Das Massenwirkungsgesetz (MWG) kinetische Herleitung νAA + νBB νCC + νDD vhin= k1 · cAνA · cBνB vrück = k2 · cCνC · cDνD im Gleichgewichts-Zustand gilt: vhin = vrück | :(cAνA·cBνB) k1 · cAνA · cBνB = k2 · cCνC · cDνD cCνC · cDνD cAνA · cBνB k1 = k2 · ––––––– | : k2 cCνC · cDνD cAνA · cBνB k1 : k2 = K = ––––––

Das Massenwirkungsgesetz (MWG) νAA + νBB νCC + νDD K = (cC ) νC · (cD ) νD (cA ) νA · (cB ) νB Diese Gleichung heißt Massenwirkungsgesetz der obigen Reaktion. Es gilt nur im GG-Zustand.

Übung Stelle die Massenwirkungsgesetze auf und gib die Einheiten der GG-Konstanten an! HCOO-C4H9 + H2O D HCOOH + C4H9OH a) Verseifung von Ameisensäure-butyl-Ester b) Oxidation von Fe2+ zu Fe3+ mit Chrom(VI)- Ionen, welche dabei zu Cr3+ reduziert werden c) Br- + 3 BrO4- D 4 BrO3- d) S2O82- + Pb2+ D 2SO42- + Pb4+ e) Addition von Brom an Ethen b) 3Fe2+ + Cr6+ D 3Fe3+ + Cr3+ ohne Einheit c) Br- + 3 BrO4- D 4 BrO3- ohne Einheit d) S2O82- + Pb2+ D 2SO42- + Pb4+ ohne Einheit e) CH2=CH2 + Br2 D CH2Br-CH2Br Einheit Einheit

Vereinfachung Beweis: A + 2B D 3C Wenn Δν=0 (d.h. es entstehen genau so viele Teilchen, wie verbraucht werden), so kann man im MWG anstelle der Konzentrationen einfach die Stoffmengen einsetzen. Beweis: A + 2B D 3C

K = –––––––––––– K = –––––––––––– = 39,55 = 39,58 Berechne die Gleichgewichts-Konstante für die Bildung von Essigsäure-Pentyl-Ester, wenn bekannt ist, dass im Gleichgewichts-Zustand folgende Stoffmengen vorliegen: a) geg: b) geg: nSäure = 0,05 mol nAlkohol = 0,2 mol nEster = 1,13 mol nWasser = 0,35 mol nSäure = 180 mol nEster = 137 mol nWasser = 520 mol nAlkohol = 10 mol Reaktionsgleichung: CH3COOH + HO-C5H11 CH3COO-C5H11 + H2O 1,13mol · 0,35mol 0,05mol · 0,2mol 137mol · 520mol 180mol · 10mol K = –––––––––––– K = –––––––––––– = 39,55 = 39,58

Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante KC? Anwendungsaufgabe 1 Bei der Reaktion von 5 mol Essigsäure und 3 mol Ethanol sind bis zur Einstellung des chemischen Gleichgewichts 2,43 mol Essigsäureethylester entstanden. Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante KC? Lösung 2,43 mol

Schrittfolge für MWG-Aufgaben Reaktionsgleichung aufstellen Anfangs-Konzentrationen (bzw. Stoffmengen) notieren Gleichgewichts-Konzentrationen ermitteln MWG aufstellen Einsetzen der GG-Daten ins MWG Berechnen der unbekannten Größen

Kopie

Anwendungsaufgabe 2 12mol Ethansäure und 690g Ethanol werden zu Ester umgesetzt. Die eingesetzte Essigsäure war in 5mol Wasser gelöst. Man weiß: KC = 4.   a) Berechne die Ester-Stoffmenge im Gleichgewicht! b) Berechne die Ausbeute η! CH3COOH + C2H5OH D CH3COO-C2H5 + H2O 12 mol 0 mol 5 mol 15 mol x 12 – x 15-x x 5 + x

Anwendungsaufgabe 2 | solve ( ... ,x) CH3COOH + C2H5OH D CH3COO-C2H5 + H2O 12 mol 15mol 0 mol 5 mol 12 – x 15-x x 5 + x | solve ( ... ,x) ... x ≈ 8,124  nEster ≈ 8,124 mol

Anwendungsaufgabe 2 CH3COOH + C2H5OH D CH3COO-C4H9 + H2O 12mol Ethansäure und 15mol Ethanol werden zu Ester umgesetzt. Die eingesetzte Säure war in 5mol Wasser gelöst. Man weiß: KC = 4.   b) Berechne die Ausbeute η! CH3COOH + C2H5OH D CH3COO-C4H9 + H2O Unterschuss-Edukt sind 12 mol Essigsäure Daraus sind max. 12 mol Ester bildbar Praxis: nEster = 8,124 mol η = =0,667 = 66,7%

Anwendungsaufgabe 3 CO + 2H2 D CH3OH entfällt Für das Gleichgewicht CO+ 2H2 D CH3OH ist bei 225 °C Im GG-Zustand ist und Berechne die Methanol-Konzentration im GG! CO + 2H2 D CH3OH 0,075 mol/l 0,06 mol/l x mol/l entfällt

Anwendungsaufgabe 3 CO + 2H2 D CH3OH 0,075 mol/l 0,06 mol/l x mol/l Antwortsatz: Im GG beträgt die Methanol-Konzentration 0,0027 mol/l.