Stöchiometrie

Stöchiometrie-Seminar 4
2. November 2016
Pascal Heitel
1
Themen des heutigen Seminars
1)
2)
3)
4)
2. November 2016
Zusammenfassung des letzten Seminars
Besprechung der Hausaufgaben
Theorie
Übungsaufgaben
Pascal Heitel
2
Themen des heutigen Seminars
1)
2)
3)
4)
2. November 2016
Zusammenfassung des letzten Seminars
Besprechung der Hausaufgaben
Theorie
Übungsaufgaben
Pascal Heitel
3
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Allgemeine Definitionen
Molare Masse
𝑀=
𝑚
𝑛
𝑚 =𝑐∙𝑉∙𝑀
Stoffmengenkonzentration
𝑐=
𝑛
𝑉
𝛽 = 𝑐∙𝑀
Massenkonzentration
2. November 2016
𝛽=
𝑚
𝑉
Pascal Heitel
4
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Chemisches Gleichgewicht - Der „Apfelkrieg“ (Opa vs. Enkel)
c = Konzentration der Äpfel im
jeweiligen Garten
k = Geschwindigkeit, die Äpfel
vom Boden aufzuheben
(konstant)
v = Geschwindigkeit, Äpfel
über den Zaun zu befördern
=k·c
Dickerson, R.; Geis, V.: Chemie - eine lebendige und anschauliche Einführung, Verlag Chemie, Basel 1983.
2. November 2016
Pascal Heitel
5
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Chemisches Gleichgewicht - Der „Apfelkrieg“ (Opa vs. Enkel)
Nach einiger Zeit
• Enkel wird es nie schaffen, alle Äpfel in den Garten des Opas zu bekommen, da es immer
Zeit braucht, die Äpfel aufzuheben!
→ ein (dynamisches) Gleichgewicht hat sich eingestellt
• Die Anzahl an Äpfeln auf jeder Seite bleibt konstant, auch wenn welche hin- oder
hergeworfen werden!
• Da kE > kO, ist das GGW auf
der Seite des Opas
(mehr Äpfel)
Opa
2. November 2016
Pascal Heitel
Enkel
6
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Massenwirkungsgesetz
Definition:
Eine chemische Reaktion befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der Quotient aus dem
Produkt der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen der
Edukte bei gegebener Temperatur und Druck einen konstanten Wert erreicht.
Wichtig:
Die Koeffizienten der Produkte und Edukte in der Reaktionsgleichung gehen im
Massenwirkungsgesetz in den Exponenten über!
𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷
𝑐 𝑐 (𝐶) ∙ 𝑐 𝑑 (𝐷)
𝐶
𝐾 = 𝑎
𝑜𝑑𝑒𝑟
𝐾
=
𝑐 (𝐴) ∙ 𝑐 𝑏 (𝐵)
𝐴
2. November 2016
Pascal Heitel
𝑐
∙ 𝐷
𝑎∙ 𝐵
𝑑
𝑏
7
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Was passiert, wenn ein schwerlösliches Salz in Wasser gelöst wird?
Beispiel: Lösen von Silberchromat in Wasser („Elektrolytische Dissoziation“)
𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4(𝑠) ⇌ 𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4 (𝑎𝑞) ⇌ 2 𝐴𝑔+(𝑎𝑞) + 𝐶𝑟𝑂42− (𝑎𝑞)
⇌
2 𝐴𝑔+(𝑎𝑞) + 𝐶𝑟𝑂42− (𝑎𝑞)
⇌
𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4(𝑎𝑞)
𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4(𝑠)
2. November 2016
Gesättigte Lösung
Index aq für Wasser
(lat. aqua)
→ Die Lösung eines Salzes AxBy
ist gesättigt, wenn beide GGWReaktionen im GGW sind.
Bodenkörper
Index s für solid bzw.
f für fest
Pascal Heitel
8
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Das Löslichkeitsprodukt
𝐴𝑥 𝐵𝑦(𝑠) ⇌ 𝑥 𝐴
𝑦+
𝐾𝐿 = 𝐴𝑦+
2. November 2016
𝑎𝑞
𝑥
+ 𝑦 𝐵 𝑥−
· 𝐵 𝑥−
Pascal Heitel
𝑎𝑞
𝑦
9
1) Zusammenfassung des letzten Seminars
Allgemein
Die molare Löslichkeit eines Salzes AxBy ist:
𝑥+𝑦
𝐿
𝐴𝑥 𝐵𝑦
=
𝐾𝐿
.
𝑥𝑥 ∙ 𝑦𝑦
Der Begriff Sättigungskonzentration ist ein Synonym für die molare Löslichkeit. Sie gibt die
Konzentration eines schwerlöslichen Salzes in gesättigter Lösung an.
2. November 2016
Pascal Heitel
10
Themen des heutigen Seminars
1)
2)
3)
4)
2. November 2016
Zusammenfassung des letzten Seminars
Besprechung der Hausaufgaben
Theorie
Übungsaufgaben
Pascal Heitel
11
2) Besprechung der Hausaufgaben
Frage zur Bedienung des Taschenrechners:
Berechnen Sie folgenden Term:
5
5,4 ∙ 10−5
16 ∙ 4
a) 2,5 · 10-10
1
2
100%
b) 1,8 ·
10-3
90%
c) 8,4 ·
10-5
70%
d) Kein Ergebnis
3
80%
60%
50%
40%
30%
Umfrage zurücksetzen
20%
10%
ID = [email protected]
59 Teilnehmer
2. November 2016
0%
A
Pascal Heitel
B
C
D
12
2) Besprechung der Hausaufgaben
Wie sind Sie mit den Hausaufgaben zurecht gekommen? Es gab Probleme bei …
(Mehrfachabstimmung möglich!)
a)
b)
c)
d)
e)
Aufgabe 1
Aufgabe 2
Aufgabe 3
Aufgabe 4
Aufgabe 5
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
A
Umfrage zurücksetzen
2. November 2016
B
C
D
E
ID = [email protected]
127 Teilnehmer
Pascal Heitel
13
2) Besprechung der Hausaufgaben
Aufgabe 1:
Die Löslichkeit von Silberchlorid in reinem Wasser beträgt bei Raumtemperatur 2,0 mg/L.
Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid!
[M(AgCl) = 143,4 g/mol]
2. November 2016
Pascal Heitel
14
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 1:
2. November 2016
Pascal Heitel
15
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 1:
2. November 2016
Pascal Heitel
16
2) Besprechung der Hausaufgaben
Aufgabe 2:
Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt eines schwer löslichen Salzes vom Typ A3B mit der
Sättigungskonzentration des Salzes c(A3B) = 10-6 mol/L!
2. November 2016
Pascal Heitel
17
2) Besprechung der Hausaufgaben
Aufgabe 3:
Mit wie viel mL Wasser dürfen 150 mg eines Calciumoxalat-Niederschlags maximal gewaschen
werden, wenn sich nicht mehr als 0,2% (Massenprozent) des Niederschlags lösen sollen?
[KL(CaC2O4) = 1,8 · 10-9 mol²/L², M(CaC2O4)= 128 g/mol]
2. November 2016
Pascal Heitel
18
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 3:
2. November 2016
Pascal Heitel
19
2) Besprechung der Hausaufgaben
Aufgabe 4:
Wie viel Gramm Silberphosphat lösen sich in 200 mL Wasser?
Leiten Sie hierbei zunächst den Formelausdruck der molaren Löslichkeit von Silberphosphat
über den Einsatz der stöchiometrischen Verhältnisse her!
[KL(Ag3PO4) = 1,8 · 10-18 (mol/L)4, M(Ag3PO4) = 418,58 g/mol]
2. November 2016
Pascal Heitel
20
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 4:
2. November 2016
Pascal Heitel
21
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 4:
2. November 2016
Pascal Heitel
22
2) Besprechung der Hausaufgaben
Aufgabe 5:
In einem geschlossenen 1 Liter-Gefäß reagieren Iod und Wasserstoff beim Erhitzen zu
Iodwasserstoff. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein. Geben Sie die
Stoffmengenkonzentrationen von Wasserstoff und Iod nach der Gleichgewichtseinstellung an
und nehmen Sie hierzu an, dass Iodwasserstoff im Gleichgewicht in einer
Stoffmengenkonzentration von 0,65 mol/L vorliegt.
[K = 54,5]
2. November 2016
Pascal Heitel
23
2) Besprechung der Hausaufgaben
Lösung Aufgabe 5:
2. November 2016
Pascal Heitel
24
Themen des heutigen Seminars
1)
2)
3)
4)
2. November 2016
Zusammenfassung des letzten Seminars
Besprechung der Hausaufgaben
Theorie
Übungsaufgaben
Pascal Heitel
25
3) Theorie
Ionenprodukt und Fällungsreaktionen:
Das Löslichkeitsprodukt
𝐴𝑥 𝐵𝑦(𝑠) ⇌ 𝑥 𝐴
𝑦+
𝐾𝐿 = 𝐴𝑦+
𝑎𝑞
𝑥
+ 𝑦 𝐵 𝑥−
· 𝐵 𝑥−
𝑎𝑞
𝑦
gilt nur für gesättigte Lösungen!
Wie sieht das für ungesättigte Lösungen aus?
• KL kann keine Aussage zur aktuellen Ionenkonzentration in Lösung treffen!
• Eine neue Größe wird benötigt!
2. November 2016
Pascal Heitel
26
3) Theorie
Das Ionenprodukt
Das Ionenprodukt IP gibt das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen an, die sich in
Lösung befinden.
Beispiel:
𝐶𝑢 𝑂𝐻
2 𝑠
⇌ 𝐶𝑢2+ 𝑎𝑞 + 2 𝑂𝐻 −
gesättigte Lsg.
𝐾𝐿 =
2. November 2016
𝐶𝑢2+ 𝑂𝐻−
𝑎𝑞
ungesättigte Lsg.
2
𝐼𝑃 = 𝐶𝑢2+ 𝑂𝐻−
Pascal Heitel
2
27
3) Theorie
Wie hängen IP und KL zusammen?
Unterscheidung zwischen drei Fällen:
1. IP < KL: Lösung ist nicht gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst
2. IP = KL: Lösung ist gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst, bei
weiterer Zugabe jedoch, wird das Löslichkeitsprodukt überschritten und es bildet sich ein
Niederschlag (Bodensatz)!
3. IP > KL: Lösung ist übersättigt, es kommt zur Niederschlagsbildung. Es fällt so viel Salz
aus, bis das Ionenprodukt den Wert von KL erreicht und sich das GGW zwischen gelöstem
und ungelöstem, sowie zwischen dissoziiertem und nicht dissoziiertem Salz einstellt.
2. November 2016
Pascal Heitel
28
3) Theorie
Achtung!
Negative Hochzahlen
Bsp.: IP = 10-16 (mol/L)2
KL = 10-20 (mol/L)2
Kommt es zur Niederschlagsbildung?
IP > KL  Niederschlag!
Anwendung des Ionenprodukts:
Hydroxid- und Sulfidfällungen: pH-abhängige Gleichgewichte, KL-Wert wird durch Änderung
des pH-Werts überschritten (Stoff der Abschlussklausur)
2. November 2016
Pascal Heitel
29
3) Theorie
Zusammenfassung: Ionenprodukt
•
Das Ionenprodukt ist das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen, die sich in
Lösung befinden (unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten).
•
Das Löslichkeitsprodukt ist ein Spezialfall des Ionenprodukts und gilt für gesättigte
Lösungen!
•
Durch Vergleich der beiden Größen kann eine Aussage über die Sättigung der Lösung
getroffen werden!
2. November 2016
Pascal Heitel
30
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Bsp. 1: Kommt es zur Fällung, wenn 10 mL einer Silbernitrat-Lösung (c = 1 · 10-2 mol/L) mit
10 mL einer Natriumchlorid-Lösung (c = 1 · 10-4 mol/L) vermischt werden?
[KL(AgCl) = 1,7 · 10-10 (mol/L)2]
2. November 2016
Pascal Heitel
31
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Lösung Bsp.1:
2. November 2016
Pascal Heitel
32
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Lösung Bsp.1:
2. November 2016
Pascal Heitel
33
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Bsp. 2: 2,53 g NaF werden in Wasser gelöst und zu einem Endvolumen von 50,0 mL mit
Wasser ergänzt. Diese Lösung wird mit 37,0 mL einer Calcium-Ionen enthaltenden
Lösung c(Ca2+) = 0,75 mol/L gemischt. Wird aus diesem Gemisch ein CaF2Niederschlag ausfallen?
[M(NaF) = 41,988 g/mol; KL(CaF2) = 3,9 · 10-11 (mol/L)3]
2. November 2016
Pascal Heitel
34
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Lösung Bsp. 2:
2. November 2016
Pascal Heitel
35
3) Theorie
Ionenprodukt: Beispielaufgaben
Lösung Bsp. 2:
2. November 2016
Pascal Heitel
36
Themen des heutigen Seminars
1)
2)
3)
4)
Zusammenfassung des letzten Seminars
Besprechung der Hausaufgaben
Theorie
Übungsaufgaben
(Lösungswege werden nur im Seminar vorgetragen und sind im Handout nicht vorhanden)
2. November 2016
Pascal Heitel
37
4) Übungsaufgaben
Aufgabe 1:
a) Zeigen Sie, dass es zur Fällung von Silberbromid kommt, wenn 500 mL einer
Natriumbromid-Lösung der Konzentration 100 μmol/mL mit 1,5 L einer 1,5 μM Lösung von
Silbernitrat gemischt werden!
b) Löst sich der Niederschlag wieder auf, wenn die Mischung durch Zugabe von 48 L Wasser
verdünnt wird?
[KL(AgBr) = 6,3 · 10-13 (mol/L)2]
Lösung:
a) IP(AgBr) > KL(AgBr)  Es kommt zur Niederschlagsbildung!
b) IP(AgBr) > KL(AgBr)  Niederschlag löst sich nicht wieder auf!
2. November 2016
Pascal Heitel
38
4) Übungsaufgaben
Aufgabe 2: (bearbeitet nach SS16)
Sowohl Blei als auch Silber bilden schwer lösliche Iodide. Sie mischen unter Vernachlässigung
der Volumenkontraktion eine Bleinitrat-Lösung mit einer Silbernitrat-Lösung und einer
Natriumiodidlösung, sodass im Becherglas eine Iodidkonzentration von 0,0003 mol/L resultiert.
Dabei fällt Silberiodid aus und Blei bleibt in Lösung. Ab welchem Verhältnis Blei:Silber beginnt
auch der zweite Niederschlag auszufallen?
[pKL(Bleiiodid) = 8,07; pKL(Silberiodid) = 16,07]
Lösung: 3,3 ∙ 1011 : 1
2. November 2016
Pascal Heitel
39
4) Übungsaufgaben
Aufgabe 3:
Welche Masse zu 15% verunreinigten Kaliumpermanganats müssen Sie zu 180 mL einer
alkalischen Kaliumazidlösung (ρ = 1,09 g/mL) mit der Konzentration 80 g/L geben, um das
enthaltene Azid vollständig in elementaren Stickstoff zu überführen?
[M(KMnO4) = 158 g/mol; M(KN3) = 81 g/mol]
Lösung: 11 g
2. November 2016
Pascal Heitel
40
…bei der Klausur!
2. November 2016
Pascal Heitel
41

Download Report