Chemieklausur chemische Gleichgewichte und Säure-Base

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in geschlossenen Systemen ein chemisches Gleichgewicht ein. a) Stelle die Reaktionsgleichung und das MWG für die Reaktion von Butansäure mit Propan-1-ol auf. Verwende Strukturformeln mit bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren und benenne den entstehenden Ester. (3P) b) Berechne die Konzentrationen aller am Gleichgewicht beteiligten Stoffe. Gehe davon aus, dass für die Reaktion je 1 mol der Edukte eingesetzt wurden, Ke unter den gewählten Reaktionsbedingungen 5,3 ist und die Reaktion in einem 1-Liter-Gefäß stattfindet. (5P) 10 Aufgabe 4: (7/X1 VP) In einem geschlossenen Gefäß reagieren Chlor und Phosphortrichlorid (PC|3) miteinander zu Phosphorpentachlorid (PCIs): Cl2(g) + PC|3(g) PC|5(g) ex en Alle drei Stoffe sind oberhalb der Temperatur T = 160°C gasförmig. Eine Stoffportion Phosphorpentachlorid der Masse m = 10,5 g wird in einem geschlossenen Behälter des Volumens V = 1,5 L erhitzt. Dabei zeigt sich, dass im Gleichgewichtszustand bei T = 180°C ein Anteil w = 40% und bei T = 250°C ein Anteil w = 80% des Phosphorpentachlorids zerfallen sind. a) Formuliere für diese Reaktion das Massenwirkungsgesetz. (1P) b) Verläuft der Zerfall des Phosphorpentachlorids exotherm oder endotherm? Begründe deine Antwort (1,5P). c) Berechne die im Versuch eingesetzte Stoffmenge no an Phosphorpentachlorid sowie die bei T = 180°C noch vorhandene Stoffmenge n₁ Phosphorpentachlorid. an Berechne die Gleichgewichtskonstante Ke für die Temperatur T = 180°C. (4,5P) d) Bei konstanter Temperatur T = 180°C wird der Druck im Behälter durch Einpressen von Chlorgas erhöht. Welche Auswirkungen hat dies auf den Gleichgewichtszustand, welche Aus- wirkungen auf die Gleichgewichtskonstante Kc? Begründe deine Aussagen. (P) Aufgabe 5: 8 (6 / VP) Die beiden Gase Stickstoff und Wasserstoff reagieren unter bestimmten Voraussetzungen zu dem großtechnisch wichtigen Produkt Ammoniak. a) Die Gleichgewichtskonstante für die Ammoniaksynthese beträgt unter Standardbedingun- gen Kc = 4.108 Bringt man jedoch in ein Gefäß Stickstoff und Wasserstoff ein und verschließt es, so ist auch nach einigen Tagen kein Ammoniak nachweisbar. Begründen Sie diesen Sachverhalt. (1P) mol2 b) Erläutern und begründen Sie die Maßnahmen, die beim Haber-Bosch-Verfahren getroffen werden um die Ammoniak-Ausbeute zu erhöhen. (3P) c) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Gewinnung von Synthesegas aus Propan und Wasserdampf. (2P) d) In einem Versuchsreaktor befinden sich vor Reaktionsbeginn 1 mol Stickstoff und 3 mol Wasserstoff. Bei einer Temperatur von 200°C und einem Druck von 100 bar liegen im Gleichgewicht 1,785 mol Ammoniak vor. Berechne die Stoffmengen an Wasserstoff und Stickstoff im Gleichgewicht. (BP) 2 3 Melanie Aufgabe 1 1 Korrespondierende Base 2 H₂PO4/ HPO4 HS / S²₁ N₂ H₂ + / N₂ Hy v katres pondierende Saure d) HPOU Soure 1 b) HNO₂/ NO₂ THE F H3 AS 042/ H₂ AsO4 C) Amphotere Teilchen sind Ampholyte, das heißt Sie können sowohl als Base als auch als Saure reagieren. Die zu HSO₂ - genōrise Base ist S042, die zugehörige sauve ist 1₂ 504 2- 3 F + HC1O4 = P04 ³ + H₂ ClO₂ + v Base 2 Base 1 sJure 2 e) PH = -19 (C(H30+)) = -19 (0,004 moc) * 5,5 Melanie? Die Lösung ist saver Aufgabe 2 a) a Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der Produkte, das heißt die Ausbeute an Chlor und wasser wird größer. ~ b Dos Gleichgewicht verschiebt sich ebenfalls in Richtung der Produkte samit wird auch die Ausbeute größer Nachbildung! C: Das Gleichgewicht verschiebt sich nach dem Prinzip von le chotelier und Fraun in Richtung der Edukte den diese haben s gasförmige volumenreilchen, die Produkte 니. wird aber schneller lingestellt d: Dos Gleichgewicht ändert sich nicht e: Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der Producte, denn die exotherme Reaktion auft bei geringerer Temperatur besser stärker ab. v -1~ bl C) C² (C1₂) * C² (H₂O) Kc = 241 H(1) • C(0₂) By 03 mol AL 0,52 mot = 1L C(Cl₂)= 1.39 mot V 1.39 mol/L C|H₂O) = n(170) = 1,39 mol = 1,39 mol/l V C(HCI) = DLHCil = Y C(0₂) = n(0₂) Aufgabe 3 (2) Butansaure H + HOT H-C-C-C-C₁ 1 HHH n(c/z) V 11,39 mol/1) ² • 11.39 mol /11² = 886, 28 mol· 10,3 mol/l) 4 (0,52 mol/10 Einheit K₁= Das Gleichgewicht liegt auf Seiten der Produkte.✓ H H-C-C⋅ ( HHH Kof +-- HITTE 4 10 0 ta 10 5 J + 10% t 1L • T (1) 1 11 Propan-1-01 # 7 H | H 4-C-C-C-01 U 14 14 T I C = 0,3 mol/l = 0,52 mol/L CFC = ( 1 171 17 T 17 H Butansaurepropylester ✓ H _ClEster) • C(H+₂0) C/Butonsäure) c(Proponce) H T L 1t a H Wassel (H₂0) -2- € 6 Melanie b) in mot Co CG K = 5,9 Butans. | Propanol 1 Xan 1-x XX 1-x 5₁3=11-x) 11-X) 5,3x² -10,6x + 5, 3 = x ² v 4,3x² - 10,6x + 5,3 = 0 X₁0.698 X₂ ist im Ester 0 = clEster) c(1₂0) c(Butanssure) = c( Propanol) ZX *2 X Wasser CG (Ester) = x = 0,698 mot CG (wasser) = x = 0,698 mos L X ZX+A Zusammenhang nicht sinnvoll CG | Butansäure) = 1- x = 1-0.698 = 0,302 C₂ | Propanol) = 1-x = 1 - 0,698 = 0,302 mot 10,6 ± √ + 112,36 - 4.41,3-5,3 10,6 ± √ 21,2² 10,6 ± 4,6 2. 4,3 86 8,6 1. (X² - 2x + 1) 1-x² tr mot o L Aufgabe 4 al KCE CI PCIS) = nal PCIS) V in mol PC15 56 C(C1₂) - CIPCIS) b) Da die Reaktion mit steigender Temperatur stärker verlauft, ist die Reaktion exotherm, von Clz und PCI 3 ZU PCLS. exotherm fal für die Cimla) / PC15) = (P(15) (343-35,4-0,05 mol (31+ 5° M(PCs) n₁₂₁ |PC| 51 = 0714(1-0,4) · n₂( P (15) = 0,03 mol 4 (G A ग्रे = 0,0333 0 PC = C1₂ +PC13 aber es ist anders angegeben 0,05 mol 1,5 L Cl₂ PCI 3 O 0.02 0,4-0,03 0.4-0.03 = 0,013 = 0,073 - 0.0333 mol Einheiten CG (PCI) = Co (P(15) 0,6 2002 CG (PC | 3) = C₂ Pls) · 0,4 0,013 C₂ C/₂) = CG (PC131=0,013 v C(C/2) CI PCI 3) C(PI5) KCE Dos Gleichgewicht liegt but Seiten der Edukte. Melame du musst mehr auf die Einheiten achten. Einheiten -41- 0,013 0.013 0102 Hartfalen- stellung. H M • 0,00845 Embert! Melanie (d) Durch das Hinzuseben von Chlorgas verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung des Produicts t des PCIS ✓ verschoben, denn PCK, wird es wird zu PC15 abreagiert, denn dieser Gas nat nur ein volumenteilchen woning egen PC13 Asp und C1₂ zwei Gasteilchen sind. Kc verschiebt sich also so, class elas die konstante sich (bei PCI₂ = (12 + P(13) 0 noch weiter annähert, also releines f wird. Aufgabe s (2) Dies liegt daran, dass die Ammoniak - Synthese zwar exotherm ist und Somit bei geringeren Temperaturen Starker ablauft, es jedoch einer hohen Enersie also Temperatur, bedarf um starken Stickstoff-Preifachbindungen b) die zu überwinden. Zudem ist die Aktivierungs- enersie hoch. Und die Reaktionsgesch- windiskeit und die Reaction bei Zemmer temperatur zu lampan. auf welchen Druck? e um die Ausbeute zu erhöhen wird: -der Druck erhöht. Nach dem Prinzip 2 von le chatelier und Brown reasiert unter höherem Druck, mehr N₂ und th₂ zu NH3. die Temperatur nach Reaktionsbeginn herabsesetzt. Dies hilft, ebenfalls nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs, die exotherme Synthese zu verstärken Ammoniak entnommen. Durch Abkühlum wird de bereits synthetisierte Ammoniak flüssig und dem Reaktionsgemisch entnommen, wodurch sich ein neues Gleichgewicht einstellt, bei dem Ammoniak nachreagiert & nach produziert das übrig gebliebene H₂ und Nz erneut dem Reactionsgemisch beigefist, so wirdt werden die Edukte erhöht und mehr Ammoniak kann reagieren -5- ug New, durchgeled ca 450°C (C) a Cz Hq + 3H₂O = 3CD + 7/1₂ Beigabe von N₂ und Oz aus der Luft: 1₂0 (9) +or Beigabe von H₂ H₂O CO H auswaschen Synthesegas N₂ + H in mol L Co N₂ 11 CO₂ + Hz von CO₂ mit H₂0 (2) N₂ + H₂ # 1mol H₂ 3 Anot NI3 CG 3H₂ + N₂ = 2NH3 n(Nz) = 0,44 · 1 = 0, 11 . n(H₂) = 0,32 1 = 0,32 4 0 1-2 · 1,785 3-2-1,78 1.785 - 01 = 0,32 was nicht gefradi Annahme V = AL {