Wie kann man die Gleichgewichtskonzentration aller Komponenten berechnen?

Question

Aufgabe:

Bei der Esterspaltung wurden 1 mol Essigsäureethylester, 1 mol Wasser und so viel Aceton gemischt, dass das Gesamtvolumen 178 ml beträgt. Nachdem sich das Gleichgewicht eingestellt hat, titriert man 5 ml der Mischung mit Natronlauge (1mol*l -¹ ). Man benötigt 9.5 ml.

Wie kann man die Gleichgewichtskonzentration aller Komponenten berechnen?

Ich danke euch:)

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Zu

Bei der Esterspaltung (Verseifung, diese geht nur mittels Katalysator) wurden 1 mol Essigsäureethylester, 1 mol Wasser und so viel Aceton gemischt, dass das Gesamtvolumen 178 ml beträgt. Nachdem sich das Gleichgewicht eingestellt hat, titriert man 5 ml der Mischung mit Natronlauge (1mol*l -1 ). Man benötigt 9.5 ml.
Wie kann man die Gleichgewichtskonzentration aller Komponenten berechnen?

Reaktionsgleichung

Katalysierte Verseifung von Essigsäure-ethylester

CH₃(C=O)-O-C₂H₅ + H₂O ⇌ CH₃-(C=O)-O-H + C₂H₅-OH

Aus einem mol Ester entstehen bei der Verseifung unter Verbrauch von 1 mol Wasser 1mol Carbonsäure, hier im Beispiel Essigsäure(Ethansäure), und 1 mol Alkohol.
Die Konzentration der enstandene Essigsäure im Gemisch im Gleichgewichtszustand, also am Ende der Reaktion, wird durch acidimetrische Titration(Säure-Base-Titration) ermittelt.

Titration

CH₃(C=O)-O-H + NaOH → NaCH₃CO_2(aq) + H₂O

[NaOH] = 1 mol/ = 1 mmol/ml; Aliquot: V = 5 ml
V(NaOH) = 9,5 ml

Abkürzung: n_gl Gleichgewichtsstoffmenge, c_gl Gleichgewichtskonzentration

n(NaOH) = n_gl(Essigsäure) = n_gl(Ethanol) = [NaOH] * V(NaOH)

n_gl(Essigsäure) = n_gl(Ethanol) = (1mmol /ml) * 9,5 ml = 9,5 mmol

Die Konzentration der Essigsäure und des Ethanols sind im Aliquot von 5ml gleich der Gleichgewichtskonzentration im Reaktionsgemisch.

c_gl(Essigsäure) = c_gl(Ethanol) = 9,5 mmol/ 5 ml = 1,9 mol /l

Nun interessiert auch die Gleichgewichtskonzentration des Esters.

Hierzu wird aus der Gleichgewichtskonzentration der Essigsäure durch Multiplikation mit dem Reaktionsgemischvolumen die Stoffmenge an Essigsäure im Reaktionsgemisch errechnet.
Nun subtrahiert man die Stoffmenge an Essigsäure von der Stoffmenge des eingesetzten Esters und erhält die Gleichgewichsstoffmenge an Essigester. Das geteilt durch das Reaktionsgemischvolumen ergibt dann die Gleichgewichtskonzentration des Esters.
Gleichgewichtsstoffmengen an Essigsäure und Ethanol in den 178 ml Reaktionsmischung

n_gl(Essigsäure, in 178ml) = n_gl(Ethanol , in 178ml) = (1,9 mol/ l) * 0,178 l = 0,3382 mol

1mol Essigester wurden eingesetzt, also verbleiben als Gleichgewichtsstoffmenge übrig:


Die Gleichgewichtskonzentration des Essigsäureethylesters:

n0(Essigester) - n_gl(Essigester) = 1 mol - 0,3382 mol = 0,6618 mol

Die Gleichgewichtskonzentration des Essigsäureethylesters:

c_gl(Essigester) = 0,6618 mol / 0,178 l = 3,72 mol/l

Zum Vergleich alle eingesezten Stoffmengen; Anfangskonzentrationen c0() und Gleichgewichtskonzentrationen c_gl

Essigsäureethylester:
Einwaagestoffmenge: 1 mol, Anfangskonzentration = 1mol/ 0,178 l = 5,62 mol/l

Gleichgewichtsstoffmenge im Gemisch: 0,6618 mol, Gleichgewichtskonzentration: c_gl(Essigester) = 3,72 mol/l

Ethanol und Essigsäure:

Einwaagestoffmenge und Konzentration zu Beginn der Reaktion gleich Null

Gleichgewichtsstoffmenge im Gemisch: 0,3382 mol

Gleichgewichtskonzentration: c_gl(Essigsäure) = c_gl(Ethanol) = 1,9 mol/l