Gleichgewichtsreaktionen – das Prinzip von Le Chatelier

Gleichgewichtsreaktionen – das Prinzip von Le Chatelier Übung

• Nenne die Faktoren, die folgende Gleichgewichtsreaktion beeinflussen.

  Tipps

  Ein System, welches sich im chemischen Gleichgewicht befindet, reagiert auf verschiedene Faktoren und gehorcht dem „Prinzip des kleinsten Zwangs“.

  Druck hat nur Einfluss auf gasförmige Stoffe.

  Das Verhältnis der Konzentration der Produkte zur Konzentration der Edukte ist konstant.

  Lösung

  Schau dir noch einmal die Reaktion an. Du stellst fest, dass auf der Seite der Edukte einmal das Gas Kohlenstoffdioxid und der Feststoff Kohlenstoff stehen, während sich auf der Produktseite zwei Moleküle Kohlenstoffmonoxid befinden. Auch Druck übt einen Einfluss auf das chemische Gleichgewicht in diesem System aus. Allerdings hat Druck nur einen Einfluss auf gasförmige Stoffe. Daher kannst du den Feststoff Kohlenstoff vernachlässigen. Du solltest beachten, dass das molare Volumen von Gasen immer gleich groß ist. Dabei ist es egal, um welches Gas es sich handelt. Auf der Produktseite findest du doppelt so viele Teilchen wie auf der Eduktseite, denn aus einem Molekül Kohlenstoffdioxid werden zwei Moleküle Kohlenstoffmonoxid. Erhöht sich nun der Druck auf dieses System, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Seite, auf der sich weniger Teilchen befinden. Also verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Edukte.

  Wie der Druck hat auch die Temperatur einen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichts in dieser Reaktion. Die Bildung von Kohlenstoffmonoxid ist endotherm, während die Rückreaktion exotherm ist. Wird die Temperatur nun erhöht, wird die endotherme Reaktion unterstützt. Also verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Produkte. Wird die Temperatur reduziert, kann natürlich nicht der Feststoff vernachlässigt werden, denn dies gilt nur für den Druck. Das chemische Gleichgewicht verschiebt sich deshalb auf die Seite der Edukte.

  Auch eine Änderung der Konzentration hat einen Einfluss auf das System. Entfernt man beispielsweise Kohlenstoffmonoxid aus dem System und reduziert damit dessen Konzentration, wird das chemische Gleichgewicht auf die Seite verschoben, auf der Kohlenstoffmonoxid gebildet wird, damit das vorherige chemische Gleichgewicht wiederhergestellt wird.

• Erkläre, wie sich das chemische Gleichgewicht verschieben lässt.

  Tipps

  Das Verhältnis der Konzentration der Produkte zur Konzentration der Edukte ist im Gleichgewicht konstant.

  Das molare Volumen von Gasen ist immer gleich groß. Dabei ist es egal, um welches Gas es sich handelt.

  Druck hat nur Einfluss auf gasförmige Stoffe.

  Lösung

  Das Prinzip nach Le Chatelier besagt, dass das chemische Gleichgewicht einem äußeren Zwang ausweicht, indem es sich verschiebt. Das kann zum einen durch Temperatur- oder Konzentrationsänderungen geschehen, zum anderen aber auch durch eine Änderung des Drucks, der auf die Reaktion einwirkt.

  Da sich Druck nur auf gasförmige Stoffe auswirkt, kannst du Feststoffe oder Flüssigkeiten vernachlässigen. Erhöht sich der Druck, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Seite, auf der weniger gasförmige Teilchen vorhanden sind. Reduziert man den Druck stattdessen, verschiebt es sich auf die Seite, auf der mehr gasförmige Teilchen vorhanden sind.

  Wie kann man nun die Temperatur ändern, damit sich das chemische Gleichgewicht verschiebt? Dazu solltest du immer zuerst wissen, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm verläuft. Verläuft die Hinreaktion unter Abgabe von Energie, verläuft sie exotherm. Reduziert man die Temperatur, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Eduktseite. Andersherum ist es, wenn du die Temperatur erhöhst und eine endotherme Reaktion vorliegt. Sie benötigt Energie, damit Produkte entstehen. Führst du nun also mehr Energie in Form von Wärme zu, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht auf die Produktseite.

• Entscheide, auf welche Seite das Gleichgewicht in folgenden Beispielen verschoben wird.

  Tipps

  Das Verhältnis der Konzentration der Produkte zur Konzentration der Edukte ist im Gleichgewicht konstant.

  Lösung

  Bei der Lösung dieser Aufgabe solltest du daran denken, dass das Verhältnis der Konzentrationen von Produkten und Edukten im Gleichgewicht konstant ist. Das bedeutet, dass bei einer Verdünnung einer Säure diejenige Reaktion begünstigt wird, bei der die Ionen gebildet werden. Andersherum wird bei einer Erhöhung der Konzentration diejenige Reaktion begünstigt, bei der dieser Stoff verbraucht wird.

• Gib an, auf welche Seite sich das chemische Gleichgewicht bei Temperaturerhöhung verschiebt.

  Tipps

  Eine Reaktion, bei der Wärme entsteht, ist eine exotherme Reaktion.

  $2~H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$

  Dies ist die Knallgasreaktion, bei der explosionsartig Wasser entsteht.

  Eine Verbrennung erfolgt mit Sauerstoff.

  Die Vergasung von Kohlenstoff mit Wasserdampf wird auch Kaltblasen genannt und ist endotherm.

  Lösung

  Nach dem Prinzip von Le Chatelier verschiebt sich das chemische Gleichgewicht bei einer endothermen Reaktion, bei der also Wärme zugeführt werden muss, auf die Seite der Produkte. Dies ist bei der zweiten Reaktion der Fall.

  Wird die Temperatur von exothermen Reaktionen erhöht, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht hingegen auf die Seite der Edukte. Die Knallgasreaktion und auch die Verbrennung von Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonoxid sind exotherm und somit liegt das chemische Gleichgewicht nach Erhöhung der Temperatur auf der linken Seite, der Eduktseite.

• Nenne die Faktoren, die ein chemisches Gleichgewicht nach Le Chatelier beeinflussen.

  Tipps

  Gleichgewichte weichen äußeren Zwängen aus.

  Lösung

  Ein System, welches sich im chemischen Gleichgewicht befindet, reagiert auf verschiedene Faktoren und gehorcht dem Prinzip des kleinsten Zwanges nach Le Chatelier. Nach Le Chatelier wird das chemische Gleichgewicht durch die drei Faktoren Druck, Temperatur und Konzentration beeinflusst.

  Erhöht man beispielsweise die Temperatur, wird diejenige Reaktion begünstigt, die endotherm verläuft. Reduziert man die Temperatur, wird entgegengesetzt die exotherm verlaufende Reaktion begünstigt. Das muss nicht unbedingt die Hinreaktion sein. Vielmehr muss man dies bei jeder Reaktion einzeln betrachten. Druck hat nur Einfluss auf gasförmige Stoffe, weshalb Feststoffe und Flüssigkeiten vernachlässigt werden können. Erhöht man den Druck, reagiert das System, indem sich das Gleichgewicht in die Richtung verschiebt, bei der eine geringere Teilchenanzahl vorhanden ist. Und umgekehrt verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der höheren Teilchenanzahl, wenn der Druck reduziert wird.

  Gleiches kann man auch auf die Konzentration anwenden. Erhöht man die Konzentration eines Stoffes in einem chemischen Gleichgewicht, wird die Reaktion begünstigt, bei der der Stoff verbraucht wird. Reduziert man eine Konzentration eines Stoffes, wird diejenige Reaktion begünstigt, bei der dieser Stoff gebildet wird.

• Erkläre, wie man das chemische Gleichgewicht auf die Produktseite verschieben könnte.

  Tipps

  Überlege dir, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm verläuft.

  Das molare Volumen von Gasen ist immer gleich groß.

  Lösung

  Überlege dir zuerst, welche Reaktion endotherm und welche exotherm ist. Du wirst feststellen, dass die erste Hinreaktion endotherm und die zweite exotherm ist.
  Das bedeutet, dass sich bei der ersten Reaktion das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Produkte verschiebt, wenn du die Temperatur erhöhst und somit weiter Energie zuführst und bei der zweiten, wenn du die Temperatur erniedrigst.

  Da Druck nur einen Einfluss auf gasförmige Stoffe hat, kann man feste oder flüssige Stoffe vernachlässigen. Dabei solltest du beachten, dass das molare Volumen von Gasen stets gleich groß ist. Dies bedeutet, dass du keinen Unterschied zwischen den verschiedenen Gasen machen musst. Wenn du dir die Reaktionen anschaust, wird dir auffallen, dass in der ersten Reaktion kein Gas bei den Edukten vorhanden ist, in den Produkten aber 1 mol Kohlenstoffdioxid. Erhöht sich nun den Druck auf das System, weicht es dem Zwang aus, indem sich das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Edukte verschiebt. Entsprechend muss der Druck also vermindert werden, damit sich das chemische Gleichgewicht in der ersten Reaktion auf die Seite der Produkte verschiebt. In der zweiten Reaktion ist es genau andersherum. Auf der Eduktseite gibt es 1 mol Stickstoff und 3 mol Wasserstoff. Es sind also insgesamt 4 mol gasförmige Stoffe auf der Eduktseite vorhanden. Auf der Produktseite nur 2 mol. Hier ist es nun also richtig, den Druck zu erhöhen, damit sich das chemische Gleichgewicht auf die Produktseite verschiebt.