Lösungen: Gleichgewichte und freie Enthalpie

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1.          Da DG negativ ist, muss die Reaktion spontan (= von selbst) ablaufen. Da diese aber nicht sofort abläuft, fehlt die notwendige Aktivierungsenthalpie.

2a.       DH = - 114 kJ                                            DS = - 0,15 kJ/k

b.         DG = DH - T^.DS = (- 114 + 300^.0,15) kJ = - 69 kJ

c.         DG < 0, also liegt das Gleichgewicht rechts.

d.         Wenn das Gleichgewicht rechts liegt, muss K > 1 sein.

e.         Erhöhung der Eduktkonzentration                K bleibt gleich

            Druckerhöhung                                          dito

            Temperatursenkung                                   der nummerische Wert von K wird grösser

3a.       x = 2, y = 3, z = 2

                                                                  2 N₂               +            3 O₂                    2 N₂O₃

b.         DS < 0, d.h. DS hat ein negatives Vorzeichen. Die Entropie nimmt bei dieser Reaktion ab, da die Zahl der Gasteilchen kleiner wird. Es hat nämlich auf der linken Seite 5, rechts aber nur 2 Moleküle.

c.            Druckerhöhung: Verschiebung gegen rechts        Drucksenkung: Verschiebung gegen links

d.         Es geht bei dieser Rechnung darum, dass mit möglichst wenig Konzentrationsanalysen (in diesem Falle nur die von N₂O₃ ) alle Konzentrationen zu bestimmen, damit der Zahlenwert von K bestimmt werden kann.

             Vor Beginn der Reaktion                    2,00 mol/L N₂               3,00 mol/L O₂          0,00 mol/L N₂O₃

              Veränderung                                        -0,10 "                          -0,15 "                    +0,10 "                

               Nach Einstellung des Gleichgew.     1,90 mol/L                    2,85 mol/L                0,10 mol/L

                Einige Bemerkungen zur Zeile Veränderung. Aus der Reaktionsgleichung folgt das Molekülverhältnis von N₂O₃ zu N₂, nämlich 2 : 2. Aus der Zahl der gebildeten N₂O₃-Teilchen, ergibt sich demzufolge die Zahl der verbrauchten N₂-Moleküle. Aus der Definition der Konzentration (Anzahl Teilchen pro Volumeneinheit) folgt, dass bei gleicher Teilchenzahl auch die Konzentration identisch ist. Daher sind die rot eingetragenen Differenzen gleich. Die Zahl der beteiligten O₂-Moleküle ist aber gemäss Reaktionsgleichung anders. Von dort folgt für die Sauerstoffabnahme eine andere Konzentration (blaue Zahl).

4a.                                                              2 SO₂            +            O₂                       2 SO₃

            Vor Beginn der Reaktion                    0,10 mol/L SO₂             0,05 mol/L O₂          0,00 mol/L SO₃

            Veränderung                                        -0,08 "                          -0,04 "                    +0,08 "                

            Nach Einstellung des Gleichgew.       0,02 mol/L                    0,01 mol/L                0,08 mol/L

b.         Da K > 1 ist, liegt das Gleichgewicht rechts. Daraus kann geschlossen werden, das die Produkte weniger freie Enthalpie besitzen. Gemäss dem Prinzip des Energieminimums werden die energieärmeren Stoffe bevorzugt gebildet. Daher muss also die freie Enthalpie abnehmen, DG < 0.

5.            Zur Lösung dieser Aufgabe muss das Prinzip von Le Châtelier angewendet werden.

a.           Für die Voraussage einer Temperaturänderung muss das Vorzeichen von DH bekannt sein. Mit Hilfe der Enthalpie-Tabelle kann dieses bestimmt werden, bei dieser Reaktion ist es positiv (DH > 0).

               Termperaturerhöhung: Verschiebung gegen rechts        Temp.`senkung: Verschiebung gegen links

b.           Druckerhöhung: Verschiebung gegen links                    Drucksenkung: Verschiebung gegen rechts

6.         Die Umwandlung könnte an der Luft gemäss folgendem Gleichgewicht erfolgen:

                                  2 CO(g)        +     O₂(g)                     2 CO₂( (g)

            DH = (-2^.393 + 0 + 2^.111) kJ = - 564 kJ

            DS = (2^.0,214 - 0,205 - 2^.0,198) kJ = - 0,173 kJ/K

            DG = DH - T^.DS = (- 564 + 293^.0,173) kJ = - 513 kJ

                Da DG negativ ist, wäre die Bildung des ungiftigen CO₂-Gases spontan. Da die Entgiftung an der Luft aber nicht sofort erfolgt, fehlt die notwendige Aktivierungsenergie.

7.                              N₂(g)           +        3 H₂(g)                       2 NH₃(g)

             DH = - 92 kJ

            DS = (2^.0,192 - 0,192 - 3^.0,131) kJ = - 0,201 kJ/K

a.         DG = DH - T^.DS = (- 92 + 298^.0,201) kJ = - 32 kJ

b.         DG = DH - T^.DS = (- 92 + 1273^.0,201) kJ = 164 kJ