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Chemisches Gleichgewicht

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 Das chemische Cleichgewicht
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Das chemische Cleichgewicht Voraussetzungen - unvollständiger Stoffumsatz: Inicht alle AS werden im Verlauf der Reaktion umgesetzt -> Ursache: Hin-und Rück reaktion laufen gleichzeitig ab; eine Reaktion kann in beide Richtungen ungehindert verlaufen (reversible Reaktion) - dazu müssen die Reaktionen im geschlossenen bzw. abgeschlossenem System durchgeführt werden Das Prinzip von LeChatelier und Braun Temperaturerhöhung -> fördert den Verlauf endothermer Reaktionen -> fördert den Verlauf exothermer Reaktionen Temperaturverringerung Druckerhöhung -> fördert Reaktionen, bei denen das Volumen abnimmt Druckverringerung -> fördert Reaktionen, bei denen das Volumen zunimmt Konzentrationserhöhung der AS -> Reaktion verläuft zugunsten der RP der AS Konzentrationsverringerung -> Reaktion verläuft zugunsten „neuer" RP Synthesegaserzeugung: 1. 2. CH4 + H2O(g) -> Methan Wasserdampf C(s) + H2O(g)-> glühender Wasserdampf Koks Merkmale Im Zustand des chemischen Gleichgewichts gilt: 1. Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion (vHin = vRück). nCO : nH2 ICO + 1H2 nCO : 2. Es handelt sich um einen unvollständigen Stoffumsatz. AS und RP sind gleichzeitig vorhanden. 3. Die Konzentrationen von AS und RP sind konstant. 4. Das chem. Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar. CO +3H2 Synthesegas CO +H2 Synthesegas = MWG und wichtige chemisch-technische Prozesse Für die Herstellung von z.B. Methanol, Methanal und Ammoniak benötigt man sog. Synthesegase. Sie beinhalten die AS für die Produktion der genannten Stoffe. Für die Produktion von Methanol und Methanal... sind nun verschiedene Stoffmengenverhältnisse von CO und H2 notwendig: 1CO + 2H2 -> nH2 = CH3OH; 1:2 HCHO; 1:1 Das notwendige Verhältnis erreicht man durch eine Zusatzreaktion, durch die sogenannte Konvertierung des Kohlenstoffmonooxids: CO + H2O(g) -> со +H2...

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↑ Zusatz von Wasserdampf zum Synthesegas -> Lage des GGW wird damit verändert und somit auch nCO : nH2 Konzentration 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 Anwendung des MWG auf Gasgleichgewichte -> sämtliche reagierende Stoffe sind gasförmig -> die Lage des chemischen Gleichgewichts ist durch Druckveränderung beeinflussbar bzw. Durch Drücke beschreibbar 1 B ₂2(RP) A 1,2 1,4 (AS) Zeit Ammoniaksynthese N2 + 3H2 -> 2NH3 Begründen der Reaktionsbedingungen und technischen Maßnahmen für eine optimale Ammoniakausbeute: ist eine exotherme Reaktion -> durch niedrige Temperaturen begünstigt bei niedrigen Temperaturen ist die Reaktionsgeschwindigkeit sehr klein -> Einstellzeit des chemischen Gleichgewichts lang deshalb Einsatz eines Katalysators; optimale Wirkung bei ca. 450°C Reaktion verläuft unter Volumenabnahme -> durch hohen Druck begünstigt hoher Druck erhöht den Kostenaufwand für Druckerzeugung und Drucksicherheit der Anlage -> Arbeitsdruck ca. 30 MPa unter diesen Bedingungen werden über 80% der eingesetzten AS nicht umgesetzt -> Verwendung des Kreislaufprinzips optimale Reaktionstemperatur im Reaktor wird durch Wärmeaustausch aufrecht erhalten; AS werden vorgewärmt und RP dabei abgekühlt -> steigt die Temperatur und sinkt der Druck, so sinkt auch die Ausbeute Begriffe nach Arrhenius Säuren: sind Stoffe, die in wässrigen Lösungen unter Bildung von Wasserstoff- lonen dissoziieren Basen: sind Stoffe, die in wässrigen Lösungen unter Bildung von Hydroxid-lonen dissoziieren Nachteile der Theorie: Theorie ist nur auf wässrige Lösungen anwendbar saure und basische Reaktionen von Salzlösungen sind nicht erklärbar zwischen Säuren und Basen gibt es keinen funktionalen Zusammenhang das H+-Ion (Wasserstoff-lon) ist in wässriger Lösung nicht existent (es verbindet sich stets mit Wasser zu einem größeren Teilchen, dem H3O+-lon (Hydronium-lon oder auch Oxonium-Ion) Ein Proton geht somit immer auf eine andere Verbindung über, es findet eine Reaktion mit Protonenübergang (Protolysen) statt. 1. Chlorwasserstoffsäure reagiert mit Wasser 1. HCI-> H+ + Cl- ;1.korresp. S-B-Paar; Säurereaktion 2. H2O+ H+ -> H3O+ ;2. korresp. S-B-Paar; Basereaktion HCI + H2O -> H3O+ + CI- Basen: Ammoniakanteile im Gleichgewicht Volumen- anteil in % 100 Säure-Base-Reaktion Die Abgabe eines Protons (H+-lons) durch eine Säure kann nur erfolgen, wenn eine Base vorhanden ist, die das entsprechende Proton bindet. Eine Reaktion mit Protonenübergang (Protolyse) bzw. Säure-Base- Reaktion besteht deshalb immer aus zwei korrespondierenden Säure-Base-Paaren. Hierbei handelt es sich zumeist um Gleichgewichtsreaktionen. (S-B-Gleichgewichte) Beispiel: 80 60- 40 H2SO4/HSO4- HCOOH/HCOO 20 100 MPa .30 MPa 20 MPa Begriffe nach Brönsted Grundlage: Reaktionen mit Protonenübergang (Protolysen); Säure-Base- Reaktionen Säuren: sind Teilchen, die Protonen (H+-lonen) abgeben können. (sog. Protonendonatoren) Bsp.: HCI -> H+ + CI- 0 200 300 400 500 600 700 & in °C sind Teilchen, die Protonen (H+-lonen) abgeben können (sog. Protonenakzeptoren) Bsp.: OH- + H+ -> H2O Ampholyte:sind Teilchen, die je nach Reaktionspartner als Säure oder als Base reagieren können. (Protonen aufnehmen oder abgeben können) Sie werden auch als Säure-Base-Amphoter bezeichnet. Bsp.: H2O -> H+ + OH- oder H2O + H+ > H3O+ 10 MPa 3 MPa 0,1 MPa Korrespondierende Säure-Base-Paare Durch Protonenabgabe entsteht aus einer Säure ihre korrespondierende Base und umgekehrt. Man bezeichnet die entsprechenden Partner auch als korrespondierende Säure-Base-Paare. Bsp.: HBr/Br- Vergleich von S-B-Reaktionen mit Redoxreaktionen Vergleichskriterium Säure-Base-Reaktionen Wesen (Grund- Protonenübergang Lage) der Reaktion Donatoren Akzeptoren Teilreaktionen Korr. Paare (allg.) Säuren Basen Säurereaktion Basereaktion 1. S1 -> B1 + H+ 2. B2 + H+ -> S2 Redoxreaktion Elektronenübergang Reduktionsmittel Oxidatiosmittel Oxidation Reduktion 1. RM1 -> OM1 + e- 2. OM2 + e- -> RM2 Gemeinsamkeiten: Beide Reaktionsarten verlaufen nach dem sog. Donator-Akzeptor-Prinzip. Bei beiden Reaktionsarten treten häufig chem. Gleichgewichte auf. pH-Wert wässriger Lösungen pH = -lg cH3O+/mol *1-1 pOH = -lg cOH-/mol*l-1 Es gilt weiterhin: pH + pOH = 14 Salzlösungen Beispiele: 1. Natriumcarbonat (NaCO3) Na2CO3 -> 2Na+ + CO3/2- CO3/2- + H2O -> HCO3- + OH- 2. Natriumsulfid (Na2S) Na2S -> 2Na+ + S2- S2- + H2O -> HS- + OH- CO3/2-; pKB = 3,6 -> Unitest blau! (Basisch) S2-; pKB = 1,0 -> Unitest blau! (Basisch)

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Vielen Dank, wirklich hilfreich für mich, da wir gerade genau das Thema in der Schule haben 😁

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Das chemische Cleichgewicht Voraussetzungen - unvollständiger Stoffumsatz: Inicht alle AS werden im Verlauf der Reaktion umgesetzt -> Ursache: Hin-und Rück reaktion laufen gleichzeitig ab; eine Reaktion kann in beide Richtungen ungehindert verlaufen (reversible Reaktion) - dazu müssen die Reaktionen im geschlossenen bzw. abgeschlossenem System durchgeführt werden Das Prinzip von LeChatelier und Braun Temperaturerhöhung -> fördert den Verlauf endothermer Reaktionen -> fördert den Verlauf exothermer Reaktionen Temperaturverringerung Druckerhöhung -> fördert Reaktionen, bei denen das Volumen abnimmt Druckverringerung -> fördert Reaktionen, bei denen das Volumen zunimmt Konzentrationserhöhung der AS -> Reaktion verläuft zugunsten der RP der AS Konzentrationsverringerung -> Reaktion verläuft zugunsten „neuer" RP Synthesegaserzeugung: 1. 2. CH4 + H2O(g) -> Methan Wasserdampf C(s) + H2O(g)-> glühender Wasserdampf Koks Merkmale Im Zustand des chemischen Gleichgewichts gilt: 1. Die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion (vHin = vRück). nCO : nH2 ICO + 1H2 nCO : 2. Es handelt sich um einen unvollständigen Stoffumsatz. AS und RP sind gleichzeitig vorhanden. 3. Die Konzentrationen von AS und RP sind konstant. 4. Das chem. Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar. CO +3H2 Synthesegas CO +H2 Synthesegas = MWG und wichtige chemisch-technische Prozesse Für die Herstellung von z.B. Methanol, Methanal und Ammoniak benötigt man sog. Synthesegase. Sie beinhalten die AS für die Produktion der genannten Stoffe. Für die Produktion von Methanol und Methanal... sind nun verschiedene Stoffmengenverhältnisse von CO und H2 notwendig: 1CO + 2H2 -> nH2 = CH3OH; 1:2 HCHO; 1:1 Das notwendige Verhältnis erreicht man durch eine Zusatzreaktion, durch die sogenannte Konvertierung des Kohlenstoffmonooxids: CO + H2O(g) -> со +H2...

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