Chemisches Gleichgewicht Anorganische Chemie Protokoll PDF

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Protokoll Versuch: Chemisches Gleichgewicht

Datum 09.01.2018

1. Einleitung: Viele chemische Reaktionen sind sogenannte Gleichgewichtsreaktionen. Mithilfe der folgenden Versuche sollen die verschiedenen Veränderungen des chemischen Gleichgewichtes untersucht werden. Beim Vermengen von Substanzen, welches von einer reversiblen chemischen Reaktion begleitet wird, stellt sich ein dynamischer Gleichgewichtszustand ein. Es kommt jedoch nicht zum Stillstand der einzelnen Vorgänge, sondern Hin- und Rückreaktion verlaufen nebeneinander und gleich schnell. Dabei bleiben die Konzentrationen der dazugehörenden Stoffe unverändert. Das Massenwirkungsgesetz charakterisiert, in welchem Zusammenhang diese vorzufinden sind. Es ergibt sich aus dem Produkt der Konzentrationen der Produkte dividiert durch das Produkt der Konzentrationen der Edukte die Gleichgewichtskonstante K. Dabei werden die Stöchiometriezahlen als Exponenten der Konzentrationen erfasst. Als Voraussetzung für die Einstellung eines chemischen Gleichgewichts gilt, dass sich nur bei einer umkehrbaren Reaktion in einem geschlossenen oder einem abgeschlossenen thermodynamischen System ein Gleichgewicht einstellen kann. Es müssen also konstante Reaktionsbedingen herrschen. Diese Gleichgewichtsreaktionen haben bestimmte Merkmale: 1.

2. 3.

Eine Gleichgewichtsreaktion ist durch einen unvollständigen Stoffumsatz gekennzeichnet, d.h. Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte liegen nebeneinander vor. Hin- und Rückreaktion verlaufen im Gleichgewichtszustand mit gleicher Geschwindigkeit. Das Gleichgewicht ist ein dynamischer Zustand

Das chemische Gleichgewicht ist beeinflussbar. Das Prinzip des kleinsten Zwanges oder Prinzip von Le Chatelier hält diese Veränderungen und deren Einfluss auf das Gleichgewicht fest. Die Faktoren, die dabei eine Rolle spielen, sind Druck, Temperatur und Konzentration. Durch Beeinflussung dieser kann das Gleichgewicht gewollt in eine bestimmte Richtung gelenkt werden.

2. Durchführung: Versuch 1 In ein mit einem ml gelber Kaliumchromatlösung gefülltes Reagenzglas wurde verdünnte Schwefelsäure hinzugefügt, sodass sich die Lösung orange färbte. Im Nachhinein wurde tropfenweise verdünnte Natronlauge in dasselbe Reagenzglas beigemengt, bis eine gelbe Verfärbung zu beobachten war.

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Versuch 2 Es wurden einige einige Tropfen Eisen(III)-chlorid Lösung zu wenig Ammoniumthiocyanat-Lösung gegeben, was zur Bildung von blutrotem Trithiocyanatoeisen(III) geführt hat. a) In ein Reagenzglas wurde verdünnte, leicht rote Trithiocyanatoeisen(III)Lösung hinzugefügt. Dieses wurde in einem Wasserbad auf einer Heizplatte erhitzt, sodass nach kurzer Zeit ein Farbumschlag sichtbar war. Anschließend wurde das Reagenzglas in einem Behältnis mit kälterem Wasser wieder abgekühlt, bis ein erneuter Farbumschlag zu beobachten war. b) Eine gleiche Trithiocyanatoeisen(III)-Lösung wurde mit einem großen Vielfachen an Wasser soweit verdünnt, sodass die blutrote Farbe entschwand. c) Die gelbe Lösung von b) (etwa 10 ml) wurde auf 2 Reagenzgläser verteilt. In das erste Reagenzglas wurde eine gehäufte Spatelspitze FeCl3 gegeben und in das zweite Reagenzglas eine gehäufte Spatelspitze festes NH4SCN. d) Das letzte Reagenzglas wurde mit der roten Trithiocyanatoeisen(III)-Lösung gefüllt und anschließend mit einer Spatelspitze Natriumfluorid versetzt, was eine Änderung der Farbe zur Folge hatte. 3.Ergebnisse: 1. Bei Hinzugabe weniger Tropfen verdünnter Schwefelsäure verfärbte sich die ausstehende, zunächst gelbe Kaliumchromatlösung orange. Nachdem anschließend verdünnte Natronlauge beigemengt wurde, war ein Farbumschlag zurück nach gelb zu beobachten. 2. a. Im mit dem blutrot-farbenen Trithiocyanatoeisen(III) gefüllten Reagenzglas veränderte sich die Farbe bei Erwärmung hin zu einem helleren, gelblichen Ton. Hingegen verdunkelte sich dieser beim darauf folgenden Abkühlprozess hin zu orange-rot. b. Das Verdünnen der weiteren blutroten Trithiocyanatoeisen(III)Lösung mit VE-Wasser hatte zur Folge, dass die rote Farbe verschwand und die Lösung gelblich bis nahezu farblos wurde. c. Als zu dem einen Teil der auf zwei Reagenzgläser verteilten, nun farblosen, Trithiocyanatoeisen(III)-Lösung eine gehäufte Spatelspitze Eisen(III)-chlorid hinzugefügt wurde, kam es zu einer schwach orange-roten Färbung. Ebenfalls entstand eine orangerote Färbung bei Zugabe von Ammoniumthiocyanat im anderen Reagenzglas, jedoch war die Färbung etwas schwächer. d. Das Beimengen einer Spatelspitze Natriumfluorid zu einem weiteren Reagenzglas, gefüllt mit blutroter Trithiocyanatoeisen(III)-Lösung, führte zur Entfärbung dieser. Seite 3 von 6

4. Auswertung: 1) Beim ersten Versuch handelt es sich um die Reaktion von Schwefelsäure und verdünnter Natronlauge. Vor der Reaktionorange gefärbt, in diesem Fall bedingt durch das Kaliumchromat. Nach tropfenweiser Zugabe der Natronlauge verfärbt sich die Lösung gelb. Diese Gleichgewichtsreaktion ist eine Neutralisation, bei der die Hydrominum-Ionen der Schwefelsäure mit den Hydroxidionen der Natronlauge zu Wasser und einem gelösten Salz reagieren. „Bei Konzentrationserhöhung eines Reaktanden wird das Gleichgewicht in die Richtung verschoben, in der der Reaktand verbraucht wird, bei Konzentrationserniedrigung in die Richtung, in der der Reaktand gebildet wird.“1 Das heißt, um das Gleichgewicht auf die Hinrekation zu schieben, muss die Konzentration der Produkte verringert beziehungsweise die Konzentration der Edukte erhöht werden.

2) Beim zweiten Versuch wurden mehrere Versuche mit Eisen(III)-chlorid Lösung und Ammoniumthiocyanat-Lösung durchgeführt. Werden beide zusammengegeben, entsteht eine blutrote Farbe. a) Durch die zugeführte Wärme wird die endotherme Teilreaktion begünstigt, eine Reaktion zu der Wärme nötig ist, damit sie abläuft. Diese Reaktion ist die Rückreaktion der ablaufenden Gleichgewichtsreaktion. Hier war schnell ein erneuter Farbumschlag zu erkennen, diesmal jedoch umgekehrt von schwachgelb zu hellrot. Das Abkühlen begünstigt die Hinreaktion im Gleichgewicht, eine exotherme Reaktion, bei der Wärme frei wird.

b) Durch die Verdünnung mit Wasser wird das Gleichgewicht erneut verschoben. Da eine Konzentrationsminderung des Fe(SCN) 3 eintritt, wird die Hinreaktion begünstigt und der Dissoziationsgrad erhöht. Es verlagert sich das Gleichgewicht also auf die Seite der schwach gelben Eisen(III)- und Thiocyanat-Ionen. Dies lässt sich auf das Ostwaldsche Verdünnungsgesetz zurückführen, zumal trotz Veränderung der Konzentration des Produktes der Quotient aus Edukten und Reaktionsprodukten immer konstant bleibt.

1 Übernommen aus der Versuchsanleitung

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c) Das erste Reagenzglas enthielt einen Teil der Lösung aus b) und lag fast farblos vor. Durch die Zugabe von FeCl3 ergab sich eine schwach rote Färbung, die Konzentration des Fe3+ erhöhte sich. Auch hier wird erneut die Hinreaktion begünstigt durch die Erhöhung der Konzentration der Fe 3+, welche das Fe(SCN)3 neu bilden.

Das zweite Reagenzglas enthält den anderen Teil der Lösung aus b) und liegt ebenfalls fast farblos vor. Durch die Zugabe von NH 4SCN ergibt sich auch hier eine rote Färbung, allerdings etwas schwächer als im ersten Reagenzglas. Durch die Zugabe erhöht sich diesmal die Konzentration der SCN -, welche auch für die Bildung des Fe(SCN)3 zuständig sind. Somit wird auch hier die Hinreaktion gefördert, die Rotfärbung, die Farbe des Trithiocyanatoeisen(III), ist in beiden Reaktionen der Beleg dafür.

K=

___c(Fe(SCN)3)__ c(Fe3+) * c3(SCN-)

Die Konzentration der Thiocyanat-Ionen ist von gößerer Bedeutung für die Lage des Gleichgewichtes. Anhand des hier aufgestellten Massenwirkungsgesetzes wird dies deutlich, denn diese wird mit drei potenziert und ist somit ausschlaggebend.

d) Die Hinzugabe von Natriumfluorid führt zur Bildung des, verglichen mit dem Trithiocyanatoeisen(III), stabileren Hexafluoroferrat(III)-Komplexes. Ebenso bewirkt das Beimengen des Natriumfluorids die Erhöhung der Konzentration der Fluorid-Ionen und somit der Edukte. Das Gleichgewicht verschiebt sich folglich unter Verbrauch dieser hin zur Entstehung des farblosen Hexafluoroferrat(III)-Komplexes, weshalb es zur Entfärbung der Lösung mit dem zunächst rotfarbenen Trithiocyanatoeisen(III) kam.

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Quellen: Prof. Dr. H.-J. Holdt, Vorlesungsskript, Experimentalvorlesung zur Allgemeinen und Anorganischen Chemie, S. Seite 129-133 Mortimer, Müller, Das Basiswissen der Chemie, 12. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 2015 Versuchsanleitung Chemisches Gleichgewicht, Moodle Kurs Betriebsanweisung Chemisches Gleichgewicht, Moodle Kurs

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