Grüße chemweazle,
Aufgabe:
Die Reaktion: CH4(g) + 2 H2S(g)⇌ CS2(g) + 4 H2(g)
Wie wird das chemische Gleichgewicht verlagert
a) die Temperatur erhöht wird?
b) H2S(g) zugesetzt wird?
c) CS2(g) entfernt wird?
d) der Druck des Reaktionsgemisches erhöht wird?
e) Erhöhung des Partialdrucks H2(g) ?
f) Erhöhung des Gesamtdrucks ?
zu a). Temperaturänderungen
Bei exothermen reversiblen Reaktionen bewirken niedrigere Temperaturen eine höhere Ausbeute an Produkten, die Gleichgewichtslagen liegen stärker rechts, auf der Produktseite.
Die Gleichgewichtskonstanten sind bei tieferen Temperaturen größer, als bei höheren Temperaturen.
Aber es ist zu beachten, daß es viele exotherme Reaktionen gibt, die bei einer Mindesttemperatur einigermaßen brauchbar schnell ablaufen.
Kühlt man Reaktionsgemische exothermer Reaktionen zu tief ab, stellt sich entweder das Gleichgewicht nur sehr langsam ein, oder die notwendige Aktivierungsenergie fehlt und die Reaktion läuft gar nicht.
Es gibt berühmte exotherme Reaktionen, die, leider nachteilig, eine sehr hohe Aktivierungsenergie und somit eine relativ hohe Temperatur, benötigen, um ablaufen zu können.
Dazu gehören die Ammoniaksynthese aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff und die Oxidation des Schwefeldioxids mit Sauerstoff zum Schwefeltrioxid, dem Anhydrid der Schwefelsäure, bei der Schwefelsäure-Herstellung.
Werden endotherme Reaktionen bei höheren Temperaturen durchgeführt, so sind die Lagen der Gleichgewichte stärker nach rechts , auf der Seite der Produkte.
Die Gleichgewichtskonstanten weisen dann für höhere Temperaturen größere Werte auf.
zu c). Entfernung eines Produkts, hier der Schwefelkohlenstoff oder mehrer Produkte
Es wird am Gleichgewicht "gezogen".
Befindet sich ein Reaktionsgemisch im Gleichgewicht und es wird ein Produkt oder es werden mehrere Produkte unter den Reaktionsbedingungen entfernt, so ist zunächst das Gleichgewicht gestört. Daraufhin reagieren weitere Ausgangsstoffe wieder zu Produkten, bis die Lage des Gleichgewichts, wieder hergstellt ist.
zu b) und e).
Wenn dem Gemisch vor Beginn der Reaktion mehr H2S (Ausgangsstoff) beigefügt wird Überschuß an Edukt), dann ist die Lage des Gleichgewichts bei der gleichen Temperatur und demselben Druck weiter rechts, auf der Produktseite..
zu e). Erhöhung des Partialdrucks an Wasserstoff(Produkt) und somit dessen Konzentration
Das ist der umgekehrte Fall zu b). , hier wird die Konzentration und ihr proportionaler Partialdruck eines Produkts (Wasserstoff) erhöht
Eine Erhöhung eines Partialdrucks einer Komponente in einer Gasmischung ist auch gleichbedeutend einer Konzentrationserhöhung.
p(H2) = c(H2) * RT
Nach dem idealen Gasgesetz ist die Konzentration eines Gases dem Druck proportional
pV = nRT
$$p = \frac{n}{V}\cdot RT = c\cdot RT$$
Partialdruckerhöhung des Produkts, Wasserstoff, bedeutet:
Δ p(H2) = Δ c(H2) RT
Die damit verbundene Erhöhung der Wasserstoff-Konzentration(Produkt-Konzentration) verschiebt die Lage des Gleichgewichts nach links in Richtung Edukte.
d) und f) die gleiche Frage nur in anderen Worten
d). der Druck des Reaktionsgemisches erhöht wird? bzw. f). Erhöhung des Gesamtdrucks ?
Ist die Lage des Gleichgewichts dieser Reaktion überhaupt druckabhängig ?
1. Fall wie angegeben, alle Reaktionsteilnehmer sind bei der Reaktionstemperatur gasförmig
1 CH4(g) + 2 H2S(g) ⇌ 1 CS2S(g) + 4 H2(g)
Überprüfung der Druckabhängigkeit der Gasphasenreaktion durch den Vergleich der Summen der stöchiometrischen Faktoren der gasförmigen Reaktanden auf beiden Seiten, der Edukt- und der Produktseite(rechte Seite)
Linke Seite(Edukte, Ausgangsstoffe)
Vor dem Methan steht der stöchiometrische Faktor 1.
Vor dem Schwefelwasserstoff(g) steht der Faktor 2.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren, linke Seite, lautet:
1 + 2 = 3
Rechte Seite(Produkte)
Vor dem Schwefelkohlenstoff(Kohlendisufid) steht der stöchiometrische Faktor 1.
Vor dem Wasserstoff(g) steht der Faktor 4.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren, rechte Seite, lautet:
1 + 4 = 5
Die Summe der stöchiometrischen Koeffizienten ist auf der rechten Seite(Produktseite) mit 5 größer, als auf der linken Eduktseite mit 3.
Eine Druckerhöhung schiebt die Lage de Gleichgewichts nach links zu der kleineren Summe der stöchiometrischen Faktoren.
2. Fall
Das gewünschte Produkt, das giftige Lösungsmittel Kohlenstoffdisulfid, Schwefelkohlenstoff, C2, fällt flüssig an.
CS2 ist ein giftiges , aber zur Herstellung von Viskose brauchbares, Lösungsmittel und hat einen Siedepunkt von : θs = 46 °C .
Bei Verwendung eines anderen guten Katalysators kann die Reaktion bei tiferer Temperatur unterhalb des Siedepunkts von Schwefelkohlenstoff durchgeführt werden.
Nun fällt CS2 flüssig an.
Der Dampfdruck des CS2 ist gegenüber den Partialdrücken der sonstigen Reaktionsteilnehmern vernachlässigbar gering.
Wie verhält es sich nun mit der Druckabhängigkeit des Gleichgewichts, Wasserstoff eines der Produkte und die beiden Edukte liegen gasförmig vor?
1 CH4(g) + 2 H2S(g) ⇌ 1 CS2S(l) + 4 H2(g)
Vergleich der Summen der stöchiometrischen Koeffizienten beider Seiten der RG
Linke Seite(Edukte, Ausgangsstoffe)
Vor dem Methan steht der stöchiometrische Faktor 1.
Vor dem Schwefelwasserstoff(g) steht der Faktor 2.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren, linke Seite, lautet:
1 + 2 = 3
genau wie im 1. Fall
Rechte Seite
Der stöchiometrische Faktor vor dem CS2 wird nicht berücksichtigt, da es flüssig anfällt.
Vor dem Wasserstoff(g) steht der Faktor 4.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren, rechten Seite, lautet:
0 + 4 = 4
Summe(rechts) = 4 größer Summe(links) = 3
Auch wenn der Schwefelkohlenstoff flüssig anfällt, ist das Gleichgewicht druckabhängig.
Die Summe der stöchiometrischen Faktoren ist auf der rechten Produktseite größer, als auf der linken Eduktseite.
Eine Druckerhöhung schiebt das Gleichgewicht auch in diesem Fall nach links zu den Ausgangsstoffen.
