, es wird das ursprüngliche Gleichgewicht nach rechts zur Seite des Distickstofftetroxides verschoben.
Das Reaktionsgemisch agiert durch Verminderung der Gesamtteilchenzahl pro Volumen, das ist die Minderung der Gesamtteilchenkonzentration, auf die Druckerhöhung, dem Äusseren Zwang. (Le Chatellier)
Aus jeweils 2 freien beweglichen NO-Teilchen wird jeweils ein frei bewegliches N₂O₄-Teilchen.

Ab dem Zeitpunkt t₃ ist das neue Gleichgewicht eingestellt.