Stöchiometrie - Zum Verlauf chemischer Reaktionen

Question 1

Stoffportion ein

Answer 1

Grössen, welche die Quanität einer Stoffportion angeben, sind: die Masse m, das Volumen V, die Teilchenzahl N und die Stoffmenge n

Question 2

Stoffmenge n

Answer 2

Eine Stoffportion hat die Stoffmenge 1 Mol, wenn sie die gleiche Anzahl Teilchen enthält wie 12g Kohlenstoff C-12.
Eine Stoffportion mit der Stoffmenge 1 mol enthält 6.02 x 10(23) Teilchen, ihre Masse in g hat den gleichen Zahlenwert wie die Teilchenmasse in u.

Question 3

n = m : M

Answer 3

Zur Berechnung der Stoffmenge n (in mol) wird die Masse der Stoffportion durch die molare Masse des Stoffs dividiert.

Question 4

Molare Masse M

Answer 4

Jeder Stoff hat eine bestimmte molare Masse M. Sie ist eine von der Grösse der Stoffportion unabhängige Stoffeigenschaft und hat, abgegeben in g/mol, den gleichen Zahlenwert wie die Teilchenmasse in u.

Question 5

M = m : n

Answer 5

Die molare Masse ist der Quotient aus Masse und Stoffmenge einer Stoffportion. Ihre Einheit ist Gramm durch Mol (g/mol).

Question 6

Molares Volumen

Answer 6

1 mol Gas enthält 6.02 x 10(23) Teilchen und hat (bei NB) ein Volumen von 22.4L. Das molare Volumen eines Gases ist 22.4 L/mol.

Question 7

Zusammensetzung von Lösungen

Answer 7

Die Zusammensetzung einer Lösung lässt sich durch unterschiedliche Angaben beschreiben. Konzentrationsangaben beziehen sich auf das Volumen der Lösung.

Question 8

c(X) = n(X) : V(Lös)

Answer 8

Die Stoffmengenkonzentration c (kurz Konzentration) ist die Stoffmenge (n) des gelösten Stoffs pro Volumen Lösung. Die übliche Einheit ist mol/L.

Question 9

Formel -> %Anteile

Answer 9

Ist die Formel einer Verbindung bekannt, lassen sich die Massenanteil der gebundenen Elemente (in %) berechnen:

Massenanteil eines Elements (in %) = Index x Atommasse x 100% : Formelmasse

Question 10

%Anteil -> Formel

Answer 10

Um die Formel einer unbekannten Verbindung zu bestimmen, werden die Art und die Massenanteile der gebundenen Elemente ermitteln. Dann wird das Zahlenverhältnis der gebundenen Atome bzw. Ionen berechnet, indem man die Zahlenwerte der Massenanteile der einzelnen Elemente durch die Zahlenwerte ihrer Atommasse dividiert.

Question 11

Reaktionsgleichung

Answer 11

Die Reaktionsgleichung beschreibt eine chemische Reaktion qualitativ und quantitativ. Links vom Reaktionspfeil stehen, durch + verbunden, die Formeln der Edukte, rechts die der Produkte:
Edukte ——-> Produkte

Question 12

Reaktionspfeil

Answer 12

Der Reaktionspfeil ——-> steht für die Umwandlung der Stoffs und wird gelesen als „reagieren zu“. Über dem Pfeil können Angaben zu Reaktionsbedingungen stehen.

Question 13

Koeffizienten

Answer 13

Die Koeffizienten vor den Formeln nennen das Verhältnis der Stoffmengen bzw. der Teilchenzahlen; der Koeffizient 1 wird nicht geschrieben.
4 Na + O(2) ———> 2 Na(2)O

Question 14

Indices

Answer 14

Die tiefgestellten Indices gehören zur Formel und beschreiben die Zusammensetzung des betreffenden Stoffs.

Question 15

Mengen und Massen bei Reaktionen

Answer 15

Aus dem Stoffmengenverhältnis, das in der Reaktionsgelichung durch die Koeffizienten angegeben ist, lässt sich mithilfe der molare Massen das Massenverhältnis der beteiligten Stoffportionen berechnen. Ist die Stoffmenge oder die Masse eines Reaktionsteilnehmers gegeben, lassen sich die anderen berechnen.

Question 16

Volumenverhältnisse bei Gasreaktionen

Answer 16

Bei einer chemischen Reaktion von Gasen ist das Verhältnis der Volumina gleich dem Verhältnis der Teilchenzahl und der Stoffmengen.

Question 17

Energieumsatz

Answer 17

Die bei einer chemischen Reaktion (unter konstantem Druck) umgesetzte Reaktionswärme heisst Reaktionsenthalpie (3eck H). Sie entspricht der Differenz zwischen der Enthalpie (H) der Produkte und derjenigen der Edukte:

(3eck)H = H(Produkte) - H(Produkte)

Der Wert der Reaktionsenthalpie ist bei exothermen Vorgängen negativ (System verliert Energie), bei endothermen positiv (System gewinnt Energie). Sie wird in kJ angegeben und bezieht sich auf die in der Reaktionsgleichung genannten Mengen (Formelumsatz).

Question 18

Entropie

Answer 18

Die Entropie nimmt mit der Unordnung im System zu. Deutlich wird dies z. B. beim Lösen, bei der Diffusion, beim Verdampfen, bei der Zunahme der Teilchenzahl u. Ä.

Question 19

Spontane Reaktion

Answer 19

Spontane Reaktionen verlaufen nach Aktivierung freiwillig. Dies trifft zu, wenn die Energie des Systems abnimmt und die Entropie zunimmt. Trifft nur eines der beiden Kriterien zu, ist das Ausmass der Änderung entscheidend. Endotherme Reaktionen können spontan sein, wenn die Entropiezunahme überwiegt. Vorgänge, bei denen die Entropie abnimmt, können spontan sein, wenn die Energieabnahme überwiegt.

Question 20

Bedeutung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Answer 20

Die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt die Dauer und beeinflusst die Heftigkeit einer chemischen Reaktion. So steigt die Temperatur bei einer exothermen Reaktion umso höher, je schneller sie verläuft.
Die Geschwindigkeit der chemischen Vorgänge in der Natur bestimmt die Aktivität der Lebewesen und die Stoffkreisläufe. In der Technik ist die Reaktionsgeschwindigkeit für die Herstellung von Stoffen und führ ihre Verwendung als Werkstoffe wichtig.

Question 21

Messung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Answer 21

Der zeitliche Verlauf einer Reaktion wird durch Messen der Masse, des Volumens oder der Konzentration eines Reaktionsteilnehmers verfolgt. Die Reaktionsgeschwindigkeit ändert sich im Verlauf der Reaktion

Question 22

Definition der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Answer 22

Die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum ist der Quotient aus der Änderung der Stoffmenge eines Stoffs und der Dauer des Intervalls.

Question 23

Einflüsse der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen

Answer 23

Die Geschwindigkeit einer Reaktion wird beeinflusst durch:

• Eigenschaften, Konzentration und Oberflächenbeschaffenheit der Edukte
• Temperatur
• Katalysatoren

Question 24

Stosstheorie

Answer 24

Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Faktoren wie Temperatur und Konzentration lässt sich mit der Stosstheorie erklären. Diese basiert auf folgenden Annahmen:

• die Teilchen der Stoffe werden als Kugeln betrachtet, die sich mit steigender Temperatur immer schneller bewegen
• die Teilchen eines Stoffs bewegen sich nicht alle gleich schnell
• Voraussetzung für eine Reaktion ist ein Zusammenstoss der reagierenden Teilchen
• nicht jeder Teilchen-Zusammenstoss führt zu einer Reaktion. Ein Zusammenstoss ist nur erfolgreich, wenn er heftig genug erfolgt. Meist ist auch die Ausrichtung der Teilchen beim Zusammenstoss wichtig.
• die Reaktionsgeschwindigkeit steigt mit der Zahl der erfolgreichen Zusammenstösse

Question 25

Temperatur

Answer 25

Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen nimmt mit steigender Temperatur zu, weil die Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen und damit die Zahl und der Erfolg der Zusammenstoss zunimmt.

Question 26

RGT-Regel

Answer 26

Nach der RGT-Regel führt eine Temperaturerhöhung von 10°C zu einer Beschleunigung auf das Zwei- bis Vierfache. Reaktionen mit hoher Aktivierungsenergie werden durch Temperaturerhöhungen noch stärker beschleunigt.

Question 27

Konzentrationen

Answer 27

Die Geschwindigkeit einer Reaktion nimmt mit der Konzentration der Ausgangsstoffe zu, weil die Teilchen häufiger zusammenstossen.

Question 28

Der Einfluss der Oberflächengrösse

Answer 28

In heterogenen Reaktionsgemischen können die Teilchen nur an der Kontaktfläche der Reaktionsteilnehmer zusammenstossen. Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt mit der Kontaktfläche (bei Feststoffen mit dem Zerteilungsgrad) zu.

Question 29

Katalysator

Answer 29

Katalysatoren sind Stoffe, die den Ablauf einer chemischen Reaktion bei gegebener Temperatur beschleunigen oder bei tiefer Temperatur ermöglichen, ohne dabei verbraucht zu werden. Sie senken die aufzuwendende Aktivierungsenergie, verändern also den Reaktionsweg. Die Reaktionsenthalpie bleibt unverändert.

• bei der heterogenen Katalyse werden die Edukte an der Oberfläche des Katalysators aktiviert und reagieren dann schon bei tieferer Temperatur.
• bei der homogenen Katalyse bildet der Katalysator mit einem Edukt ein reaktionsfreudiges Zwischenprodukt.

Question 30

Enzyme

Answer 30

Die chemischen Vorgänge in den Lebewesen werden durch die Enzyme ermöglicht und geregelt. Jedes Enzym katalysiert nur eine bestimmte Reaktion eines Stoffs.

Question 31

Umkehrbare

Answer 31

Viele chemische Vorgänge sind umkehrbar. Häufig finden Hin-und Rückreaktionen unter verschiedenen Bedingungen statt und laufen dann praktisch vollständig ab.

Question 32

Gleichgewichtsreaktionen

Answer 32

Bei Gleichgewichtsvorgängen laufen Hin- und Rückreaktion nebeneinander ab. Die Gleichungen der beiden gegenläufigen Reaktionen werden zusammengefasst, indem man den Pfeil durch einen Doppelpfeil ersetzt:

A + B D + E

Question 33

Gleichgewichtszustand

Answer 33

Im Gleichgewichtszustand steht die Reaktion scheinbar still. Der Energieumsatz ist null und die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches bleibt unverändert, weil die Hin- und die Rückreaktion gleich schnell sind (dynamisches Gleichgewicht).
Ein Gleichgewichtszustand ist unabhängig davon, ob die Reaktion von den Edukten oder von den Produkten ausgeht.

Question 34

Gleichgewichtslage

Answer 34

Die Konzentration der Edukte ist im Gleichgewichtszustand i. A. nicht gleich gross wie die der Produkte. Überwiegen die Produkte, spricht man von einer Gleichgewichtslage rechts. Der Anteil der erfolgreichen Zusammenstösse ist dann bei der Hinreaktion grösser, die wenige Edukt-Moleküle stossen selten, aber mit grossem Erfolg zusammen:

Siehe Bild

Question 35

Massenwirkungsgesetz MWG

Answer 35

Aus den Gleichgewichtskonzentrationen lässt sich nach dem Massenwirkungsgesetz ein Quotient berechnen, der bei einer bestimmten Temperatur konstant ist. Sein Wert beschreibt die Gleichgewichtslage.
Für eine Reaktion mit der Gleichung:
2 A + 4B D + 3E ist die GGW-Konstante: K = c(D) x c(3)(E) / c(2)(A) x c(4)(B)

Question 36

Gleichgewichtskonstante

Answer 36

Der Wert der Gleichgewichtskonstanten muss für jede Reaktion (und jede Temperatur) experimentell ermittelt werden. Er ist umso grösser, je höher der Anteil der Produkte im Gleichgewicht ist. Liegt das Gleichgewicht links, ist die Konstante klein.
Ist der Wert der Gleichgewichtskonstanten bekannt, lässt sich die Gleichgewichtskonzentration eines Stoffs aus denjenigen seiner Reaktionspartner berechnen.

Question 37

Temperatur und Gleichgewichtslage

Answer 37

Bei einem Gleichgewichtsvorgang wird durch eine Erhöhung der Temperatur die endotherme Reaktion begünstigt. Das Gleichgewicht wird zu den energiereicheren Stoffen verschoben.
Eine Erniedrigung der Temperatur begünstigt die exothermen Reaktion. Das Gleichgewicht wird auf die Seite der energieärmeren Stoffe verschoben.
Die Gleichgewichtskonstante ist temperaturabhängig. Ist die Hinreaktion exotherm, bewirkt eine Temperaturerhöhung eine Verkleinerung der Konstanten.
Da die meisten Synthesen exotherm verlaufen, werden sie durch eine tiefe Temperatur begünstigt. Die Temperatur kann aber nicht beliebig tief gewählt werden, weil die Edukte aktiviert werden müssen.

Question 38

Stoff-Zugabe oder Entnahme

Answer 38

Wird der Gleichgewichtszustand durch Zugabe oder Entnahme von Stoffen gestört, läuft eine der beiden Reaktionen schneller, bis der Wert der Gleichgewichtskonstanten wieder erreicht ist. Dieser bleibt unverändert (wenn die Temperatur konstant gehalten wird). Nach Zugabe von Edukten bzw. nach Entnahme von Produkten ist die Hinreaktion vorübergehend schneller als die Rückreaktion: „Das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben.“

Question 39

Druck

Answer 39

Der Druck beeinflusst die Gleichgewichtslage von Reaktionen, bei denen sich die Gesamtmenge der gasförmigen Reaktionsteilnehmer ändert.
Druckern-Hunger begünstigt die Reaktion, welche die Zahl der Gasteilchen bzw. Die Stoffmenge der Gase und damit den Druck vermindert.

Question 40

Katalysatoren

Answer 40

Katalysatoren haben keinen Einfluss auf die Gleichgewichtslage, sie ermöglichen aber den Ablauf einer Reaktion bei tieferer Temperatur, wodurch sich bei den meist exothermen Synthesen das Gleichgewicht zum Produkt nach rechts verschiebt.

Question 41

Le-Chatelier-Prinzip

Answer 41

Wird auf ein geschlossenes System im Gleichgewichtszustand durch Ändern der Bedingungen ein „Zwang“ ausgeübt, verschiebt sich die Gleichgewichtslage so, dass der äussere „Zwang“ vermindert wird:

Siehe Bild

Question 42

Beeinflussung der Gleichgewichtslage

Answer 42

Siehe s. 73

Question 43

Übersicht Reaktionstypen

Answer 43

In der anorganischen Chemie werden folgende Reaktionstypen unterschieden:

• bei Säure-Base-Reaktionen gehen Protonen von der Säure auf die Base über
• bei Redoxreaktionen werden Elektronen übertragen oder verschoben
• bei Fällungsreaktionen fällt aus einer Lösung eine schwerlösliche Verbindung aus
• bei Komplexreaktionen werden Komplexe gebildet, aufgelöst oder verändert

Question 44

Säure-Base-Reaktion oder Protolyse

Answer 44

Bei einer Säure-Base-Reaktion werden Protonen, d.h. H(+)-Ionen, von der Säure (Protonenspender) auf die Base (Protonenempfänger) übertragen. Man spricht von Protonenübertragung oder Protolyse.

Question 45

Redoxreaktionen

Answer 45

Bei Redoxvorgängen werden Elektronen übertragen oder verschoben. So gibt bei der Salzbildung das Metall Elektronen an das Nichtmetall ab.

Bei der Reaktion von zwei Nichtmetallen bilden diese gemeinsame Elektronenpaare. Die Elektronen werden zum elektronegativeren Element hin verschoben.

Question 46

Fällungsreaktionen

Answer 46

Eine Fällung bildet sich beim Mischen von Lösungen mit Ionen, wenn eine Ionenkombination ein schwerlösliches Salz ergibt. Dieses kristallisiert aus, z. B.:

Na(+)(aq) + Cl(-)(aq) + Ag(+)(aq) + NO(3)(-)(aq) —-> AgCl(I) + Na(+)(aq) + NO(3)(-)(aq)

Question 47

Komplexreaktionen

Answer 47

Komplexe sind Verbindungen höherer Ordnung. Ihre Teilchen entstehen durch den Zusammenschluss von stabilen, für sich allein existenzfähigen Molekülen und Ionen.
Metall-Komplex-Ionen bilden sich durch die Anlagerung von Liganden (Dipolen oder Ionen) an ein Metall-Ion

CuCl(2) + 4 H(2)O ——-> Cu(H(2)O)4. + 2 Cl(-)

Beim Ligandenaustausch werden Liganden eines Komplex-Ions durch andere verdrängt.
Cu(H2O)4 + 4 NH(3) ——> Cu(NH3)4 + 4 H2O
hellblau blauviolett