Anorganische Chemie für Schüler/ Löslichkeit von Salzen und das Löslichkeitsprodukt

Das Löslichkeitsprodukt

Viele Stoffe, wie z.B. die Mehrheit der Salze löst sich in Wasser (mehr oder weniger gut). Nimmt man aber eine zu große Menge, löst sich nicht das ganze Salz auf, sondern es bleibt ein Bodenkörper zurück. Bei schwerlöslichen Salzen kann man diesen oft schon bei geringen Mengen des zugegebenen Salzes erkennen. Eine solche Lösung, bezeichnet man als gesättigt.

Zwischen einem solchen Bodenkörper und der darüber befindlichen Lösung liegt ebenfalls ein Gleichgewicht vor. Es handelt sich um den permanenten Übergang von Ionen aus dem festen Salzkristall in ihre hydratisierte (also gelöste) Form und umgekehrt.

Am Beispiel des schwerlöslichen Salzes Silberchlorid wollen wir mal genauer hinschauen

Heterogenes Gleichgewicht der zwei Phasen

Bodenkörper / Lösung

$AgCl(s)\leftrightharpoons Ag_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}$

Da sich die Konzentration des Bodenkörpers in einem enormen Überschuss befindet und obendrein konstant ist, kann sie mit der Konstanten des MWG verrechnet werden:

$K_{c}={\frac {[Ag^{+}]\cdot [Cl^{-}]}{[AgCl]}}$

K_c · [AgCl] = [Ag⁺] · [Cl^-]= L = Löslichkeitsprodukt (=maximale Ionenkonzentration)

Nützliche Aussagen des Löslichkeitproduktes:

Man kann nun berechnen, wie viel Salz sich jeweils in einer Lösung löst, so dass kein Bodenkörper entsteht, bzw. genau berechnen, wie viel Salz zugegeben werden muss, damit sich ein Bodenkörper bildet:

Aufgaben zum Löslichkeitsprodukt

Silberchlorid

Silberchlorid gilt als schwerlösliches Salz, es ist allerdings nicht völlig unlöslich. Ein geringer Anteil löst sich immer. Bei 25°C lösen sich beispielsweise 0,0019g AgCl in einem Liter Wasser.

a) Bestimme die Stoffmenge und die Konzentration der Lösung.

b) Bestimme das Löslichkeitsprodukt.

Notwendige Formeln

${\text{Stoffmenge}}({\color {Red}n})={\frac {{\text{Masse}}({\color {Red}m})[\mathrm {g} ]}{{\text{molare Masse}}({\color {Red}M})[\mathrm {g/Mol} ]}}$

${\text{Konzentration}}({\color {Red}c})={\frac {{\text{Stoffmenge}}({\color {Red}n})[\mathrm {Mol} ]}{{\text{Volumen}}({\color {Red}V})[\mathrm {L} ]}}$

Lösungsweg

Ziel: Einsetzen der Silberionen- und der Chloridionenkonzentration in das Löslichkeitsprodukt und so L ausrechnen.

1. Schritt: Um die Konzentrationen zu berechnen, die ja zum Einsetzen in das Löslichkeitsprodukt notwendig sind, benötigt man die Stoffmenge der Silberionen und der Chloridionen. An diese gelangt man durch die Stoffmenge an AgCl:

M (AgCl) ← aus dem PSE ablesen: M_(Ag) = 107,9 g/mol + M_(Cl)= 35,5 g/mol = M_(AgCl) = 143,4 g/mol

$n(AgCl)={\frac {m(AgCl)}{M(AgCl)}}={\frac {0{,}0019\,\mathrm {g} }{143{,}4\,\mathrm {g/Mol} }}=1{,}32\cdot 10^{-5}\mathrm {Mol}$

2. Schritt: Aus der Reaktionsgleichung folgt das Verhältnis der Ionen zum Feststoff:

$AgCl(s)\leftrightharpoons Ag_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}$

Würden sich also z.B. 1 mol AgCl auflösen, so würden jeweils 1 mol Ag⁺ und 1mol Cl^- bilden. Da nun in unserem Beispiel 1,32 · 10^-5 mol AgCl aufgelöst werden, liegen auch 1,32 · 10^-5 mol Ag⁺ und 1,32 · 10^-5 mol Cl^- vor.

3. Schritt - Berechnen der Konzentrationen:

Da die Aufgabe von einem Liter ausgeht, ist die Stoffmenge gleich der Konzentration:

$c(Ag^{+})=c(Cl^{-})={\frac {n(Ag)}{V(Ag)}}={\frac {1{,}32\cdot 10^{-5}\,\mathrm {Mol} }{1\,\mathrm {L} }}=1{,}32\cdot 10^{-5}\,\mathrm {Mol/L}$

4. Schritt: Einsetzen in die Formel des Löslichkeitsproduktes

[Ag⁺] · [Cl^-] = L

[1,32 · 10^-5 mol/l] · [1,32 · 10^-5 mol/l] = 1,74 10^-10 mol²/l²

Bariumsulfat

Bei 25°C sind von einer gesättigten Bariumsulfatlösung 1,04 · 10^-5 mol/l der Ba²⁺-Ionen gelöst. Berechne das Löslichkeitsprodukt

Lösung

BaSO₄ (s) ⇌ Ba²⁺_(aq) + (SO₄)^2-_(aq)

Da die Konzentrationen von Ba²⁺ und SO₄^2- im Gleichgewicht ja gleich sind gilt:

K_{L (BaSO4)} = [Ba²⁺] · [(SO₄)^2-]

Also wäre K_L ja das Quadrat der Ba²⁺ Konzentration.

K = 1,08 · 10^-10 mol²/l²

Löslichkeitsprodukte

• http://srdata.nist.gov/solubility/index.aspx

Wiederholungsaufgaben

Reaktionskinetik

Geschwindigkeit von Reaktionen

1. Nenne Kennzeichen einer chemischen Reaktionen
2. Erstelle für jeweils frei gewählte Reaktionen ein exothermes und ein endothermes Energiediagramm
3. Was versteht man unter Enthalpie und Entropie?
4. Wie unterscheiden sich Standard- und Normalbedingungen?
5. Was versteht man unter Reaktionsgeschwindigkeit?
6. Welche Faktoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit?
7. Wie unterscheiden sich mittlere und momentane Reaktionsgeschwindigkeit?
8. Erkläre die Faktoren mit einer Modellvorstellung der wirksamen Zusammenstöße.
9. Wie kann man die Reaktionsgeschwindigkeit messen? Nenne verschiedene praktische Möglichkeiten.
10. Eine Zinkgranalie und die gleiche Masse an Zinkpulver reagieren Salzsäure. Stelle die Reaktionsgleichung auf und finde Wege die Reaktionsgeschwindigkeit zu bestimmen.
11. Magnesium reagiert mit Salzsäure. Nach 1min. misst man ein Wasserstoffvolumen von 30ml.
    a) Stelle die Reaktionsgleichung auf und benenne alle Stoffe
    b) Bestimme die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit v_r in mol/s
12. Salzsäure reagiert auch mit Calciumcarbonat. Es bildet sich wiederum ein Gas. Nach 2min. wird eine Massenabnahme von 0,960g gemessen. Berechne die mittlere Änderung der Stoffmenge des Kohlenstoffdioxids. M(CO₂) = 44 g/mol
13. Die Wasserstoffperoxidkonzentration einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung nimmt bei der folgenden Reaktion ab: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. Es liegen folgende Konzentrationen vor: c₀ (H₂O₂) = 0,98 mol/l // c₁ (H₂O₂) = 0,74 mol/l Berechne den zugehörigen Zeitabschnitt, wenn die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit v_r = - 7,48 mol /l·s im betrachteten Zeitabschnitt ist.
14. Welchen Einfluss haben Katalysatoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit?

Analytik und Ionennachweise

1. Was ist eine Fällungsreaktion? Was ist ein schwerlösliches Salz?
2. Welche Eigenschaft eines Salzes macht es schwerlöslich?
3. Wie kann man Fällungsreaktionen für analytische Nachweise einsetzen?
4. Nenne Nachweise für Chloridionen, Sulfationen, Eisenionen und Kupferionen. Wie funktionieren sie jeweils?
5. Nenne mindestens 4 weitere Nachweise.

Das chemische Gleichgewicht

1. Erkläre das Eisenthiocyanatgleichgewicht.
2. Definiere chemisches Gleichgewicht.
3. Warum kann man sagen das chemische Gleichgewichtsreaktionen äußerlich zum Stillstand gekommen sind?
4. Warum sind chemische Gleichgewichte dynamisch?
5. Nenne das Prinzip von Le Chatellier
6. Nenne zu jeder der vier Arten von Gleichgewichtsreaktionen je ein Beispiel: (Lösungsgleichgewicht, Gasgleichgewicht, Säure-Base-Gleichgewicht, Redox-Gleichgewicht).
7. Erkläre das Chromat/ Dichromatgleichgewicht genau.
8. Erkläre das Stickoxidgleichgewicht genau.
9. Das Iodwasserstoffgleichgewicht ist ein gutes Beispiel für Le Chatellier. Wende sein Prinzip auf dieses Gleichgewicht an und erkläre Auswirkungen, wenn man Druck bzw. Temperatur verändert.
10. Was ist das MWG?= Wie stallt man es auf und welche Aussage trifft K?
11. Erkläre warum Mineralwasser in einer Sprudelflasche nach einiger Zeit kein „Sprudel“ mehr enthält.
12. Fasse zusammen: Wie kann man ein Gleichgewicht verschieben?
13. Erkläre das Gasgleichgewicht in den Lungenbläschen, welches zwischen Luftsauerstoff und gelöstem Sauerstoff im Blut herrscht.
14. Beschreibe die Ammoniaksynthese. Bei welchen Bedingungen findet sie statt? Warum gerade bei diesen Bedingungen?
15. Beschreibe das Boudouard-Gleichgewicht.
16. Welche Gleichgewichte spielen bei der Produktion von Schwefelsäure ein Rolle?
17. Rechne alle Gleichgewichtsaufgaben im Buch
18. Welche der folgenden Reaktionen reagiert (und in welcher Weise) auf eine Veränderung des Volumens?
    C + CO₂ ⇌ 2CO
    CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂
    CO + NO₂ ⇌ CO₂ + NO
    CaCO₃ ⇌ CaO + CO₂
    2CH₄+ O₂ + 4N₂ ⇌ 2CO + 4H₂ + 4N₂
    2NO + O₂ ⇌ 2NO₂
    CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂

Löslichkeit von Salzen

1. Was versteht man unter einem Löslichkeitsgleichgewicht?
2. Wie berechnet man K_L?
3. Begründe, warum die Löslichkeit von Salzen Temperaturabhängig ist
4. Nenne die Formel zu Berechnung der Stoffmenge und die Formel zur Berechnung der Konzentration.
5. Wie kann man an K_L ablesen, ob ein Salz bei einer bestimmten Konzentration als Feststoff ausfällt?

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