Gleichgewichtskonstante bestimmen (Chemie)?
Hallo,
Kann mir jemand dabei helfen?
1. Die Synthese von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid wird unter hohem Druck durchgeführt.
a) Notieren Sie eine Reaktionsgleichung.
b) Warum wird für die Reaktion der Druck erhöht?
c) Berechnen Sie Kc für folgende Angaben:
c0(CO) = 0,5 mol · L– 1
c0(H2) = 1 mol · L– 1
c(CH3OH) = 0,3 mol · L– 1
a.) und b.) kann ich soweit. Bin c.) tue ich mich schwer... Ich weiß nicht wie man das mit Massenwirkungsgesetz macht.
Bitte um Hilfe
3 Antworten
> Ich weiß nicht wie man das mit Massenwirkungsgesetz macht.
1) Reaktionsgleichung aufstellen.
2) Gleichung aufstellen: K = (Produkt der Konzentrationen der Produkte) / (Produkt der Konzentrationen der Edukte)
Wenn Du statt z.B. "2 H2O" die Langform "H2O + H2O" schreibst, siehst Du, dass deren Konzentration zweimal vorkommen muss, wahlweise als [H2O] * [H2O] oder als [H2O]²
2 H₂ + CO ⟶ CH₃OH
Unter den Reaktionsbedingungen sind das alles Gase, das Volumen nimmt also durch die Reaktion auf ⅓ ab, bzw. der Druck fällt auf ⅓. Druckerhöhung steigert also die Ausbeute (Le Chatelier). Das Massenwirkungsgesetz sieht so aus:
Jetzt muß ich nachdenken, was Deine Angabe genau bedeutet, denn sie ist reichlich schludrig. Ich interpretiere sie so: In ein Reaktionsgefäß werden 1 mol/l H₂ und 0.5 mol/l CO eingefüllt (aber kein Methanol). Danach läßt man die Reaktion ablaufen und stellt fest, daß sich 0.3 mol/l CH₃OH gebildet haben. Daraus soll die Gleichgewichtskonstante berechnet werden.
Wenn sich 0.3 mol/l CH₃OH gebildet haben, dann müssen lt. Reaktionsgleichung von den anfänglich (c₀) vorhandenen 0.5 mol/l CO genau 0.3 mol umgesetzt haben, ergo sind noch 0.2 mol/l da (das ist jetzt die Gleichgewichtskonzentration c). Ebenso müssen von den ursprünglich 1 mol/l H₂ genau 0.6 mol verbraucht worden sein (ein Molekül CH₃OH braucht ja 2 Moleküle H₂ zur Bildung), also c(H₂)=0.4 mol/l.
Jetzt kannst Du die Gleichgewichtskonzentrationen ins MWG einsetzen und ganz direkt die Gleichgewichtskonstante ausrechnen, K=9 l²/mol².
Fleißaufgabe für Mutige: Wie ändert sich die Zusammensetzung des Gemisches, wenn man das Volumen des Reaktionsgefäßes auf ½ reduziert, oder äquivalent alle Konzentrationen bzw. Drücke verdoppelt?
Überleg dir mal was die Stoffmengenumsätze sind, dann kannst du auf die Gleichgewichtskonzentrationen schließen und dann Kc berechnen. Du hast die Reaktion:
CO + 2H2 --> CH3OH
Dazu das MWG aufstellen:
Jetzt musst du nur noch die GG Konzentrationen kennen, für CH3OH ist die ja bereits bekannt, das wären 0,3mol/L. Du kennst deine Anfangskonzentrationen deiner Edukte, du kannst jetzt einfach über Stoffmengenumsätze aus der Reaktionsgleichung die GG Konzentrationen ermittlen. In deinem GG Zustand sind ja konstant 0,3mol/L CH3OH vorhanden, aus der Rg geht hervor, dass aus einem Mol CO ein Mol CH3OH bei vollständiger Umsetzung wird. Aus 0,5mol/L CO können also maximal 0,5mol/L CH3OH werden, da du aber nur 0,3mol/L CH3OH hast sind die restlichen 0,2mol/L einfach immer noch CO, also ist die GG Konzentration von CO:
Jetzt macht man dasselbe auch für H2, aus der Gleichung geht hervor, dass aus 2Mol H2 1mol CH3OH wird, du hast eine Anfangskonzentration von 1mol/L, aus diesem 1mol/L können also maximal 0,5mol/L CH3OH entstehen, im GG Zustand hast du aber 0,3mol/L, bedenke dass für 1mol CH3OH die doppelte Menge, also 2mol H2 verbraucht werden muss, also hast du in diesem Fall als GG Konzentration für H2 0,4mol/L, denn:
Das setzt du jetzt ein ins MWG und rechnest dann Kc aus
OMG Danke für die ausführliche Antwort!!!
Fragen:
aus der Rg geht hervor, dass aus einem Mol CO ein Mol CH3OH bei vollständiger Umsetzung wird.
Wie erkennst du das? Ist 0,5 mol/L Co und 0,3 mol/L CH3OH = 1 Mol? Oder ist das nur ein Beispiel? Ich weiß, was du damit sagen willst, aber bin mit den Einheiten verwirrt. Du hast die Ausgangskonzentrationen jetzt nicht zu Stoffmengen umgewandelt, oder?
Rechengleichung zu 0,4 mol/L im GG-Zustand für H2
Ich verstehe nicht ganz, warum man nicht 1 mol/L H20 mit 2 multipliziert, sondern die 0,3 mol/L CH3OH. Es gibt ja doppelt so viele H2 und nicht CH3OH.
Ich habe ausgerechnet und Kc = 9,375 bekommen. Müsste stimmen, oder?
Das ist ein bisschen schwierig zu erklären, aber man kann bei solchen Aufgaben (unter bestimmten Voraussetzungen) Konzentrationen und Stoffmengen gleichsetzen, ich kann dir das später versuchen ein wenig ausführlicher zu erklären wenn du magst
Heute bin ich wohl immer Zweiter.