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Kinetik und Gleichgewicht

Zehn Grundaufgaben von der Sekante bis zum Massenwirkungsgesetz — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Geschwindigkeiten aus Messwerten, Gleichgewichtskonstanten aus Konzentrationen, Energiediagramme ablesen — quer durch alle Unterkapitel.

A1
Mittlere Geschwindigkeit per Sekante
AFB I

Magnesiumband reagiert mit Salzsäure: \(\ce{Mg(s) + 2 HCl(aq)}\) \(\ce{-> MgCl2(aq) + H2(g)}\). Das Diagramm zeigt das aufgefangene Wasserstoffvolumen. Bestimmen Sie die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit \(\bar v=\frac{\Delta V}{\Delta t}\) im Zeitraum von \(10\,\mathrm{s}\) bis \(50\,\mathrm{s}\).

mL/s
Mittlere Reaktionsgeschwindigkeit: \(\bar v=\frac{\Delta V}{\Delta t}\) ist die Steigung der Sekante durch die beiden markierten Punkte — Differenzen bilden, nicht \(V:t\) an einem Punkt.
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\(\bar v=\frac{52\,\mathrm{mL}-20\,\mathrm{mL}}{50\,\mathrm{s}-10\,\mathrm{s}}=\frac{32\,\mathrm{mL}}{40\,\mathrm{s}}\) = 0,80 mL/s
01020304050607080900102030405060t in sV(H₂) in mL(10 s | 20 mL)(50 s | 52 mL)
aufgefangenes Wasserstoffvolumen
A2
Geschwindigkeit aus der Konzentration
AFB I

Marmor (Calciumcarbonat) reagiert mit Salzsäure: \(\ce{CaCO3(s) + 2 HCl(aq)}\) \(\ce{-> CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)}\). Die Konzentration der Salzsäure sinkt in \(5{,}0\,\mathrm{min}\) von \(2{,}00\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\) auf \(1{,}40\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\). Berechnen Sie die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit bezogen auf \(\ce{HCl}\).

mol/(L·min)
Reaktionsgeschwindigkeit über Edukte: \(\bar v=-\frac{\Delta c(\text{Edukt})}{\Delta t}\) — das Minuszeichen macht die Geschwindigkeit positiv, weil \(\Delta c\) beim Edukt negativ ist.
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\(\bar v=-\frac{1{,}40-2{,}00}{5{,}0}\,\mathrm{mol\,L^{-1}\,min^{-1}}=\frac{0{,}60}{5{,}0}\,\mathrm{mol\,L^{-1}\,min^{-1}}\) = 0,12 mol/(L·min)
A3
RGT-Regel anwenden
AFB I

Eine Natriumthiosulfatlösung wird mit Salzsäure versetzt; bei \(20\,{}^\circ\mathrm{C}\) ist das Kreuz unter dem Becherglas nach \(240\,\mathrm{s}\) durch den ausfallenden Schwefel verdeckt. Berechnen Sie die zu erwartende Zeit bei \(40\,{}^\circ\mathrm{C}\), wenn sich die Reaktionsgeschwindigkeit pro \(10\,\mathrm{K}\) verdoppelt.

s
RGT-Regel: Pro \(10\,\mathrm{K}\) Temperaturerhöhung steigt die Reaktionsgeschwindigkeit etwa auf das 2- bis 4-Fache. Doppelte Geschwindigkeit bedeutet halbe Zeit.
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\(20\,\mathrm{K}\) = zweimal \(10\,\mathrm{K}\) → Geschwindigkeit \(\cdot 2\cdot 2=4\) → \(t=240\,\mathrm{s}:4\) = 60 s