Stöchiometrie

Stöchiometrie-Seminar 2
Betreuer:
Pascal Heitel
19. April 2016
Allgemeines
Termine der kommenden Stöchiometrie – Seminare (unter Vorbehalt):
• Seminar 3: Do 21.4. 10 - 13 Uhr (Merk) OSZ H5
• Seminar 4: Di 26.4. 13 - 16 Uhr (Heitel) OSZ H5
Termine der kommenden Stöchiometrie – Tutorien (unter Vorbehalt):
Tutorium 3: Mi 20.4. 18:00 – 20:00 Uhr N100.114
Tutorium 4: Mo 25.4. 18:00 – 20:00 Uhr
N260.313
Tutorium 5: Mi 27.4. 18:00 – 20:00 Uhr
N100.114
 betreut durch Sabine Willems und Sebastian Groël
19. April 2016
Pascal Heitel
2
Taschenrechner
Empfehlung:
Konsequente Nutzung des Taschenrechners!
19. April 2016
Pascal Heitel
3
Motivation
•
Stöchiometrie verknüpft Chemie mit (einfacher!) Mathematik
•
mathematisch belegte Voraussagen können getroffen werden
(z.B. Voraussagen zur Löslichkeit eines Salzes)
•
tieferes Verständnis des Trennungsgangs  Praktikum
•
großer Gewinn an Sicherheit
19. April 2016
Pascal Heitel
4
EduVote
•
In diesem Seminar soll das Audience Response System eduVote
eingesetzt werden
•
Bitte installieren Sie die eduVote-App auf Ihrem internetfähigem Gerät
(Smartphone, Tablet, Laptop, iPod, etc.)
•
Geben Sie im Feld ID „[email protected]“
ein
•
Das Feld „Session Code“ bleibt leer
19. April 2016
Pascal Heitel
5
EduVote
Welche schulische Bildung haben Sie im
Bezug auf Stöchiometrie?
100%
90%
A) keine (Chemie abgewählt)
80%
70%
B) solide (Leistungskurs Chemie)
60%
50%
C) Basiswissen
40%
30%
D) sehr gute - Chemiestudium
(abgebrochen oder auch
abgeschlossen)
20%
10%
0%
A
ID = [email protected]
0 Teilnehmer
19. April 2016
B
C
D
Umfrage zurücksetzen
Pascal Heitel
6
Themen der beiden Seminare vor der Zwischenklausur:
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Nächstes Seminar:
6) Ionenprodukt und Fällungsreaktionen
Allgemeiner Aufbau:
Seminar 2: viel Theorie, etwas Übung, Hausaufgaben
Seminar 4: Besprechung der Hausaufgaben, etwas Theorie, viel Übung
19. April 2016
Pascal Heitel
7
Themen des heutigen Seminars
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
19. April 2016
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Pascal Heitel
8
1) Allgemeine Definitionen
Molare Masse / Molekulargewicht
•
Formelzeichen: M
𝑀=
•
Quotient aus Masse (m) und Stoffmenge (n)
•
Einheit: [g/mol]
19. April 2016
𝑚
𝑛
Pascal Heitel
10
1) Allgemeine Definitionen
Stoffmengenkonzentration
•
Formelzeichen: c
𝑐=
𝑛
𝑉
•
Quotient aus Stoffmenge (n) und Volumen (V)
•
Einheit: [mol/L]
•
oft äquivalent verwendete Begriffe: Konzentration, Molarität, „molar“
19. April 2016
Pascal Heitel
11
1) Allgemeine Definitionen
Beziehung dieser Größen zueinander
𝑚
𝑛=
𝑀
𝑛 =𝑐∙𝑉
𝑚
=𝑐·𝑉
𝑀
| ∙𝑀
𝑚 =𝑐∙𝑉∙𝑀
19. April 2016
Pascal Heitel
12
1) Allgemeine Definitionen
Massenkonzentration
•
Formelzeichen: β
𝛽=
𝑚
𝑉
•
Quotient aus Masse (m) und Volumen (V)
•
Einheit: [g/L]
•
Achtung! Nicht mit der Stoffdichte ρ verwechseln, die dieselbe Einheit hat!
•
Beispiel: 1 g NaCl in 100 mL Wasser hat die Massenkonzentration von 10 g/L.
19. April 2016
Pascal Heitel
13
1) Allgemeine Definitionen
Massenkonzentration
•
Umrechnung auf die Stoffmengenkonzentration c:
𝛽=
•
𝑚
𝑛∙𝑀
=
=𝑐∙𝑀
𝑉
𝑉
bzw.
𝛽
𝑐=
𝑀
19. April 2016
Pascal Heitel
14
1) Allgemeine Definitionen
Vorsätze für Maßeinheiten: SI-Präfixe
•
Internationales Einheitensystem SI (frz. Système international d‘unités)
Potenz
Name
Präfix
Beispiel
Potenz
Name
Präfix
Beispiel
10-18
atto
a
as
100
-
-
-
10-15
femto
f
fs
101
deka
da
dam
10-12
piko
p
pm
102
hekto
h
hL
10-9
nano
n
nm
103
kilo
k
kg
10-6
mikro
μ
μmol
106
Mega
M
Mg = t
10-3
milli
m
mL
109
Giga
G
GL
10-2
centi
c
cm
1012
Tera
T
TL
10-1
dezi
d
dL
1 kB = 1024 B = 210 B
19. April 2016
Pascal Heitel
15
Themen des heutigen Seminars
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
19. April 2016
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Pascal Heitel
16
2) 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.
19. April 2016
Pascal Heitel
17
Chemisches Gleichgewicht
Der „Apfelkrieg“ (Opa vs. Enkel)
Anfangsbedingungen
• Alle Äpfel im Garten des Enkels → cO = 0
• Ziel: Alle Äpfel auf die Seite des Opas befördern → cE = 0
• Randbedingungen: kE konstant groß, kO konstant niedrig (kE > kO Λ kE, kO = const.)
Start
• Wurfgeschwindigkeit des Enkels vE sehr hoch, da Konzentration an Äpfel cE hoch
(→ kurze Wege) und Enkel schnell (kE)
• Wurfgeschwindigkeit des Opas vO niedrig, da Konzentration der Äpfel cO klein
(→ lange Wege) und Opa langsam (kO)
Nach kurzer Zeit
• Der Enkel muss längere Wege gehen, da cE abnimmt → vE nimmt ab
• Der Opa muss kürzere Wege gehen, da cO zunimmt → vO steigt an
19. April 2016
Pascal Heitel
18
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
19. April 2016
Pascal Heitel
Enkel
19
2) Chemisches Gleichgewicht
Der „Apfelkrieg“ (Opa vs. Enkel)
Es gilt:
𝑣𝑂 = 𝑣𝐸
𝑘𝑂 ∙ 𝑐𝑂 = 𝑘𝐸 ∙ 𝑐𝐸
| ∙
1
𝑘 𝐸 ∙ 𝑐𝑂
𝑘𝑂
𝑐𝐸
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. ≔ 𝐾 =
𝑘𝐸
𝑐𝑂
K….Gleichgewichtskonstante
Im Falle des Apfelkriegs: 0 < K << 1
Übertragen auf chemische Reaktionen:
A (Edukte) ⇌ B (Produkte)
•
19. April 2016
A  B Hinreaktion, B  Rückreaktion
Pascal Heitel
20
2) Chemisches Gleichgewicht
•
Bsp.:
•
Chemische Reaktion entspricht in unserem Bild Werfen von Äpfeln
Reaktionsgeschwindigkeit v
Ist die Änderung der Konzentration pro Zeiteinheit und wird definiert als:
𝑑𝑐
𝑣 = 𝑑𝑡 = 𝑐′
Für den speziellen Fall der Gleichgewichtsreaktion zwischen A und B ist die Reaktionsgeschwindigkeit abhängig von der Konzentration c (siehe Apfelkrieg) und der
Geschwindigkeitskonstanten k:
𝑣 = 𝑘∙𝑐
19. April 2016
Pascal Heitel
21
2) Chemisches Gleichgewicht
Gleichgewichtsreaktion
𝐴 ⇌ 𝐵
𝑑𝑐
1. Ableitung stark negativ
1. Ableitung schwach negativ
𝑣 = 𝑑𝑡 = 𝑐′
und in diesem Fall:
1. Ableitung 0
𝑣 = 𝑘∙𝑐
19. April 2016
Pascal Heitel
22
2) Chemisches Gleichgewicht
Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs)
„Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so,
dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.“
„Zwänge“ können sein:
• Temperatur
• Konzentrationsänderungen
• Druck
Bsp.:
𝐴
𝑙
+2𝐵
𝑔
⇌ 3 𝐶(𝑔) + 𝐷(𝑙)
Δ𝐻 = −100
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
Was passiert bei Erhöhung (a) der Temperatur (b) der Konzentration von A (c) des Drucks?
19. April 2016
Pascal Heitel
23
2) Chemisches Gleichgewicht
Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs)
„Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so,
dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.“
„Zwänge“ können sein:
• Temperatur
• Konzentrationsänderungen
• Druck
Bsp.:
𝐴
𝑙
+2𝐵
𝑔
⇌ 3 𝐶(𝑔) + 𝐷(𝑙)
Δ𝐻 = −100
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
Was passiert bei Erhöhung (a) der Temperatur (b) der Konzentration von A (c) des Drucks?
19. April 2016
Pascal Heitel
24
2) Chemisches Gleichgewicht
Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs)
„Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so,
dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.“
„Zwänge“ können sein:
• Temperatur
• Konzentrationsänderungen
• Druck
Bsp.:
𝐴
𝑙
+2𝐵
𝑔
⇌ 3 𝐶(𝑔) + 𝐷(𝑙)
Δ𝐻 = −100
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
Was passiert bei Erhöhung (a) der Temperatur (b) der Konzentration von A (c) des Drucks?
19. April 2016
Pascal Heitel
25
2) Chemisches Gleichgewicht
Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwangs)
„Übt man auf ein chemisches System im Gleichgewicht einen Zwang aus, so reagiert es so,
dass die Wirkung des Zwanges minimal wird.“
„Zwänge“ können sein:
• Temperatur
• Konzentrationsänderungen
• Druck
Bsp.:
𝐴
𝑙
+2𝐵
𝑔
⇌ 3 𝐶(𝑔) + 𝐷(𝑙)
Δ𝐻 = −100
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
Was passiert bei Erhöhung (a) der Temperatur (b) der Konzentration von A (c) des Drucks?
19. April 2016
Pascal Heitel
26
Themen des heutigen Seminars
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
19. April 2016
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Pascal Heitel
27
3) Massenwirkungsgesetz
beschreibt das Verhältnis der Konzentrationen der Produkte zu den Edukten im
Gleichgewichtszustand einer chemischen Reaktion
Dieser Wert ist für die Reaktion charakteristisch!
Das MWG kann auf zwei verschiedene Arten hergeleitet werden:
a) auf Basis der Thermodynamik (Wärmelehre bei chemischen Reaktionen) oder
b) auf Basis der Kinetik (zeitlicher Ablauf chemischer Reaktionen).
19. April 2016
Pascal Heitel
28
3) Massenwirkungsgesetz
Kinetische Herleitung des MWG
•
beruht auf der kinetischen Gastheorie (führt Ablauf chemischer Reaktionen auf
Bewegungsenergie = kinetische Energie zurück)
•
Zwischen Molekülen, die sich in ständiger Bewegung befinden, kommt es ständig zu
Zusammenstößen, die bei ausreichend hoher kinetischer Energie zur Reaktion führt:
𝐴+𝐵 ⇌𝐶+𝐷
•
Nach Beginn einer chemischen Reaktion ist Geschwindigkeit der Hinreaktion (vhin) sehr viel
größer als die der Rückreaktion (vrück)
•
Für vhin gilt:
𝑣ℎ𝑖𝑛 = 𝑘ℎ𝑖𝑛 ∙ 𝑐(𝐴) ∙ 𝑐(𝐵)
•
Für vrück gilt:
𝑣𝑟ü𝑐𝑘 = 𝑘𝑟ü𝑐𝑘 ∙ 𝑐(𝐶) ∙ 𝑐(𝐷)
19. April 2016
Pascal Heitel
29
3) Massenwirkungsgesetz
Kinetische Herleitung des MWG
•
Wenn die Reaktion den Gleichgewichtszustand erreicht hat, gilt:
𝑣ℎ𝑖𝑛 = 𝑣𝑟ü𝑐𝑘
𝑘ℎ𝑖𝑛 ∙ 𝑐(𝐴) ∙ 𝑐(𝐵) = 𝑘𝑟ü𝑐𝑘 ∙ 𝑐(𝐶) ∙ 𝑐(𝐷)
𝑘ℎ𝑖𝑛
𝑐(𝐶) ∙ 𝑐(𝐷)
=
= 𝐾
𝑘𝑟ü𝑐𝑘
𝑐(𝐴) ∙ 𝑐(𝐵)
K…Gleichgewichtskonstante
19. April 2016
Pascal Heitel
30
3) Massenwirkungsgesetz
Allgemeine Form des MWG
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
19. April 2016
Pascal Heitel
𝑐
∙ 𝐷
𝑎∙ 𝐵
𝑑
𝑏
31
3) Massenwirkungsgesetz
Allgemeine Form des MWG - Beispiel
𝑁2 + 𝑂2 →
19. April 2016
Pascal Heitel
𝑁2 𝑂5
32
3) Massenwirkungsgesetz
Zusammenfassung MWG
•
„Plus“ wird zu „Mal“
𝐻2 + 𝐼2 → [𝐻2 ] [𝐼2 ]
•
„Mal“ wird zu „Hoch“
2 𝐻𝐼 → 𝐻𝐼
•
Konzentration der Produkte im Zähler
•
Konzentration der Edukte im Nenner
•
Im MWG immer die Konzentrationen (in mol/L) einsetzen!
19. April 2016
2
Pascal Heitel
33
3) Massenwirkungsgesetz
Generelle Überlegungen zum MWG
•
•
•
K ist keine universelle Konstante. Sie ist abhängig von:
 Reaktion
 Temperatur
 Druck
 Lösungsmittel
Einheit von K variabel, hängt von Reaktionsgleichung ab
 Vergleichbarkeit der Gleichgewichtskonstanten eingeschränkt
Korrekterweise müsste man die Aktivitäten der Stoffe einsetzen.
Die Aktivität ist die effektiv an einer chemischen Reaktion teilnehmende Konzentration
(berücksichtigt Kräfte zwischen den Ionen, die deren Beweglichkeit einschränken)
Für verdünnte Lösungen ist die Vereinfachung (Konzentration) ausreichend genau.
19. April 2016
Pascal Heitel
34
3) Massenwirkungsgesetz
Generelle Überlegungen zum MWG
Welchen Wert hat K, wenn das Gleichgewicht auf Seiten der
a) Produkte liegt?
b) Edukte liegt?
c) Produkte und Edukte gleichermaßen liegt?
Lösungen:
a) > 1
b) 0 < K < 1
c) 1
19. April 2016
Pascal Heitel
35
3) Massenwirkungsgesetz
Übungen zum Aufstellen des MWG
1) 𝑁2 + 𝑂2 → 2 𝑁𝑂
2) 3 𝐻2 + 𝑁2 → 2 𝑁𝐻3
3) 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂− + 𝐻3 𝑂+
19. April 2016
Pascal Heitel
36
Themen des heutigen Seminars
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
19. April 2016
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Pascal Heitel
37
4) Löslichkeitsprodukt
Was passiert, wenn ein schwer lösliches 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)
19. April 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
38
4) Löslichkeitsprodukt
Was passiert, wenn ein schwer lösliches Salz in Wasser gelöst wird?
Auch hier ist das GGW dynamisch:
• In einem bestimmten Zeitintervall lagert sich genauso viel festes Silberchromat am Kristall
an wie sich an anderer Stelle ablöst.
• Gleichzeitig dissoziiert genauso viel gelöstes Silberchromat wie an anderer Stelle assoziiert.
Für dynamische GGW gilt das Massenwirkungsgesetz:
𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4
𝑠
⇌ 2 𝐴𝑔+ 𝑎𝑞 + 𝐶𝑟𝑂42−
𝑎𝑞
𝐴𝑔+ 2 [𝐶𝑟𝑂42− ]
𝐾=
[𝐴𝑔2 𝐶𝑟𝑂4 ]
19. April 2016
Pascal Heitel
39
4) Löslichkeitsprodukt
Was passiert, wenn ein schwer lösliches Salz in Wasser gelöst wird?
Da die Konzentration von Silberchromat im Kristall [Ag2CrO4(s)] konstant ist, kann sie mit in die
Gleichgewichtskonstante multipliziert werden:
19. April 2016
Pascal Heitel
40
4) Löslichkeitsprodukt
Aufstellen des Löslichkeitsprodukts
1:1 Salze
𝐴𝐵
𝑠
⇌ 𝐴+ 𝑎𝑞 + 𝐵 −
𝑎𝑞
3:2 Salze
𝐴3 𝐵2(𝑠) ⇌ 3 𝐴2+𝑎𝑞 + 2 𝐵3−𝑎𝑞
19. April 2016
Pascal Heitel
41
4) Löslichkeitsprodukt
Aufstellen des Löslichkeitsprodukts - Beispiele
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2(𝑠) ⇌ 𝐶𝑎2+𝑎𝑞 + 2 𝑂𝐻 −
𝐴𝑔3 𝑃𝑂4
19. April 2016
(𝑠)
𝑎𝑞
⇌ 3 𝐴𝑔+ 𝑎𝑞 + 𝑃𝑂4 3− 𝑎𝑞
Pascal Heitel
42
4) Löslichkeitsprodukt
Aufstellen des Löslichkeitsprodukts - Allgemein
𝐴𝑥 𝐵𝑦(𝑠) ⇌ 𝑥 𝐴
𝑦+
𝐾𝐿 = 𝐴𝑦+
19. April 2016
𝑎𝑞
𝑥
+ 𝑦 𝐵 𝑥−
· 𝐵 𝑥−
Pascal Heitel
𝑎𝑞
𝑦
43
4) Löslichkeitsprodukt
Generelle Überlegungen
• KL gilt für nur für gesättigte Lösungen
• Zahlenwert des Löslichkeitsproduktes KL stellt Aussage zur Löslichkeit einer Verbindung dar
und ist eine stöchiometrische Konstante
• nur KL–Werte mit gleichen Einheiten können miteinander verglichen werden!
• KL ist von Temperatur, Druck und Lösungsmittel abhängig
• Literatur–KL–Werte gelten standardmäßig in Wasser bei Zimmertemperatur (25°C);
19. April 2016
Pascal Heitel
44
4) Löslichkeitsprodukt
Generelle Überlegungen
• Oft wird in der Literatur nur ein pKL-Wert angegeben. Was bedeutet das?
𝑝 = − 𝑙𝑜𝑔10 = − 𝑙𝑔
𝑝𝐾𝐿 = − 𝑙𝑔(𝐾𝐿 )
| · (-1)
lg 𝐾𝐿 = −𝑝𝐾𝐿
| 10^( )
10lg
19. April 2016
𝐾𝐿
= 𝐾𝐿 = 10−𝑝𝐾𝐿
Pascal Heitel
45
4) Löslichkeitsprodukt
Generelle Überlegungen
• Was bedeutet ein großer Wert für KL? Was ein kleiner?
Vorsicht mit negativen Exponenten! Bsp.: KL(AgCl) = 10-9,96 (mol/L)2
KL(AgBr) = 10-12,4 (mol/L)2
• Großer KL: gute Löslichkeit, hohe elektrolytische Dissoziation
• Kleiner KL: schlechte Löslichkeit/schwer löslich, geringe elektrolytische Dissoziation
19. April 2016
Pascal Heitel
46
Themen des heutigen Seminars
Reaktionsgleichgewichte in Elektrolytlösungen
(Verhalten von anorganischen Salzen im Lösungsmittel Wasser)
1)
2)
3)
4)
5)
19. April 2016
Allgemeine Definitionen
Chemisches Gleichgewicht
Massenwirkungsgesetz
Löslichkeitsprodukt
Molare Löslichkeit
Pascal Heitel
47
5) Molare Löslichkeit
Aus dem Löslichkeitsprodukt lassen sich die Konzentrationen der einzelnen Ionen in gesättigter
Lösung und daraus die Löslichkeit des Elektrolyten/Salzes berechnen:
1:1 Salze
Bei der Dissoziation von einem Mol AB entstehen 1 Mol A+- und 1 Mol B--Ionen. Die molare
Löslichkeit L(AB) entspricht Konzentration der Ionen:
𝐴𝐵(𝑠) ⇌ 𝐴+ 𝑎𝑞 + 𝐵 −𝑎𝑞
𝐾𝐿 = 𝐴+ 𝐵−
𝐿(𝐴𝐵) = 𝐴+ = 𝐵−
→ 𝐴+ 𝐵− = 𝐿2𝐴𝐵 = 𝐾𝐿
𝐿(𝐴𝐵) =
19. April 2016
Pascal Heitel
𝐾𝐿
48
5) Molare Löslichkeit
2:1 Salze
𝐴2𝐵(𝑠) ⇌ 2 𝐴+
𝑎𝑞
𝐾𝐿 = 𝐴+
2
+ 𝐵2−(𝑎𝑞)
𝐵2−
Pro Mol A2B, das gelöst wird, erhält man 2 mol A+ und 1 mol B2-.
𝐿(𝐴2𝐵) =
→ 𝐾𝐿 = 2 𝐿
1 +
𝐴 = 𝐵2−
2
2
𝐴2 𝐵
∙𝐿
3
𝐿
19. April 2016
𝐴2 𝐵
=
Pascal Heitel
𝐴2 𝐵
= 4 𝐿3(𝐴2 𝐵)
𝐾𝐿
4
49
5) Molare Löslichkeit
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 schwer löslichen Salzes in gesättigter Lösung an.
19. April 2016
Pascal Heitel
50
5) Molare Löslichkeit
• Bei L handelt es sich um eine Stoffmengenkonzentration mit der Einheit mol/L
• Im Gegensatz zu KL ist L vergleichbar, da die Einheit immer gleich ist!
• L ist abhängig von bereits in Lösung befindlicher Ionen desselben Typs (gleichioniger
Zusatz → Stoff der Abschlussklausur)
• Des Weiteren ist L von folgenden Größen abhängig, da KL in der Formel enthalten ist:
 Temperatur
 Druck
 Lösungsmittel
• Hinweis für Klausuren: Die Wendung „Waschen eines Niederschlags“ bezieht sich immer
auf die Löslichkeit des Niederschlags!
19. April 2016
Pascal Heitel
51
5) Molare Löslichkeit
Einschub: Stöchiometrisches Verhältnis
• Korrektes Verhältnis der Edukte zu den Produkten in einer chemischen Reaktion
• Kann auch auf das Verhältnis der Edukte (bzw. Produkte) zueinander erweitert werden.
• Bsp:
𝐴𝑔𝐶𝑙
𝑠
⇌ 𝐴𝑔+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙 −
𝑎𝑞
𝑛(𝐴𝑔+ )
1
=
=1
𝑛(𝐶𝑙 − )
1
Mit: 𝑉 𝐴𝑔+ = 𝑉(𝐶𝑙 − ):
→ 𝑐 𝐴𝑔+ = 𝑐(𝐶𝑙 − )
19. April 2016
Pascal Heitel
52
5) Molare Löslichkeit
Einschub: Stöchiometrisches Verhältnis
Aufgabe: Welches Verhältnis hat die Konzentration der Eisen(III)-Ionen zu Sulfid in
Eisen(III)sulfid?
19. April 2016
Pascal Heitel
53
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 1
Es sei ein Salz der Formel A3B4 gegeben.
a) Leiten Sie die allgemeine Formel für die molare Löslichkeit (Sättigungskonzentration) eines
Salzes dieser Form her, indem Sie die stöchiometrischen Verhältnisse der einzelnen
Reaktionspartner aufstellen!
b) Wie groß ist der pKL–Wert, wenn Sie von einer Sättigungskonzentration von 5 · 10-2 mol/L
ausgehen?
19. April 2016
Pascal Heitel
54
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 1
19. April 2016
Pascal Heitel
55
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 1
19. April 2016
Pascal Heitel
56
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 1
19. April 2016
Pascal Heitel
57
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 2
Im Praktikum weisen Sie Calcium nach, indem Sie es als Calciumphosphat Ca3(PO4)2
ausfällen. Danach möchten Sie Ihren Niederschlag wieder auflösen und haben 450 mL Wasser
zur Verfügung. Wie viel μg Calciumphosphat lösen sich in der angegebenen Wassermenge?
[KL(Ca3 (PO4)2) = 1,3 · 10-32 (mol /L)5; M(Ca3(PO4)2) = 310,18 g/mol]
19. April 2016
Pascal Heitel
58
5) Molare Löslichkeit
Beispielaufgabe 2
19. April 2016
Pascal Heitel
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Möglichkeiten der Rekapitulation
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Handout als pdf zum Download (voraussichtlich heute oder morgen):
http://www.uni-frankfurt.de/54975917/mehr
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Video des gesamten Seminars:
http://videoportal2.uni-frankfurt.de/mediasite/Catalog/catalogs/lehre
19. April 2016
Pascal Heitel
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„Erfolg hat drei Buchstaben: TUN“
„Sage es mir, und ich werde es vergessen,
zeige es mir, und ich werde es vielleicht behalten;
lass es mich tun, und ich werde es können. “
Johann Wolfgang von Goethe
19. April 2016
Pascal Heitel
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Viel Erfolg beim Lösen der Hausaufgaben!
19. April 2016
Pascal Heitel
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Hausaufgaben
1. Die Löslichkeit von Silberchlorid in reinem Wasser beträgt bei Raumtemperatur 2,0 mg in
1 L. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid!
[M(AgCl) = 143,4 g/mol]
2. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt eines schwerlöslichen Salzes vom Typ A3B mit der
Sättigungskonzentration des Salzes c(A3B) = 10-6 mol/L!
3. Mit wie viel mL Wasser dürfen 150 mg eines Calciumoxalat-Niederschlages 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]
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]
19. April 2016
Pascal Heitel
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Hausaufgaben
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]
19. April 2016
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