Hi, hier chemweazle,
In welche Richtung verschieben sich die folgenden Gleichgewichte...
1.) bei der angegebenen Konzentrationsänderung, 2.) bei Druckerhöhung, 3.) bei Temperaturerhöhung
Ammoniaksynthese
a) N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g), [NH3] herauf- oder herabsetzen, Bildung NH3 ist endotherm
Die Ammoniaksynthese ist in Richtung der Ammoniakbildung eine exotherme Reaktion.
Analog der exothermen Knallgasreaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff. Nur hier reagiert der elektronegativere Stickstoff mit Wasserstoff. Der Stickstoff wir reduziert und der Wassserstoff wird oxidiert. Es ensteht die energieärmere Verbindung Ammoniak mit polaren N-H-Bindungen, beim Wasser aus der Knallgasreaktion sind es vergleichbar die energieärmeren polaren O-H-Bindungen.
1. Erhöhung der Ammoniakkonzentration bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichtes in Richtung der beiden Edukte, Wasserstoff und Sauerstoff.
Bei einer Konzentrationsabnahme des Produktes Ammoniak, wird "am Gleichgewicht gezogen", d.h. es reagieren Edukte nach, um den Stoffmengenverlust pro Volumen, etwas anzugleichen. Das Gleichgewicht wird nach rechts in Richtung Produkt(Ammoniak) "gezogen".
2. Druckerhöhung
Es ist eine druckabhängige Reaktion. Aus 3 frei beweglichen Molekülen Wassserstoff und einem frei beweglichen Molekül Stickstoff enstehen 2 frei bewegliche Moleküle Ammoniak.
Auf der "Linken Seite" der Reaktionsgleichung stehen die stöchiometrischen Faktoren, 3 vor dem Wassrstoff und 1 vor dem Stickstoff. Auf der "Rechten Seite" der Reaktionsgleichung steht vor dem Produkt, Ammoniak, der Faktor 2.
Alle Reaktionspartner befinden sich im gasförmigen Zustand.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren beträgt auf der "Linken Seite" : 1 + 3 = 4.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren beträgt auf der "Rechten Seite" : 2.
Die Summe der stöchiometrischen Koeffizienten ist auf einer Seite der Reaktionsgleichung größer als auf der anderen Seite. Die Reaktion ist also druckabhängig.
Eine Druckzunahme, Druckerhöhung, schiebt das Gleichgewicht auf die Seite, bei der die Summe der stöchiometrischen Faktoren kleiner ist.
Also bewirkt eine Druckerhöhung eine Verschiebung des Gleichgewichtes in Richtung Produkt Ammoniak.
3. Temperatuerhöhung
Bei exothermen Reaktionen wird durch Erwärmung das Gleichgewicht in Richtung Edukte, hier in Richtung Wasserstoff und Stickstoff, verschoben. Bei exothermen Reaktionen verkleinert sich der Wert der Gleichgewichtskonstanten bei Temperaturzunahme.
Boudouard-Reaktion bzw. das Boudouard-Gleichgewicht
b) C (s) + CO2 (g) ⇌ 2 CO (g), [CO2] herauf- oder herabsetzen, Bildung CO ist exotherm
Die Boudouard-Reaktion ist in Richtung der CO-Bildung endotherm. Die Hinreaktion ist hier die Komproportionierung von Kohlenstoff und Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid. Kohlenmonoxid ist energiereicher, als Kohlendioxid.
1. Konzentrationszunahme an Kohlendioxid drückt das Gleichgewicht in Richtung Produkt, Kohlenmonoxid.
Konzentrationsabnahme an CO2 zieht das Gleichgewicht in Richtung Kohlenstoff und CO2
2. Druckerhöhung
Man muß beachten, daß der elementare Kohlenstoff im festem Aggregatzustand vorliegt.
Bei der Betrachtung der Summe der stöchiometrischen Koeffizienten dürfen nur die Reaktanden berücksichtigt werden, die gasförmig sind.
Also beträgt die Summe der stöchiometrischen Faktoren auf der "Linken Seite" nur 1, nicht 2, denn der Kohlenstoff mit dem Faktor 1 ist nicht gasförmig, sondern liegt im festen Zustand vor, darf also nicht mitgezählt werden.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren ist auf der Produktseite, "Rechte Seite", gleich 2.
Eine Druckzunahme verschiebt das Gleichgewicht nach links in Richtung Kohlenstoff und Kohlendioxid.
Die Druckzunahme begünstigt die Disproportionierung des CO in Kohlenstoff und Kohlendioxid, also die Umkehrreaktion der CO-Bildung.
3. Temperaturerhöhung verschiebt die Lage des Gleichgewichtes der endothermen CO-Bildungsreaktion in Richtung Produkt, CO.
Kalkgleichgewicht
c) Ca(HCO3)2 (s) ⇌ CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g), [CO2] herauf- oder herabsetzen, Bildung der Produkte ist exotherm
Zur Stoffchemie:
Also: Zunächst kann man Calciumhydrogencarbonat nicht als kristallinen Feststoff ohne besondere Tricks isolieren.
Es gibt kein Ca(HCO3)2 (s), sondern nur Ca(HCO3)2(aq).
Es existiert nur in gelöster Form in wässriger Lösung, wie z. B. in Mineralwasser, CO2-haltigen Quellwässer.
Beim Einengen, Eindampfen zur Trockene, der wässrigen Calciumhydogencarbonatlösung entsteht unter Abspaltung von Kohlendioxid und Wasser Calciumcarbonat CaCO3, dieses fällt als kristallines Pulver aus.
Ca(HCO3)2(aq) ⇌ CaCO3(s) + CO2(g) + H2O
1. CO2(g)-Konzentrationserhöhung
Feinkörniges Calciumcarbonat wird mit Wasser zu eine Suspension verrührt. Dann wird ein CO2-Gasstrom durch die Suspension geleitet. Die Suspension wird immer klarer, bis das gesamte feste Calciumcarbonat in Form von Calciumhydrogencarbonat in Lösung gegangen ist.
Das Gleichgewicht wird nach links in Richtung Edukt verschoben.
CO2(g)-Konzentrationserniedrigung
Leitet man nun in die klare Calciumhydrogencarbonatlösung ein Inertgasstrom(z.B. Luft, Stickstoff) ein, so wird das im Gleichgewicht befindliche Kohlendioxid aus dem Reaktionsgemisch herausgetrieben.
Es fällt wieder ein weißer, farbloser Niederschlag von Calciumcarbonat aus.
Verschiebung des Kalkgleichgewichtes nach rechts
2. Druckerhöhung
Die Konzentration eines in einem Lösungsmittel gelösten Gases ist nach dem Henry`schen Gesetz proportional zum Druck.
Druckerhöhung bewirkt in der Lösung eine Konzentrationszunahme an gelöstem CO2 und somit eine Gleichgewichtsverschiebung nach links unter Auflösung des Niederschlages in Richtung gelösten Calciumhydrogencarbonat(Edukt). Das Kalkgleichgewicht wird nach links unter Auflösung des Kalkniederschlages verschoben.
3. Temperatursteigerung
Gase lösen sich in Flüssigkeiten um so mehr, je niedriger die Temperatur ist.
Bei Temperaturerhöhung wird das CO2 aus dem Gleichgewicht entfernt.
Das gelöste Calciumhydrogencarbonat reagiert nun zu Calciumcarbonat, welches als Niederschlag aus der Lösung ausfällt und zu CO2 welches als Gas aus der Lösung entweicht.
Es wird hier sogar doppelt am Kalkgleichgewicht "gezogen".
Einmal entweicht das Kohlendioxid aus der Lösung und gleichzeitig werden Calciumionen und Carbonationen durch die Niederschlagsbildung aus dem Gleichgewicht entfernt.
Wassergasreaktion
d) H2O (g) + C (s) ⇌ H2 (g) + CO (g), [CO] herauf- oder herabsetzen, Bildung der Produkte ist exotherm
Die Wassergasreaktion ist in Richtung der Produkte Wasserstoff und CO endotherm.
1. Konzentrationserhöhung des CO bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichtes in Richtung der beiden Edukte Wasserdampf und festem Kohlenstoff.
Konzentrationsabnahme an Produkt CO bewirkt ein Nachreagieren der Ausgangstoffe Wasserdampf und festem Kohlenstoff zu CO.
Es wird am Gleichgewicht gezogen.
2.Druckerhöhung bewirkt eine Gleichgewichtsverschiebung in Richtung Ausgangstoffe, fester Kohlenstoff und gasförmigen Wasser(Wasserdampf).
Aus 2 frei beweglichen Molekülen CO und Wasserstoff entsteht ein frei bewegliches Wassermolekül.
Summe der stöchiometrischen Faktoren auf der rechten Produktseite beträgt: 1 + 1 = 2.
Auf der Eduktseite ist nur das Wasser gasförmig und geht mit dem stöchiometr. Faktor 1 ein.
Eine Druckerhöhung "drückt" das Gleichgewicht nach links.
3. Temperaturerhöhung
Das Gleichgewicht der endothermen Bidung von Wasserstoff aus Kohlenstoff und Wasserdampf wird bei Temperartursteigerung nach rechts in Richtung Produkte verschoben.
Oxidation von SO2 zu SO3
e) 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 SO3 (g), [O2] herauf- oder herabsetzen, Bildung der Produkte ist endotherm
Die Bildung des Schwefeltrioxides, SO3, durch Oxidation von SO2 ist exotherm, die Umkehrreaktion, gemeint ist der Zerfall von Schwefeltrioxid in die beiden Edukte Schwefeldioxid und Sauerstoff, ist endotherm.
1. Konzentrationserhöhung des Eduktes Sauerstoff: Gleichgewichtsverschiebung nach rechts in Richtung Produkt, → SO3
1. Konzentrationsabnahme des Eduktes Sauerstoff: Gleichgewichtsverschiebung nach links in Richtung Edukte, O2 und SO2
2.Druckzunahme bewirkt eine Verschiebung des Gleichgewichtes in Richtung Schwefetrioxid(Produkt).
Aus 3 frei beweglichen Teilchen, 2 SO2-Molekülen und 1 Sauerstoffmolekül entstehen 2 frei bewegliche Teichen, 2 SO3-Moleküle.
3.Temperaturzunahme bewirkt bei einer exothermen Reaktion wie diese die Gleichgewichtsverschiebung in Richtung Edukte, SO2 und O2
