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Kinetik und Gleichgewicht

Zehn Grundaufgaben von der Reaktionsgeschwindigkeit bis zum Löslichkeitsprodukt — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Klausur schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren quer durch das Kapitel: Geschwindigkeit, Stoßtheorie, Massenwirkungsgesetz, Le Chatelier und Löslichkeitsprodukt. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur.

A1
Magnesium in Salzsäure
AFB I

Magnesium reagiert mit Salzsäure: \(\ce{Mg + 2 HCl -> MgCl2 + H2}\). Die Konzentration der Salzsäure sinkt in den ersten 60 s von \(1{,}00\) auf \(0{,}64\,\text{mol/L}\). Berechnen Sie a) die Durchschnittsgeschwindigkeit bezogen auf HCl und b) die stoffunabhängige Reaktionsgeschwindigkeit \(v_R\).

mol/(L·s)
mol/(L·s)
Formeln: \(\bar v = -\Delta c(\text{Edukt}) : \Delta t\); \(v_R\) erhält man, indem man durch den Koeffizienten teilt.
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a) \(\bar v(\ce{HCl}) = -(0{,}64 - 1{,}00) : 60\) = 0,0060 mol/(L·s). b) Koeffizient 2: \(v_R = 0{,}0060 : 2\) = 0,0030 mol/(L·s). Das Minuszeichen sorgt dafür, dass die Geschwindigkeit positiv ist.
A2
Sekante oder Tangente?
AFB I

Beschreiben Sie, wie man aus einem Konzentration-Zeit-Diagramm die Durchschnittsgeschwindigkeit, die Momentangeschwindigkeit und die Anfangsgeschwindigkeit ermittelt, und begründen Sie, warum die Kurve im Laufe der Reaktion flacher wird.

Steigungen: Sekante zwischen zwei Punkten, Tangente in einem Punkt.
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Durchschnittsgeschwindigkeit: Steigung der Sekante zwischen zwei Messpunkten, \(\Delta c : \Delta t\). Momentangeschwindigkeit: Steigung der Tangente in einem Punkt (Grenzwert \(\Delta t \to 0\)). Anfangsgeschwindigkeit \(v_0\): Tangentensteigung bei \(t = 0\). Die Edukte werden verbraucht, ihre Konzentration sinkt — also sinkt \(v\), die Kurve wird flacher und läuft am Ende waagerecht.
A3
Vier Stellschrauben, gedeutet
AFB I

Nennen Sie vier Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, und erklären Sie jeden mit der Stoßtheorie.

Stoßtheorie: \(v\) hängt von der Zahl der wirksamen Stöße pro Zeit ab: Stoßzahl · Anteil mit \(E \geq E_A\) · passende Orientierung.
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Höhere Konzentration (bei Gasen höherer Druck): mehr Teilchen pro Volumen → mehr Stöße pro Zeit. Höhere Temperatur: der Anteil der Teilchen mit \(E \geq E_A\) wächst stark. Feinere Zerteilung: mehr Teilchen an der Oberfläche sind für Stöße erreichbar. Katalysator: kleinere Aktivierungsenergie → größerer Anteil der Stöße ist energiereich genug.