chemisches Gleichgewicht

(1)

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umkehrbare chemische Reaktionen chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chemischen Gleichgewichtes Prinzip von LECHÂTELIER und BRAUN

Konzentrationsänderung Temperaturänderung Druckänderung

chemisches Gleichgewicht

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10. Oktober 2013

(2)

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Gliederung

1 umkehrbare chemische Reaktionen

2 chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chemischen Gleichgewichtes Prinzip von L ^E C ^HÂTELIER und B ^RAUN

Konzentrationsänderung

Temperaturänderung

Druckänderung

(3)

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umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

braun

N ₂ O _4(g)

farblos

• Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

(4)

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umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

braun

N ₂ O _4(g)

farblos

• Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

(5)

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umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

braun

N ₂ O _4(g)

farblos

• Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

(6)

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umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid:

2 NO _2(g)

braun

N ₂ O _4(g)

farblos

• Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

(7)

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umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid:

2 NO _2(g)

braun

N ₂ O _4(g)

farblos

• Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

(8)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t

(9)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t Reaktionsprodukte

Ausgangsstoffe

(10)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit

(11)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit chemisches

Gleichgewicht

(12)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit chemisches

Gleichgewicht

∆c

AS

= 0

∆ c

_RP

= 0

und

(13)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit chemisches

Gleichgewicht

∆c

AS

= 0

∆ c

_RP

= 0 und

weil v

Hinreaktion

= v

Rückreaktion

(14)

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chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit chemisches

Gleichgewicht

∆c

AS

= 0

∆ c

_RP

= 0 und

weil v

Hinreaktion

= v

Rückreaktion

dynamisches

Gleichgewicht

(15)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

Ethansäuremethylester

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(16)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(17)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(18)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(19)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(20)

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chemisches Gleichgewicht

Beispiele:

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Wassergas-Shift-Reaktion (Verfahren zur Verringerung des CO-Anteils in Synthesegas)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

katalytische Oxidation von Schwefeldioxid beim

Kontaktverfahren (Schwefelsäuresynthese)

(21)

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chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chem. Gleichgewichtes:

• Δc _i = 0 à im Gleichgewicht sind keine Konzentrationsänderungen feststellbar

• v _Hin = v _Rück à im Gleichgewicht sind Hin- und Rückreaktion gleich schnell. Es handelt sich um ein dynamisches Gleichgewicht.

• Das Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar, d. h. man kann den

Gleichgewichtszustand sowohl ausgehend von

den Ausgangsstoffen als auch ausgehend von

den Reaktionsprodukten erreichen.

(22)

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chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chem. Gleichgewichtes:

• Δc _i = 0 à im Gleichgewicht sind keine Konzentrationsänderungen feststellbar

• v _Hin = v _Rück à im Gleichgewicht sind Hin- und Rückreaktion gleich schnell. Es handelt sich um ein dynamisches Gleichgewicht.

• Das Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar, d. h. man kann den

Gleichgewichtszustand sowohl ausgehend von

den Ausgangsstoffen als auch ausgehend von

den Reaktionsprodukten erreichen.

(23)

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chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chem. Gleichgewichtes:

• Δc _i = 0 à im Gleichgewicht sind keine Konzentrationsänderungen feststellbar

• v _Hin = v _Rück à im Gleichgewicht sind Hin- und Rückreaktion gleich schnell. Es handelt sich um ein dynamisches Gleichgewicht.

• Das Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar, d. h. man kann den

Gleichgewichtszustand sowohl ausgehend von

den Ausgangsstoffen als auch ausgehend von

den Reaktionsprodukten erreichen.

(24)

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chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chem. Gleichgewichtes:

• Δc _i = 0 à im Gleichgewicht sind keine Konzentrationsänderungen feststellbar

• v _Hin = v _Rück à im Gleichgewicht sind Hin- und Rückreaktion gleich schnell. Es handelt sich um ein dynamisches Gleichgewicht.

• Das Gleichgewicht ist von beiden Seiten einstellbar, d. h. man kann den

Gleichgewichtszustand sowohl ausgehend von

den Ausgangsstoffen als auch ausgehend von

den Reaktionsprodukten erreichen.

(25)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

H ENRY L OUIS L E C HÂTELIER

1850 – 1936 französischer Chemiker

K ARL F ERDINAND B RAUN

1850 – 1918

deutscher Physiker

(26)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

H ENRY L OUIS L E C HÂTELIER

1850 – 1936 französischer Chemiker

K ARL F ERDINAND B RAUN

1850 – 1918

deutscher Physiker

(27)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

H ENRY L OUIS L E C HÂTELIER

1850 – 1936 französischer Chemiker

K ARL F ERDINAND B RAUN

1850 – 1918

deutscher Physiker

(28)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(29)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus,

so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(30)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(31)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(32)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(33)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(34)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN :

Übt man auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, einen Zwang durch Änderung der äußeren Bedingungen aus, so stellt sich infolge dieser Störung des Gleichgewichts ein neues Gleichgewicht, dem Zwang ausweichend, ein.

Diese Gleichgewichtsstörung kann durch

• eine Konzentrationsänderung,

• eine Temperaturänderung oder

• eine Druckänderung erfolgen.

(35)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN Eine Konzentrationsänderung

. . . verändert die Anzahl der Teilchen und damit der wirksamen Zusammenstöße pro Zeit. Damit wird die Geschwindigkeit einer Teilreaktion verändert und das Gleichgewicht verschoben.

Eine Konzentrationserhöhung

. . . verschiebt das Gleichgewicht vom Stoff weg.

Eine Konzentrationsverringerung

. . . zieht das Gleichgewicht zum Stoff hin.

(36)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN Eine Konzentrationsänderung

. . . verändert die Anzahl der Teilchen und damit der wirksamen Zusammenstöße pro Zeit. Damit wird die Geschwindigkeit einer Teilreaktion verändert und das Gleichgewicht verschoben.

Eine Konzentrationserhöhung

. . . verschiebt das Gleichgewicht vom Stoff weg.

Eine Konzentrationsverringerung

. . . zieht das Gleichgewicht zum Stoff hin.

(37)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN Eine Konzentrationsänderung

. . . verändert die Anzahl der Teilchen und damit der wirksamen Zusammenstöße pro Zeit. Damit wird die Geschwindigkeit einer Teilreaktion verändert und das Gleichgewicht verschoben.

Eine Konzentrationserhöhung

. . . verschiebt das Gleichgewicht vom Stoff weg.

Eine Konzentrationsverringerung

. . . zieht das Gleichgewicht zum Stoff hin.

(38)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel:

Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes

A + B AB

c

_A

= c

_B

v

_Hin

= v

_Rück

Gleichgewicht

(39)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel:

Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes

A + B AB

c

_A

> c

_B

v

_Hin

= v

_Rück

Störung/Zwang

(40)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel:

Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes

A + B AB

c

_A

> c

_B

v

_Hin

> v

_Rück

Ausweichen

(41)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel:

Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes

A + B AB

c

_A

> c

_B

v

_Hin

> v

_Rück

Ausweichen

(42)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel:

Konzentrationserhöhung eines Ausgangsstoffes

A + B AB

c

_A

> c

_B

v

_Hin

= v

_Rück

neues

Gleichgewicht

(43)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Praxisbeispiele:

• Bei der Ammoniaksynthese wird mit einem Stickstoffüberschuß gearbeitet. Dadurch wird mehr teurer Wasserstoff umgesetzt.

Das gebildete Ammoniak wird z. B. durch Verflüssigen abgetrennt.

• Bei Veresterungen arbeitet man mit einem Überschuß an Alkohol, damit die unangenehm riechenden organischen Säuren möglichst vollständig umgesetzt werden.

Bei einem Verhältnis Alkohol : Carbonsäure von

4 : 1 beträgt die theoretische Ausbeute ca. 93 %,

bei 1 : 1 nur etwa 67 %.

(44)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Praxisbeispiele:

• Bei der Ammoniaksynthese wird mit einem Stickstoffüberschuß gearbeitet. Dadurch wird mehr teurer Wasserstoff umgesetzt.

Das gebildete Ammoniak wird z. B. durch Verflüssigen abgetrennt.

• Bei Veresterungen arbeitet man mit einem Überschuß an Alkohol, damit die unangenehm riechenden organischen Säuren möglichst vollständig umgesetzt werden.

Bei einem Verhältnis Alkohol : Carbonsäure von

4 : 1 beträgt die theoretische Ausbeute ca. 93 %,

bei 1 : 1 nur etwa 67 %.

(45)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Praxisbeispiele:

• Bei der Ammoniaksynthese wird mit einem Stickstoffüberschuß gearbeitet. Dadurch wird mehr teurer Wasserstoff umgesetzt.

Das gebildete Ammoniak wird z. B. durch Verflüssigen abgetrennt.

• Bei Veresterungen arbeitet man mit einem Überschuß an Alkohol, damit die unangenehm riechenden organischen Säuren möglichst vollständig umgesetzt werden.

Bei einem Verhältnis Alkohol : Carbonsäure von

4 : 1 beträgt die theoretische Ausbeute ca. 93 %,

bei 1 : 1 nur etwa 67 %.

(46)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Temperaturänderung

. . . beeinflusst die Teilreaktionen energetisch durch Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie.

Eine Temperaturerhöhung (Wärmezufuhr)

. . . begünstigt die endotherme Teilreaktion.

Eine Temperaturverringerung (Kühlung)

. . . begünstigt dagegen die andere, exotherme Teilreaktion.

Sie verringert aber auch die Gesamtgeschwindigkeit!

(47)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Temperaturänderung

. . . beeinflusst die Teilreaktionen energetisch durch Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie.

Eine Temperaturerhöhung (Wärmezufuhr)

. . . begünstigt die endotherme Teilreaktion.

Eine Temperaturverringerung (Kühlung)

. . . begünstigt dagegen die andere, exotherme Teilreaktion.

Sie verringert aber auch die Gesamtgeschwindigkeit!

(48)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Temperaturänderung

. . . beeinflusst die Teilreaktionen energetisch durch Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie.

Eine Temperaturerhöhung (Wärmezufuhr)

. . . begünstigt die endotherme Teilreaktion.

Eine Temperaturverringerung (Kühlung)

. . . begünstigt dagegen die andere, exotherme Teilreaktion.

Sie verringert aber auch die Gesamtgeschwindigkeit!

(49)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Temperaturänderung

. . . beeinflusst die Teilreaktionen energetisch durch Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie.

Eine Temperaturerhöhung (Wärmezufuhr)

. . . begünstigt die endotherme Teilreaktion.

Eine Temperaturverringerung (Kühlung)

. . . begünstigt dagegen die andere, exotherme Teilreaktion.

Sie verringert aber auch die Gesamtgeschwindigkeit!

(50)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N ₂ + 3 H ₂ 2 NH ₃ Q = −92, 4 kJ/mol

ß d. h. die Hinreaktion (Synthese) verläuft exotherm (Wärmeabgabe) und

ß die Rückreaktion (Zerfall) ist um den gleichen Betrag endotherm.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird aus energetischer Sicht durch Kühlen (Temperatursenkung) begünstigt.

Nicht praktikabel, da diese Reaktion bei niedrigen

Temperaturen viel zu langsam verläuft!

(51)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N ₂ + 3 H ₂ 2 NH ₃ Q = −92, 4 kJ/mol

ß d. h. die Hinreaktion (Synthese) verläuft exotherm (Wärmeabgabe) und

ß die Rückreaktion (Zerfall) ist um den gleichen Betrag endotherm.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird aus energetischer Sicht durch Kühlen (Temperatursenkung) begünstigt.

Nicht praktikabel, da diese Reaktion bei niedrigen

Temperaturen viel zu langsam verläuft!

(52)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N ₂ + 3 H ₂ 2 NH ₃ Q = −92, 4 kJ/mol

ß d. h. die Hinreaktion (Synthese) verläuft exotherm (Wärmeabgabe) und

ß die Rückreaktion (Zerfall) ist um den gleichen Betrag endotherm.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird aus energetischer Sicht durch Kühlen (Temperatursenkung) begünstigt.

Nicht praktikabel, da diese Reaktion bei niedrigen

Temperaturen viel zu langsam verläuft!

(53)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N ₂ + 3 H ₂ 2 NH ₃ Q = −92, 4 kJ/mol

ß d. h. die Hinreaktion (Synthese) verläuft exotherm (Wärmeabgabe) und

ß die Rückreaktion (Zerfall) ist um den gleichen Betrag endotherm.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird aus energetischer Sicht durch Kühlen (Temperatursenkung) begünstigt.

Nicht praktikabel, da diese Reaktion bei niedrigen

Temperaturen viel zu langsam verläuft!

(54)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N ₂ + 3 H ₂ 2 NH ₃ Q = −92, 4 kJ/mol

ß d. h. die Hinreaktion (Synthese) verläuft exotherm (Wärmeabgabe) und

ß die Rückreaktion (Zerfall) ist um den gleichen Betrag endotherm.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird aus energetischer Sicht durch Kühlen (Temperatursenkung) begünstigt.

Nicht praktikabel, da diese Reaktion bei niedrigen

Temperaturen viel zu langsam verläuft!

(55)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Druckänderung

. . . beeinflusst nur Reaktionen, bei denen sich das Volumen messbar ändert. Das sind immer nur Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind.

Eine Druckerhöhung

. . . begünstigt die Teilreaktion, bei der sich das Gasvolumen verringert.

Eine Drucksenkung

. . . begünstigt die entgegengesetzte Teilreaktion, bei

der sich das Gasvolumen vergrößert.

(56)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Druckänderung

. . . beeinflusst nur Reaktionen, bei denen sich das Volumen messbar ändert. Das sind immer nur Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind.

Eine Druckerhöhung

. . . begünstigt die Teilreaktion, bei der sich das Gasvolumen verringert.

Eine Drucksenkung

. . . begünstigt die entgegengesetzte Teilreaktion, bei

der sich das Gasvolumen vergrößert.

(57)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Eine Druckänderung

. . . beeinflusst nur Reaktionen, bei denen sich das Volumen messbar ändert. Das sind immer nur Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind.

Eine Druckerhöhung

. . . begünstigt die Teilreaktion, bei der sich das Gasvolumen verringert.

Eine Drucksenkung

. . . begünstigt die entgegengesetzte Teilreaktion, bei

der sich das Gasvolumen vergrößert.

(58)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Gleichgewichtsreaktionen mit gleichbleibendem Gasvolumen sind nicht vom Druck abhängig.

Beispiel: Wassergas-Shift-Reaktion

CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g) Ausgangsstoffe: 2 mol · 24 l/mol = 48 l Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l

à keine Volumenänderung

à keine Druckabhängigkeit

(59)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Gleichgewichtsreaktionen mit gleichbleibendem Gasvolumen sind nicht vom Druck abhängig.

Beispiel: Wassergas-Shift-Reaktion

CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

Ausgangsstoffe: 2 mol · 24 l/mol = 48 l Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l

à keine Volumenänderung

à keine Druckabhängigkeit

(60)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Gleichgewichtsreaktionen mit gleichbleibendem Gasvolumen sind nicht vom Druck abhängig.

Beispiel: Wassergas-Shift-Reaktion

CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g) Ausgangsstoffe: 2 mol · 24 l/mol = 48 l Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l

à keine Volumenänderung

à keine Druckabhängigkeit

(61)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Gleichgewichtsreaktionen mit gleichbleibendem Gasvolumen sind nicht vom Druck abhängig.

Beispiel: Wassergas-Shift-Reaktion

CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g) Ausgangsstoffe: 2 mol · 24 l/mol = 48 l Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l

à keine Volumenänderung

à keine Druckabhängigkeit

(62)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• Ausgangsstoffe: 4 mol · 24 l/mol = 96 l

• Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l ß d. h.: Die Hinreaktion (Synthese) verläuft unter

Volumenabnahme und

ß bei der Rückreaktion (Zerfall) nimmt das Gasvolumen entsprechend zu.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird durch Druckerhöhung begünstigt.

à Haber-Bosch-Synthese: p ≈ 30 MPa

(63)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• Ausgangsstoffe: 4 mol · 24 l/mol = 96 l

• Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l

ß d. h.: Die Hinreaktion (Synthese) verläuft unter Volumenabnahme und

ß bei der Rückreaktion (Zerfall) nimmt das Gasvolumen entsprechend zu.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird durch Druckerhöhung begünstigt.

à Haber-Bosch-Synthese: p ≈ 30 MPa

(64)

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Prinzip von L E C HÂTELIER

und B RAUN

Beispiel Ammoniaksynthese:

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• Ausgangsstoffe: 4 mol · 24 l/mol = 96 l

• Reaktionsprodukte: 2 mol · 24 l/mol = 48 l ß d. h.: Die Hinreaktion (Synthese) verläuft unter

Volumenabnahme und

ß bei der Rückreaktion (Zerfall) nimmt das Gasvolumen entsprechend zu.

à Die Ammoniaksynthese (Hinreaktion)

wird durch Druckerhöhung begünstigt.

à Haber-Bosch-Synthese: p ≈ 30 MPa

(65)

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chemisches Gleichgewicht

chemisches Gleichgewicht

\\//_

10. Oktober 2013

Gliederung

1 umkehrbare chemische Reaktionen

2 chemisches Gleichgewicht

Merkmale des chemischen Gleichgewichtes Prinzip von L E C HÂTELIER und B RAUN

Konzentrationsänderung

Temperaturänderung

Druckänderung

umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H 2 + I 2 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO 2(g)

N 2 O 4(g)

• Ammoniaksynthese:

N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g)

umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H 2 + I 2 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO 2(g)

N 2 O 4(g)

• Ammoniaksynthese:

N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g)

umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H 2 + I 2 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO 2(g)

N 2 O 4(g)

• Ammoniaksynthese:

N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g)

umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H 2 + I 2 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid:

2 NO 2(g)

N 2 O 4(g)

• Ammoniaksynthese:

N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g)

umkehrbare chemische Reaktionen

Umkehrbare chemische Reaktionen

. . . sind Reaktionen, bei denen die Produkte wieder zu den Ausgangsstoffen reagieren können.

Beispiele:

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff:

H 2 + I 2 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid:

2 NO 2(g)

N 2 O 4(g)

• Ammoniaksynthese:

N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g)

chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t

chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t Reaktionsprodukte

Ausgangsstoffe

chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

AS

Einstellzeit

chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren chemischen Reaktionen kann sich ein Gleichgewicht einstellen:

c

t RP

Merkmale des chemischen Gleichgewichtes Prinzip von L ^E C ^HÂTELIER und B ^RAUN

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

N ₂ O _4(g)

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• Bildung und Zerfall von Iodwasserstoff: H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

N ₂ O _4(g)

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

H ₂ + I ₂ 2 HI

• Dimerisierung von Stickstoffdioxid: 2 NO _2(g)

N ₂ O _4(g)

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

H ₂ + I ₂ 2 HI

2 NO _2(g)

N ₂ O _4(g)

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

H ₂ + I ₂ 2 HI

2 NO _2(g)

N ₂ O _4(g)

N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃

+ H ₂ O . . . und andere Veresterungen

• CO _(g) + H ₂ O _(g) CO _2(g) + H _2(g)

• 2 SO _2(g) + O _2(g) 2 SO _3(g)

• 2 NO _2(g) N ₂ O _4(g)

• N _2(g) + 3 H _2(g) 2 NH _3(g)

• CH ₃ COOH + CH ₃ OH CH ₃ COOCH ₃