29. April 2019 Moritz Helmstädter 1

Stöchiometrie-Seminar 4

29. April 2019

Themen des heutigen Seminars

1) Zusammenfassung des letzten Seminars

2) Besprechung der Hausaufgaben

3) Theorie

4) Übungsaufgaben

2Moritz Helmstädter

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Themen des heutigen Seminars

1) Zusammenfassung des letzten Seminars

2) Besprechung der Hausaufgaben

3) Theorie

4) Übungsaufgaben

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Allgemeine Definitionen

Molare Masse 𝑀 =𝑚

𝑛

Stoffmengenkonzentration 𝑐 =𝑛

𝑉

Massenkonzentration 𝛽 =𝑚

𝑉

4

𝑚 = 𝑐 ∙ 𝑉 ∙ 𝑀

𝛽 = 𝑐 ∙ 𝑀

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Chemisches Gleichgewicht - Der „Apfelkrieg“ (Opa vs. Enkel)

Dickerson, R.; Geis, V.: Chemie - eine lebendige und anschauliche Einführung, Verlag Chemie, Basel 1983.

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c = Konzentration der Äpfel im

jeweiligen Garten

k = Geschwindigkeit, die Äpfel

vom Boden aufzuheben

(konstant)

v = Geschwindigkeit, Äpfel

über den Zaun zu befördern

= k · c

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Massenwirkungsgesetz

Definition:

Eine chemische Reaktion befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der Quotient aus dem

Produkt der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen der

Edukte bei gegebener Temperatur und Druck einen konstanten Wert erreicht.

Wichtig:

Die Koeffizienten der Produkte und Edukte in der Reaktionsgleichung gehen im

Massenwirkungsgesetz in den Exponenten über!

𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷

𝐾 =𝑐𝑐(𝐶) ∙ 𝑐𝑑(𝐷)

𝑐𝑎(𝐴) ∙ 𝑐𝑏(𝐵)𝑜𝑑𝑒𝑟 𝐾 =

𝐶 𝑐 ∙ 𝐷 𝑑

𝐴 𝑎 ∙ 𝐵 𝑏

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Was passiert, wenn ein schwerlösliches Salz in Wasser gelöst wird?

Beispiel: Lösen von Silberchromat in Wasser („Elektrolytische Dissoziation“)

𝐴𝑔2𝐶𝑟𝑂4(𝑠) ⇌ 𝐴𝑔2𝐶𝑟𝑂4(𝑎𝑞) ⇌ 2 𝐴𝑔 (𝑎𝑞)+ + 𝐶𝑟𝑂4

2−(𝑎𝑞)

7

𝐴𝑔2𝐶𝑟𝑂4(𝑠)

𝐴𝑔2𝐶𝑟𝑂4(𝑎𝑞)

2 𝐴𝑔 (𝑎𝑞)+ + 𝐶𝑟𝑂4

2−(𝑎𝑞)

⇌⇌

Gesättigte Lösung

Index aq für Wasser

(lat. aqua)

Bodenkörper

Index s für solid bzw.

f für fest

→ Die Lösung eines Salzes AxBy

ist gesättigt, wenn beide GGW-

Reaktionen im GGW sind.

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Das Löslichkeitsprodukt

𝐴𝑥𝐵𝑦(𝑠) ⇌ 𝑥 𝐴 𝑎𝑞𝑦+

+ 𝑦 𝐵 𝑎𝑞𝑥−

𝐾𝐿 = 𝐴𝑦+ 𝑥 · 𝐵𝑥− 𝑦

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1) Zusammenfassung des letzten Seminars

Allgemein

Die molare Löslichkeit eines Salzes AxBy ist:

𝐿 𝐴𝑥𝐵𝑦=

𝑥+𝑦 𝐾𝐿𝑥𝑥 ∙ 𝑦𝑦

.

Der Begriff Sättigungskonzentration ist ein Synonym für die molare Löslichkeit. Sie gibt die

Konzentration eines schwerlöslichen Salzes in gesättigter Lösung an.

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Themen des heutigen Seminars

1) Zusammenfassung des letzten Seminars

2) Besprechung der Hausaufgaben

3) Theorie

4) Übungsaufgaben

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Aufgabe 1:

Die Löslichkeit von Silberchlorid in reinem Wasser beträgt bei Raumtemperatur 2,0 mg/L.

Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid!

[M(AgCl) = 143,4 g/mol]

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Aufgabe 2:

Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt eines schwer löslichen Salzes vom Typ A3B mit der

Sättigungskonzentration des Salzes c(A3B) = 10-6 mol/L!

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Aufgabe 3:

Mit wie viel mL Wasser dürfen 150 mg eines Calciumoxalat-Niederschlags maximal gewaschen

werden, wenn sich nicht mehr als 0,2% (Massenprozent) des Niederschlags lösen sollen?

[KL(CaC2O4) = 1,8 · 10-9 mol²/L², M(CaC2O4)= 128 g/mol]

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Aufgabe 4:

Wie viel Gramm Silberphosphat lösen sich in 200 mL Wasser?

Leiten Sie hierbei zunächst den Formelausdruck der molaren Löslichkeit von Silberphosphat

über den Einsatz der stöchiometrischen Verhältnisse her!

[KL(Ag3PO4) = 1,8 · 10-18 (mol/L)4, M(Ag3PO4) = 418,58 g/mol]

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Lösung Aufgabe 4:

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Lösung Aufgabe 4:

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Aufgabe 5:

In einem geschlossenen 1 Liter-Gefäß reagieren Iod und Wasserstoff beim Erhitzen zu

Iodwasserstoff. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein. Geben Sie die

Stoffmengenkonzentrationen von Wasserstoff und Iod nach der Gleichgewichtseinstellung an

und nehmen Sie hierzu an, dass Iodwasserstoff im Gleichgewicht in einer

Stoffmengenkonzentration von 0,65 mol/L vorliegt.

[K = 54,5]

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2) Besprechung der Hausaufgaben

Lösung Aufgabe 5:

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Themen des heutigen Seminars

1) Zusammenfassung des letzten Seminars

2) Besprechung der Hausaufgaben

3) Theorie

4) Übungsaufgaben

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3) Theorie

Ionenprodukt und Fällungsreaktionen:

Das Löslichkeitsprodukt

𝐴𝑥𝐵𝑦(𝑠) ⇌ 𝑥 𝐴 𝑎𝑞𝑦+

+ 𝑦 𝐵 𝑎𝑞𝑥−

𝐾𝐿 = 𝐴𝑦+ 𝑥 · 𝐵𝑥− 𝑦

gilt nur für gesättigte Lösungen!

Wie sieht das für ungesättigte Lösungen aus?

• KL kann keine Aussage zur aktuellen Ionenkonzentration in Lösung treffen!

• Eine neue Größe wird benötigt!

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3) Theorie

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Das Ionenprodukt

Das Ionenprodukt IP gibt das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen an, die sich in

Lösung befinden.

Beispiel:

𝐶𝑢 𝑂𝐻 2 𝑠 ⇌ 𝐶𝑢 𝑎𝑞2+ + 2 𝑂𝐻 𝑎𝑞

−

gesättigte Lsg. ungesättigte Lsg.

𝐾𝐿 = 𝐶𝑢2+ 𝑂𝐻− 2 𝐼𝑃 = 𝐶𝑢2+ 𝑂𝐻− 2

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3) Theorie

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Wie hängen IP und KL zusammen?

Unterscheidung zwischen drei Fällen:

1. IP < KL: Lösung ist nicht gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst

2. IP = KL: Lösung ist gesättigt, keine Niederschlagsbildung, Salz ist vollständig gelöst, bei

weiterer Zugabe jedoch, wird das Löslichkeitsprodukt überschritten und es bildet sich ein

Niederschlag (Bodensatz)!

3. IP > KL: Lösung ist übersättigt, es kommt zur Niederschlagsbildung. Es fällt so viel Salz

aus, bis das Ionenprodukt den Wert von KL erreicht und sich das GGW zwischen gelöstem

und ungelöstem, sowie zwischen dissoziiertem und nicht dissoziiertem Salz einstellt.

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3) Theorie

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𝐶𝑢 𝑂𝐻 2 𝑠 ⇌ 𝐶𝑢 𝑎𝑞2+ + 2 𝑂𝐻 𝑎𝑞

−

https://www.youtube.com/watch?v=fY4nQbL9roU

𝐶𝑢 𝑂𝐻 2 𝑠 ⇌ 𝐶𝑢 𝑎𝑞2+ + 2 𝑂𝐻 𝑎𝑞

−

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3) Theorie

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Achtung!

Negative Potenzen!

Bsp.: IP = 10-16 (mol/L)2 KL = 10-20 (mol/L)2

Kommt es zur Niederschlagsbildung?

IP > KL Niederschlag!

Anwendung des Ionenprodukts:

Hydroxid- und Sulfidfällungen: pH-abhängige Gleichgewichte, KL-Wert wird durch Änderung

des pH-Werts überschritten (Stoff der Abschlussklausur)

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3) Theorie

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Zusammenfassung: Ionenprodukt

• Das Ionenprodukt ist das Produkt der aktuellen Konzentrationen der Ionen, die sich in

Lösung befinden (unter Berücksichtigung der stöchiometrischen Koeffizienten).

• Das Löslichkeitsprodukt ist ein Spezialfall des Ionenprodukts und gilt für gesättigte

Lösungen!

• Durch Vergleich der beiden Größen kann eine Aussage über die Sättigung der Lösung

getroffen werden!

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3) Theorie

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Ionenprodukt: Beispielaufgabe

2,53 g NaF werden in Wasser gelöst und zu einem Endvolumen von 50,0 mL mit Wasser

ergänzt. Diese Lösung wird mit 37,0 mL einer Calcium-Ionen enthaltenden Lösung c(Ca2+) =

0,75 mol/L gemischt. Wird aus diesem Gemisch ein CaF2-Niederschlag ausfallen?

[M(NaF) = 41,988 g/mol; KL(CaF2) = 3,9 · 10-11 (mol/L)3]

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3) Theorie

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Ionenprodukt: Beispiel

Lösung:

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3) Theorie

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Ionenprodukt: Beispiel

Lösung:

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Themen des heutigen Seminars

1) Zusammenfassung des letzten Seminars

2) Besprechung der Hausaufgaben

3) Theorie

4) Übungsaufgaben

(Lösungswege werden nur im Seminar vorgetragen und sind im Handout nicht vorhanden)

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4) Übungsaufgaben

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Aufgabe 1:

a) Zeigen Sie, dass es zur Fällung von Silberbromid kommt, wenn 500 mL einer

Natriumbromid-Lösung der Konzentration 100 μmol/mL mit 1,5 L einer 1 μM Lösung von

Silbernitrat gemischt werden!

b) Löst sich der Niederschlag wieder auf, wenn die Mischung durch Zugabe von 48 L Wasser

verdünnt wird?

[KL(AgBr) = 6,3 · 10-13 (mol/L)2]

Lösung:

a) IP(AgBr) > KL(AgBr) Es kommt zur Niederschlagsbildung!

b) IP(AgBr) > KL(AgBr) Niederschlag löst sich nicht wieder auf!

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4) Übungsaufgaben

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Aufgabe 2: (bearbeitet nach SS16)

Sowohl Blei als auch Silber bilden schwer lösliche Iodide. Sie mischen unter Vernachlässigung

der Volumenkontraktion eine Blei(II)nitrat-Lösung mit einer Silbernitrat-Lösung und einer

Natriumiodidlösung, sodass im Becherglas eine Iodidkonzentration von 0,0003 mol/L resultiert.

Dabei fällt Silberiodid aus und Blei bleibt in Lösung. Ab welchem Verhältnis Blei:Silber beginnt

auch der zweite Niederschlag auszufallen?

[pKL(Blei(II)iodid) = 8,07; pKL(Silberiodid) = 16,07]

Lösung: 3,3 ∙ 1011 : 1

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4) Übungsaufgaben

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Aufgabe 3:

Welche Masse zu 15% verunreinigten Kaliumpermanganats müssen Sie zu 180 mL einer

alkalischen Kaliumazidlösung (ρ = 1,09 g/mL) mit der Konzentration 80 g/L geben, um das

enthaltene Azid vollständig in elementaren Stickstoff zu überführen?

[M(KMnO4) = 158 g/mol; M(KN3) = 81 g/mol]

Lösung: 11 g

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…bei der Klausur!