Was kennzeichnet ein chemisches Gleichgewicht?

Erklärung: Im Gleichgewicht ("dynamisches Gleichgewicht") reagieren weiterhin Teilchen — nur genauso viele in jede Richtung. Symbol: Doppelpfeil ⇌. Die Konzentrationen sind konstant, aber nicht zwingend gleich.

Für die Reaktion aA + bB ⇌ cC + dD lautet das Massenwirkungsgesetz K = ___ / [A]^a [B]^b.

Erklärung: Das Massenwirkungsgesetz (Guldberg & Waage 1864) verknüpft Konzentrationen im Gleichgewicht: K_c = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b. Die Gleichgewichtskonstante K hängt nur von der Temperatur ab. Großes K → Produkte überwiegen; kleines K → Edukte überwiegen.

Was sagt das Prinzip von Le Chatelier ("Prinzip des kleinsten Zwangs")?

Erklärung: Beispiele: Erhöht man die Konzentration eines Edukts, läuft die Hinreaktion bevorzugt; entfernt man ein Produkt, läuft die Hinreaktion bevorzugt; erhöht man den Druck, weicht das System in die Richtung mit weniger Gas-Teilchen aus; bei exothermer Reaktion verschiebt höhere Temperatur das Gleichgewicht nach links.

Bei der Ammoniaksynthese N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ (exotherm) — wie verschiebt eine Temperaturerhöhung das Gleichgewicht?

Erklärung: Hinreaktion: exotherm (gibt Wärme ab). Le Chatelier: Bei Temperaturerhöhung wird die Wärme aufnehmende, also endotherme Richtung bevorzugt — das ist hier die Rückreaktion. Tatsächlich arbeitet das Haber-Bosch-Verfahren bei 400–500 °C: ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit (hoch) und Ausbeute (niedrig).

Bei der Ammoniaksynthese werden 4 Mol Gas (1 N₂ + 3 H₂) zu 2 Mol Gas (2 NH₃). Wie wirkt sich eine Druckerhöhung aus?

Erklärung: Le Chatelier "weicht aus" der Erhöhung — bei Druck steht das System in Richtung weniger Gas-Mol unter Druck. Daher arbeitet Haber-Bosch bei 200–300 bar. Höhere Drücke wären besser, sind technisch aber sehr teuer (Gefäßwandstärke, Sicherheit).

Ein Katalysator verschiebt die Lage eines chemischen Gleichgewichts.

Erklärung: Falsch. Ein Katalysator beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleichermaßen — das System erreicht das Gleichgewicht schneller, aber dessen Lage bleibt unverändert. Will man die Ausbeute beeinflussen, braucht es Druck-, Temperatur- oder Konzentrationsänderungen nach Le Chatelier.

Was bedeutet eine sehr große Gleichgewichtskonstante (K ≫ 1)?

Erklärung: K = [Produkte]^... / [Edukte]^.... Großer Wert → der Zähler dominiert. Beispiel HCl-Dissoziation in Wasser hat K ~ 10⁶ — praktisch alles dissoziiert. Achtung Dim. Mismatch — K sagt nur etwas über die *Lage*, nicht über die *Geschwindigkeit* aus. Eine Reaktion mit großem K kann trotzdem extrem langsam sein (z. B. Verbrennung von Diamant).

Im Gleichgewicht der Reaktion H₂ + I₂ ⇌ 2 HI gilt: [H₂] = 0,1 mol/L, [I₂] = 0,1 mol/L, [HI] = 0,8 mol/L. Berechne K_c.

Erklärung: K_c = [HI]² / ([H₂]·[I₂]) = (0,8)² / (0,1 · 0,1) = 0,64 / 0,01 = 64. Hinweis zur Einheit: Da bei dieser Reaktion auf beiden Seiten zwei Mol-Gas stehen, kürzen sich die Einheiten weg — K_c ist dimensionslos.

Was ist ein "geschlossenes System" im Sinne der Gleichgewichtschemie?

Erklärung: In offenen Systemen (z. B. Kochtopf ohne Deckel) entweichen Produkte ständig — die Rückreaktion findet kaum statt, das System läuft praktisch nur in eine Richtung. Erst im geschlossenen Kolben können Hin- und Rückreaktion einander einholen und ein Gleichgewicht entstehen.

Aufgabe 1 von 9