PC1: Chemisches Gleichgewicht – Übungsaufgaben

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In diesem Artikel präsentieren wir Dir ein paar Übungsaufgaben und Antworten zum Modul „Physikalische Chemie 1: Chemisches Gleichgewicht“ .

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Tipps

[…]

Fragen

Allgemeine Begrifflichkeiten und Gesetze

Ionenstärke

a) Berechne die Ionenstärke von:

  • $0.030 \mathrm{M}$ $\mathrm{FeSO}_{4}$
  • $0.030 \mathrm{M}$ $\mathrm{La} \left( \mathrm{NO}_{3} \right)_{3}$ und $0.060 \mathrm{M}$ $\mathrm{Fe} \left( \mathrm{NO}_{3} \right)_{2}$

Aktivität und Aktivitätskoeffizienten

a) Erkläre kurz den Unterschied zwischen Aktivität und Aktivitätskoeffizient.

b) Nenne vier wichtige Eigenschaften des Aktivitätskoeffizienten.

c) Erkläre, warum der Aktivitätskoeffizient für gelöste Ionen in Wasser normalerweise geringer ist, als der für Wasser selbst.

d) Erkläre, warum der Aktivitätskoeffizient für ein neutrales Molekül normalerweise 1 beträgt.

Gleichgewichtskonstanten

a) Erkläre kurz den Unterschied zwischen thermodynamischer Gleichgewichtskonstanten und der Konzentrationsgleichgewichtskonstanten.

Musterlösungen

Allgemeine Begrifflichkeiten und Gesetze

Ionenstärke

a) Berechne die Ionenstärke von:

  • $0.030 \mathrm{M}$ $\mathrm{FeSO}_{4}$
  • $0.030 \mathrm{M}$ $\mathrm{La} \left( \mathrm{NO}_{3} \right)_{3}$ und $0.060 \mathrm{M}$ $\mathrm{Fe} \left( \mathrm{NO}_{3} \right)_{2}$

$\mu=1 / 2\left[0.030 \times 2^{2}+0.030 \times 2^{2}\right]=0.12$

Und

$\mu=1 / 2\left[0.03 \times 3^{2}+0.09 \times 1^{2}+0.06 \times 2^{2}+0.12 \times 1^{2}\right]=0.36$

Aktivität und Aktivitätskoeffizienten

a) Erkläre kurz den Unterschied zwischen Aktivität und Aktivitätskoeffizient.

Die Aktivität $a_A $ ist die effektive Konzentration einer chemischen Spezies $A$ in Lösung. Der Aktivitätskoeffizient $a_A$ ist der (numerische) Faktor, der erforderlich ist, um die molare Konzentration der chemischen Spezies $A$ in seine Aktivität umzuwandeln, dies geschieht wie nachstehend gezeigt: $a_A = \gamma_A [A]$

b) Nenne vier wichtige Eigenschaften des Aktivitätskoeffizienten.

  1. Der Aktivitätskoeffizient hängt von der Ionenstärke der Lösung ab.
  2. In sehr verdünnten Lösungen nähert sich der Aktivitätskoeffizient der Konzentration an.
  3. Für eine gegebene Ionenstärke wird der Aktivitätskoeffizient kleiner, wenn die Ladung der chemischen Spezies zunimmt.
  4. Bei jeder Ionenstärke sind die Aktivitätskoeffizienten für chemische Spezies mit demselben Ladungszustand ungefähr gleich.

c) Erkläre, warum der Aktivitätskoeffizient für gelöste Ionen in Wasser normalerweise geringer ist, als der für Wasser selbst.

Wasser ist ein neutrales Molekül und seine Aktivität entspricht seiner Konzentration bei allen niedrigen bis mäßigen Ionenstärken. In Lösungen mit geringer bis mäßiger Ionenstärke nehmen die Aktivitätskoeffizienten von Ionen mit zunehmender Ionenstärke ab, da die, das Ion umgebende Koordinationssphäre dazu führt, dass es einen Teil seiner chemischen Wirksamkeit verliert und seine Aktivität geringer als seine Konzentration ist.

d) Erkläre, warum der Aktivitätskoeffizient für ein neutrales Molekül normalerweise 1 beträgt.

Es gibt keine Koordinationsumgebung, die ein neutrales Molekül umgibt, daher ändert sich seine Aktivität nicht. Daher ist der Aktivitätskoeffizient im wesentlichen konstant und seine Aktivität ist gleich seiner Konzentration.

Gleichgewichtskonstanten

a) Erkläre kurz den Unterschied zwischen thermodynamischer Gleichgewichtskonstanten und der Konzentrationsgleichgewichtskonstanten.

Die thermodynamische Gleichgewichtskonstante bezieht sich auf ein ideales System, in dem jede chemische Spezies von keiner anderen beeinflusst wird. Eine Konzentrationsgleichgewichtskonstante berücksichtigt den Einfluss, den die gelösten Spezies aufeinander ausüben. Die thermodynamische Gleichgewichtskonstante ist (numerisch) konstant und unabhängig von der Ionenstärke; Die Konzentrationsgleichgewichtskonstante hängt von den molaren Konzentrationen der Reaktanten und Produkte sowie anderer chemischer Spezies ab, die möglicherweise nicht am chemischen Gleichgewicht beteiligt sind.