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Formulierung von Gleichgewichtsgleichungen (Übungsvideo)

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Die Autor*innen
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André Otto
Formulierung von Gleichgewichtsgleichungen (Übungsvideo)
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Formulierung von Gleichgewichtsgleichungen (Übungsvideo) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Formulierung von Gleichgewichtsgleichungen (Übungsvideo) kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere das chemische Gleichgewicht.

    Tipps

    Ab einem bestimmten Zeitpunkt einer Reaktion bleiben die Konzentrationen der Reaktionspartner konstant.

    Lösung

    Viele chemische Reaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen. Bei diesen Reaktionen sind Hin- und Rückreaktion möglich. Zu Beginn läuft die Hinreaktion schnell ab. Mit steigender Konzentration der Produkte wird sie aber langsamer und die Rückreaktion nimmt Fahrt auf. Ein Erklärungsansatz dafür ist die Stoßtheorie: Bei einer hohen Konzentration sind viele Teilchen vorhanden, die eine Reaktion miteinander eingehen können. Ein effektives Zusammentreffen ist also wahrscheinlich. Diese Wahrscheinlichkeit nimmt im Verlauf der Reaktion mit der Konzentration ab. So laufen dann im Zustand des Gleichgewichts Hin- und Rückreaktion gleich schnell ab. Die Konzentrationen ändern sich dadurch nicht mehr.

  • Stelle das Massenwirkungsgesetz für die gezeigte Reaktion auf.

    Tipps

    Im Massenwirkungsgesetz stehen die Produkte im Zähler und die Edukte im Nenner.

    Die stöchiometrischen Faktoren gehen als Exponenten in die Gleichung ein.

    Lösung

    Das Massenwirkungsgesetz (MWG) dient zur Berechnung der Gleichgewichtskonstanten. Dies ist ein Maß für die Lage des Gleichgewichts, also ob eher die Hin- oder die Rückreaktion abläuft. Um das Massenwirkungsgesetz aufzustellen, benötigst du die Reaktionsgleichung. Es berechnet sich dann als das Produkt der Konzentrationen der Produkte geteilt durch das Produkt der Konzentrationen der Edukte. Die stöchiometrischen Faktoren werden als Exponenten an die Konzentration des jeweiligen Stoffes geschrieben.

    So ergibt sich für die Reaktion $2~A~\rightleftharpoons~3~B$ das MWG:
    $K=~\frac{{c_B}^3}{{c_A}^2}$

  • Nenne die Eigenschaften von Gleichgewichtsreaktionen.

    Tipps

    Bei Gleichgewichtsreaktionen sind Hin- und Rückreaktion möglich.

    Im Gleichgewichtszustand laufen immer noch beide Reaktionen ab, nur passiert es gleich schnell.

    Lösung

    Gleichgewichtsreaktionen sind reversibel. Das bedeutet sie sind umkehrbar. Das Produkt kann somit auch wieder zu den Edukten reagieren. Nach einer bestimmten Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein. Zu diesem Zeitpunkt ändern sich die Konzentrationen nicht mehr. Die Reaktion kommt aber keineswegs zum Erliegen.

    Hin- und Rückreaktionen laufen immer noch permanent ab. Nur passiert dies mit gleicher Geschwindigkeit. Es wird also ein Produkt gebildet, das aber genauso schnell wieder zu den Edukten reagiert. Nach außen hin ist daher keine Konzentrationsänderung zu bemerken. Man spricht von einem dynamischen Gleichgewicht, da die Reaktion immer weiter läuft.

    Katalysatoren beeinflussen die Lage des Gleichgewichts nicht. Sie verkürzen nur die Zeit bis zur Einstellung des Gleichgewichts.

  • Formuliere die Reaktion und das Massenwirkungsgesetz der Reaktion von Phosphorsäure mit Wasser.

    Tipps

    Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure.

    Das Massenwirkungsgesetz errechnet sich aus dem Produkt der Konzentrationen der Produkte geteilt durch das Produkt der Konzentrationen der Edukte.

    Lösung

    Phosphorsäure ist eine mehrporotonige Säure. Das bedeutet, sie trägt mehrere Protonen, die abgegeben werden können. In der Reaktion hier betrachten wir nur die erste Protolysestufe, also die Abgabe des ersten Protons. Dabei entstehen ein Hydronium-Ion und ein Dihydrogenphosphat-Ion $({H_2PO_4}^-)$.

    Das MWG ist das Produkt der Konzentrationen der Produkte geteilt durch das Produkt der Konzentrationen der Edukte. Die stöchiometrischen Faktoren werden als Exponenten an die Konzentration des jeweiligen Stoffes geschrieben. Die Reaktionsgleichung ist also unbedingt notwendig, um das MWG aufzustellen.

  • Formuliere die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Chlorwasserstoff und Wasser.

    Tipps

    Chlorwasserstoff gibt ein Proton an das Wasser ab.

    Es entsteht ein Hydronium-Ion.

    Lösung

    Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Protolysereaktion. Das ist eine Reaktion mit Protonenübergang. Das Molekül Chlorwasserstoff ist stark polar. Die Bindungselektronen sind weit zum Chloratom verschoben. Das Wasserstoff-Ion (Proton) löst sich daher leicht vom Chloratom ab und wandert zum Wassermolekül. Das Elektron des Wasserstoffatoms bleibt dabei am Chlor zurück, wodurch dieses zum negativ geladenen Chlorid-Ion wird. Durch die Reaktion mit Wasser entsteht so ein Hydronium-Ion (auch Oxonium-Ion genannt). Dadurch fällt der pH-Wert. Die Lösung ist sauer.

  • Erkläre, wie das Gleichgewicht der Ammoniaksynthese beeinflusst werden kann.

    Tipps

    Durch die Änderung der äußeren Parameter kann eine Gleichgewichtsreaktion beeinflusst werden.

    Bei hohem Druck wird die Seite des Gleichgewichts begünstigt, die das kleinste Volumen einnimmt (kleinste Stoffmenge an Gas).

    Lösung

    Der Chemiker LeChatelier entwickelte das Prinzip des kleinsten Zwangs. Es besagt, dass wenn auf ein im Gleichgewicht befindliches System ein äußerer Zwang ausgeübt wird, sich die Lage des Gleichgewichts so verschiebt, dass der Zwang minimiert wird.

    Äußere Zwänge stellen dabei die Änderungen der Temperatur, des Drucks und der Konzentration dar. Eine hohe Temperatur begünstigt eine endotherme Reaktion. Diese wird bei solchen Temperaturen dann verstärkt ablaufen. Im Falle der Ammoniaksynthese würde das Gleichgewicht dadurch zur Seite der Edukte verschoben, da die Hinreaktion exotherm ist. Ein hoher Druck bewirkt die Verschiebung hin zum geringsten Gasvolumen. Ein hoher Druck erhöht also die Ausbeute an Ammoniak, da die Edukte insgesamt 4 mol Gas darstellen und das Produkt Ammoniak nur 2 mol Gas (siehe Reaktionsgleichung). Die Konzentration hat ebenfalls einen Einfluss. Entnimmt man einen Reaktionspartner, läuft die Reaktion in die Richtung ab, in die er nachgebildet wird. Eine kontinuierliche Entnahme des Ammoniaks erhöht folglich auch die Ausbeute.

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