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Physik » Chemie » Chemisches Gleichgewicht (Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid)
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Schule J Chemisches Gleichgewicht (Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid)
Ehemaliges_Mitglied
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2006-05-05


Hallo, wir haben mit dem chemischen Gleichgewicht in der Schule begonnen. Dazu lösten wir zuerst ein paar einfache Aufgaben und bekamen dann diese schwere hier:
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Thales
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2006-05-05


Hallo Herbert,

die charakteristische Größe eines chemischen Gleichgewichts ist die Gleichgewichtskonstante K. Sie errechnet sich für die gegebene Reaktion wie folgt:
Bild, wobei die Konzentration des NO wegen der Stöchiometrie der Reaktionsgleichung im Quadrat steht.

Zu a)
Du hast 100 mol Luft, die sich nach Einstellung des Gleichgewichtes in 2,2 mol NO umgewandelt haben. Da Luft zu 80% aus Stickstoff und zu 20% aus Sauerstoff besteht, nehmen 0,8*100 mol = 80 mol Stickstoff und 0,2*100 mol = 20 mol Sauerstoff an der Reaktion teil.

Im Gleichgewicht befinden sich aus stöchiometrischen Gründen (siehe Reaktionsgleichung) 80 mol - 0,5*2,2 mol = 78,9 mol Stickstoff und 20 mol - 0,5*2,2 mol = 18,9 mol Sauerstoff (sowie natürlich die 2,2 mol NO).

Die Gleichgewichtskonstante errechnet sich folglich zu (siehe oben):
Bild
Sie ist dimensionslos, da sich die mol herauskürzen. Ihr Wert von <1 deutet darauf hin, dass sich im Gleichgewicht anteilig viel mehr Edukte als Produkte befinden.

Beachte: K ist temperaturabhängig und gilt streng genommen nur für T=2400°C=2126,85K.

Gruss
Thales



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Thales
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, eingetragen 2006-05-05


Übrigens: Ganz ähnlich lässt sich die Gleichgewichtskonstante auch über die Partialdrücke der an der Reaktion beteiligten Gase errechnen. Dafür benötigt man allerdings die Aussagen des "idealen Gasgesetz" (pV = nRT). Hat man die Partialdrücke bestimmt, so übernehmen diese die Funktion der Konzentrationen im Massenwirkungsgesetz.

Gruss
Thales



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Ehemaliges_Mitglied
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, vom Themenstarter, eingetragen 2006-05-06


Danke erstmal, ich werde mich mal ans Lösen der Aufgabe machen und deine Hinweise beherzigen.



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Ehemaliges_Mitglied
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2006-05-06


Deine Ausführungen bei Aufgabe a verstehe ich, das war sehr gut erklärt, dann mache ich mich mal an b:
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Thales
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2006-05-07


Hallo HerbertPrax,

die Lösung des Problems führt über die Sätze von Gay-Lussac und Avagodro:

"Die Volumina von Gasen, die bei chemischen Reaktion entstehen oder verbraucht werden, stehen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander" (Gay-Lussac, 1808).

"Gleiche Volumina von Gasen enthalten bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gleich viele Teilchen." (Avogadro, 1811).

In unserem Beispiel b) reagieren 80l Sticktoff und 20l Sauerstoff zu 2,2l Stickstoffoxid. Wie in a)reagieren also 0,5*2,21l = 1,1l Stickstoff und Sauerstoff zu 2,2l Stickstoffoxid. Also liegen im Gleichgewicht folglich 80l - 1,1l = 78,9l Stickstoff und 20l - 1,1l = 18,9l Sauerstoff vor. Die Gleichgewichtskonstante nimmt beim Einsetzen der Volumina (welche nach Avogadro ja Teilchenzahlen entsprechen) den selben Wert an wie in a).

Ein alternativer, vielleicht anschaulicherer Weg, ist derjenige über das "ideale Gasgesetz". Wie Du bereits richtig gezeigt hast, gilt:

Bild

Wird ein konstantes Volumen eines Gases erwärmt, so ändert sich die in diesem Volumen enthaltene Stoffmenge nicht. Ledlich der Druck erhöht sich. Wir haben hier 100l Luft, welche sich aus 80l Stickstoff und 20l Sauerstoff zusammensetzt. Geht man von Normalbedingungen aus, bei denen die Erwärmung gestartet wird, so liegt in 100l Luft (ebenfalls nach Avogadro) folgende Stoffmenge vor:

Bild

Diese ändert sich, wie bereits angesprochen, beim Erwärmen auf
T = 2126,85K nicht. Setzt man den Wert für die Stoffmenge in die "ideale Gasgleichung" ein und löst nach p auf, so erhält man für den Druck:

Bild

Dies ist der Gesamtdruck (die Summe aller Partialdrücke), der während der Reaktion und der damit verbundene Gleichgewichtseinstellung zwischen den drei Gasen unverändert bleibt (wieder Avogadro).

Nun kann man leicht die Partialdrücke von Stickstoff und Sauerstoff mittels Prozentrechnung berechnen:

Bild

Man erkennt: Die Summe der Partialdrücke ergibt wieder den Gesamtdruck.

Nach der Gleichgewichtseinstellung haben die Partialdrücke von Stickstoff und Sauerstoff um jeweils die Hälfte des Partialdruckes des Stickstoffoxids abgenommen:

Bild

Also folgt für die Gleichgewichtskonstante K:

Bild

Der Wert entspricht in der Größenordnung dem unter a) errechneten. Die Abweichungen kommen hauptsächlich aus Rundungsfehlern.

Gruss
Thales



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Ehemaliges_Mitglied
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2006-05-07


Gut dankeschön, so ausführlich hätte es nicht unbedingt sein müssen, aber so ist es natürlich besser :-)



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Ehemaliges_Mitglied
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2006-05-08


Übrigens erhielt ich mit dem Verwenden genauer Werte auch dasselbe Ergebnis. Also alles klar.



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