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Question 1Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) (Haber-Bosch-Verfahren) soll die Ammoniakausbeute bei konstanter Temperatur erhöht werden. Welche Maßnahme ist nach dem Prinzip von Le Chatelier wirksam?

  1. Erhöhung der Reaktionstemperatur
  2. Erhöhung des Gesamtdrucks durch Kompression des Gasgemischs Correct answer.
  3. Verringerung der Konzentration von Stickstoff durch Abtrennen
  4. Zugabe eines Katalysators auf Eisenbasis

Explanation

Auf der Eduktseite stehen vier Gasmole, auf der Produktseite zwei; eine Druckerhöhung verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite mit der geringeren Stoffmenge gasförmiger Teilchen, also zu NH3. Ein Katalysator verkürzt nur die Einstellzeit, ohne die Gleichgewichtslage zu verändern. Eine Temperaturerhöhung begünstigt die endotherme Rückreaktion, und N2-Entzug verschiebt das Gleichgewicht zur Eduktseite.

Question 2Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Welche Aussage beschreibt das Massenwirkungsgesetz für eine reversible Reaktion a A + b B ⇌ c C + d D in wässriger Lösung korrekt?

  1. K = ([C] + [D]) / ([A] + [B])
  2. K = [A]^a · [B]^b / ([C]^c · [D]^d)
  3. K = c·[C] · d·[D] / (a·[A] · b·[B])
  4. K = [C]^c · [D]^d / ([A]^a · [B]^b) Correct answer.

Explanation

Das Massenwirkungsgesetz setzt das Produkt der Gleichgewichtskonzentrationen der Produkte, jede mit ihrem stöchiometrischen Koeffizienten potenziert, ins Verhältnis zum entsprechenden Produkt der Edukte. Reine Feststoffe und Lösungsmittel Wasser werden dabei nicht in den Quotienten aufgenommen. Die Lage des Gleichgewichts wird allein durch die Temperatur beeinflusst, nicht durch Startkonzentrationen.

Question 3Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine wässrige Lösung hat bei 25 °C einen pH-Wert von 3,5. Welcher pOH-Wert und welche Charakterisierung folgen daraus?

  1. pOH = 3,5; die Lösung reagiert neutral
  2. pOH = 10,5; die Lösung reagiert basisch
  3. pOH = 10,5; die Lösung reagiert sauer Correct answer.
  4. pOH = 17,5; die Lösung reagiert sauer

Explanation

Bei 25 °C gilt pH + pOH = 14, also pOH = 14 − 3,5 = 10,5. Ein pH-Wert unter 7 zeigt eine saure Lösung an, weil die Oxoniumionenkonzentration die der Hydroxidionen übersteigt. Die beiden Werte sind über das Ionenprodukt des Wassers (Kw = 10^-14) verknüpft.

Question 4Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Welche Definition beschreibt eine Brønsted-Säure im Sinne der Protolysentheorie?

  1. Ein Teilchen, das ein Elektronenpaar zur Bildung einer koordinativen Bindung bereitstellt
  2. Ein Teilchen, das Protonen aufnimmt
  3. Ein Teilchen, das in Wasser vollständig dissoziiert
  4. Ein Teilchen, das Protonen abgeben kann Correct answer.

Explanation

Nach Brønsted ist eine Säure ein Protonendonator, also ein Teilchen, das ein Proton (H+) an einen Reaktionspartner übertragen kann. Die korrespondierende Base entsteht nach Abgabe des Protons und kann ihn wieder aufnehmen. Die Stärke einer Säure wird durch ihre Säurekonstante beschrieben, nicht durch die Vollständigkeit der Dissoziation.

Question 5Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

In einer galvanischen Zelle wird die Reaktion Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu genutzt. Welche Aussage über die Elektrodenvorgänge ist zutreffend?

  1. Zink gibt Elektronen ab und wirkt als Anode Correct answer.
  2. Kupferionen werden oxidiert und geben Elektronen ab
  3. Zink wird reduziert und wirkt als Kathode
  4. Beide Elektroden geben Elektronen an den Elektrolyten ab

Explanation

Zink hat das negativere Standardpotential und wird daher oxidiert; die Oxidation findet an der Anode statt, die in der galvanischen Zelle den Minuspol bildet. Die freigesetzten Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis zur Kupferelektrode, an der Cu2+ zu Cu reduziert wird. Insgesamt ist die Zellspannung die Differenz der Standardpotentiale.

Question 6Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Was gibt die Säurekonstante Ks einer schwachen Säure HA an?

  1. Die Lage des Protolysegleichgewichts HA + H2O ⇌ H3O+ + A− Correct answer.
  2. Die Konzentration der undissoziierten Säure im Gleichgewicht
  3. Das Verhältnis der Konzentrationen von H3O+ und OH− in der Lösung
  4. Die Geschwindigkeit, mit der die Säure mit Wasser reagiert

Explanation

Ks ist die Gleichgewichtskonstante der Protolysereaktion und damit ein quantitatives Maß für die Stärke einer Säure: Ein größerer Ks-Wert bedeutet ein weiter nach rechts verschobenes Gleichgewicht. Aus Ks lässt sich über den pKs-Wert die Stärke der Säure und daraus der pH-Wert einer Lösung berechnen. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch Ks nicht beschrieben.

Question 7Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Lösung enthält Essigsäure und Natriumacetat in vergleichbaren Konzentrationen. Welche Eigenschaft hat dieses System?

  1. Es kann keinen pH-Sprung am Äquivalenzpunkt zeigen
  2. Es hat immer einen pH-Wert von 7, unabhängig vom Konzentrationsverhältnis
  3. Es wirkt als Puffer, weil es Zugaben von Säure und Base in begrenztem Umfang abfängt Correct answer.
  4. Es enthält ausschließlich undissoziierte Essigsäure

Explanation

Ein Gemisch aus einer schwachen Säure und ihrer konjugierten Base bildet einen Puffer: Zugesetzte H3O+-Ionen werden von Acetat abgefangen, OH−-Ionen von der Essigsäure. Der pH-Wert ergibt sich näherungsweise aus der Henderson-Hasselbalch-Gleichung pH = pKs + lg([A−]/[HA]). Die Pufferkapazität ist begrenzt und erschöpft sich, sobald eine Komponente verbraucht ist.

Question 8Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei einer Redoxreaktion ändert sich die Oxidationszahl eines Elements von +3 auf +1. Welcher Vorgang liegt vor und wie viele Elektronen werden pro beteiligtem Teilchen umgesetzt?

  1. Oxidation, drei Elektronen werden abgegeben
  2. Reduktion, ein Elektron wird aufgenommen
  3. Reduktion, zwei Elektronen werden aufgenommen Correct answer.
  4. Oxidation, zwei Elektronen werden abgegeben

Explanation

Die Oxidationszahl sinkt um zwei Einheiten, das heißt, das Teilchen nimmt zwei Elektronen auf; die Aufnahme von Elektronen ist definitionsgemäß eine Reduktion. Die Differenz der Oxidationszahlen entspricht stets der Zahl der übertragenen Elektronen. Ein Anstieg der Oxidationszahl würde dagegen eine Oxidation anzeigen.

Question 9Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht 2 NO2(g) ⇌ N2O4(g) ist die Hinreaktion exotherm. Wie wirkt sich eine Temperaturerhöhung auf die Gleichgewichtskonstante K aus?

  1. K bleibt konstant, weil nur der Druck die Gleichgewichtslage beeinflusst
  2. K wird größer, weil die Hinreaktion beschleunigt wird
  3. K wird größer, weil sich die Aktivierungsenergie verringert
  4. K wird kleiner, weil das Gleichgewicht zur Eduktseite verschoben wird Correct answer.

Explanation

Bei exothermer Hinreaktion wird durch Temperaturerhöhung die endotherme Rückreaktion bevorzugt, sodass sich das Gleichgewicht zur Eduktseite verschiebt. Damit sinkt das Verhältnis [N2O4]/[NO2]^2, also wird K kleiner. Die Gleichgewichtskonstante ist neben dem Druckverhalten der einzige von der Temperatur abhängige Lageparameter.

Question 10Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine 0,10 mol/L Lösung einer schwachen Säure HA hat einen pH-Wert von 3,0. Welcher pKs-Wert folgt daraus näherungsweise?

  1. pKs ≈ 3,0
  2. pKs ≈ 7,0
  3. pKs ≈ 1,0
  4. pKs ≈ 5,0 Correct answer.

Explanation

Aus pH 3,0 folgt c(H3O+) = 10^-3 mol/L; bei schwacher Säure ist c(A−) ≈ c(H3O+) und c(HA) ≈ c0 − c(H3O+) ≈ 0,099 mol/L. Damit ergibt sich Ks ≈ (10^-3)^2 / 0,10 = 10^-5, also pKs ≈ 5. Der pKs-Wert ist unabhängig von der Ausgangskonzentration und kennzeichnet die Säurestärke.

Question 11Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei der Titration von 25 mL Salzsäure mit Natronlauge der Konzentration 0,10 mol/L werden bis zum Äquivalenzpunkt 20 mL Maßlösung verbraucht. Welche Stoffmengenkonzentration hat die Salzsäure?

  1. 0,200 mol/L
  2. 0,050 mol/L
  3. 0,080 mol/L Correct answer.
  4. 0,125 mol/L

Explanation

Im Äquivalenzpunkt gilt n(HCl) = n(NaOH), also c(HCl)·V(HCl) = c(NaOH)·V(NaOH). Daraus folgt c(HCl) = 0,10 mol/L · 20 mL / 25 mL = 0,080 mol/L. Die Reaktion verläuft im Stoffmengenverhältnis 1:1, sodass keine zusätzlichen stöchiometrischen Faktoren nötig sind.

Question 12Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Lösung wird aus gleichen Volumina 0,1 mol/L Essigsäure (pKs = 4,75) und 0,1 mol/L Natriumacetat hergestellt. Welcher pH-Wert stellt sich näherungsweise ein?

  1. pH ≈ 7,0
  2. pH ≈ 9,25
  3. pH ≈ 2,9
  4. pH ≈ 4,75 Correct answer.

Explanation

Nach Henderson-Hasselbalch gilt pH = pKs + lg([A−]/[HA]). Da beide Komponenten in gleicher Konzentration vorliegen, ist das Verhältnis 1 und der Logarithmus null, sodass pH = pKs = 4,75 folgt. Dieser Punkt maximaler Pufferkapazität wird als Halbäquivalenzpunkt bezeichnet.

Question 13Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für die Zelle aus einer Silberhalbzelle (Ag+/Ag, E° = +0,80 V) und einer Zinkhalbzelle (Zn2+/Zn, E° = −0,76 V) soll die Zellspannung unter Standardbedingungen berechnet werden. Welcher Wert und welche Polung sind richtig?

  1. 0,04 V; Zink ist die Kathode
  2. 1,56 V; Silber ist die Kathode Correct answer.
  3. 1,56 V; Zink ist die Kathode
  4. −1,56 V; die Reaktion läuft freiwillig nicht ab

Explanation

Die Zellspannung ergibt sich als Differenz E°(Kathode) − E°(Anode) = 0,80 V − (−0,76 V) = 1,56 V. Silber hat das positivere Standardpotential und wird reduziert, ist also die Kathode. Zink wird oxidiert und bildet die Anode, an der Elektronen abgegeben werden.

Question 14Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

In einem geschlossenen Gefäß wird die Reaktion H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) bei konstanter Temperatur untersucht. Wie wirkt sich eine Verdopplung des Volumens bei gleichbleibender Temperatur auf die Gleichgewichtslage aus?

  1. Es tritt keine Verschiebung auf, weil die Stoffmengen auf beiden Seiten gleich sind Correct answer.
  2. Die Gleichgewichtskonstante K wird halbiert
  3. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite des Produkts
  4. Das Gleichgewicht verschiebt sich zur Seite der Edukte

Explanation

Auf beiden Seiten der Gleichung stehen je zwei Gasmole, sodass eine Volumenänderung alle Konzentrationen im gleichen Verhältnis verändert. Der Quotient [HI]^2/([H2]·[I2]) bleibt dabei unverändert, und es erfolgt keine Verschiebung. Bei Reaktionen mit unterschiedlicher Teilchenzahl auf beiden Seiten würde eine Druck- oder Volumenänderung dagegen die Lage beeinflussen.

Question 15Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Ammoniak reagiert mit Wasser nach NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−. Welche Rolle spielt Ammoniak in diesem Gleichgewicht?

  1. Es wirkt als Katalysator der Autoprotolyse des Wassers
  2. Es wirkt als Base und nimmt ein Proton auf Correct answer.
  3. Es wirkt als Säure und gibt ein Proton ab
  4. Es wirkt als Elektronendonator und reduziert Wasser

Explanation

Ammoniak nimmt ein Proton vom Wasser auf und bildet das Ammoniumion; nach Brønsted ist es damit eine Base. Das entstehende OH−-Ion erklärt die basische Reaktion der Ammoniaklösung. Die korrespondierende Säure ist NH4+, dessen pKs-Wert die Stärke der Base über Kb ergänzt.

Question 16Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei der Titration einer schwachen Säure mit einer starken Base zeigt die Titrationskurve am Äquivalenzpunkt einen pH-Wert von etwa 8,5. Wie lässt sich dieser Wert erklären?

  1. Weil die Autoprotolyse des Wassers bei Anwesenheit einer schwachen Säure unterdrückt wird
  2. Weil am Äquivalenzpunkt die konjugierte Base der schwachen Säure hydrolysiert und OH− bildet Correct answer.
  3. Weil die Maßlösung eine starke Base ist, liegt der Äquivalenzpunkt stets über pH 7
  4. Weil die schwache Säure am Äquivalenzpunkt noch nicht vollständig neutralisiert ist

Explanation

Am Äquivalenzpunkt liegt die schwache Säure vollständig als ihre konjugierte Base vor, die mit Wasser nach A− + H2O ⇌ HA + OH− reagiert. Diese Hydrolyse erzeugt OH−-Ionen und verschiebt den pH-Wert in den basischen Bereich. Bei einer starken Säure wäre die konjugierte Base dagegen praktisch keine Base, sodass pH 7 resultierte.

Question 17Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

In einer wässrigen Lösung wird das Gleichgewicht Fe3+ + e− ⇌ Fe2+ betrachtet. Wie wirkt sich eine Erhöhung der Fe3+-Konzentration auf das Redoxpotential aus?

  1. Das Potential sinkt, weil Fe2+ als Reduktionsmittel verbraucht wird
  2. Das Potential steigt, weil das Verhältnis der oxidierten zur reduzierten Form zunimmt Correct answer.
  3. Das Potential bleibt unverändert, weil das Standardpotential konstant ist
  4. Das Potential sinkt, weil mehr oxidiertes Eisen vorliegt

Explanation

Nach der Nernst-Gleichung E = E° + (0,059 V/z)·lg([Ox]/[Red]) steigt das Potential mit dem Verhältnis der oxidierten zur reduzierten Form. Eine höhere Fe3+-Konzentration vergrößert dieses Verhältnis, sodass E zunimmt. Das Standardpotential E° bleibt dabei als stoffspezifische Konstante erhalten.

Question 18Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei 25 °C hat eine wässrige Lösung einen pH-Wert von 10,0. Welche Hydroxidionenkonzentration liegt vor?

  1. c(OH−) = 1·10^-7 mol/L
  2. c(OH−) = 1·10^-14 mol/L
  3. c(OH−) = 1·10^-4 mol/L Correct answer.
  4. c(OH−) = 1·10^-10 mol/L

Explanation

Bei 25 °C gilt pOH = 14 − pH = 4, und aus c(OH−) = 10^-pOH folgt 10^-4 mol/L. Die Lösung ist basisch, weil die Hydroxidionenkonzentration größer als 10^-7 mol/L ist. Die Oxoniumionenkonzentration beträgt entsprechend 10^-10 mol/L.

Question 19Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für eine Reaktion A + B ⇌ C+D liegt der berechnete Reaktionsquotient Q unter dem Wert der Gleichgewichtskonstante K. Was folgt daraus für die Reaktionsrichtung?

  1. Die Hinreaktion überwiegt, bis Q den Wert von K erreicht Correct answer.
  2. Das System ist bereits im Gleichgewicht, weil Q und K vergleichbar sind
  3. Die Rückreaktion überwiegt, bis Q wieder größer wird
  4. Die Reaktion läuft nicht ab, weil Q und K nicht übereinstimmen

Explanation

Der Reaktionsquotient Q beschreibt das aktuelle Konzentrationsverhältnis und wird mit K verglichen. Ist Q < K, so fehlen Produkte; die Hinreaktion läuft bevorzugt ab, bis Q den Wert von K erreicht hat. Bei Q > K überwiegt entsprechend die Rückreaktion.

Question 20Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Ein Liter einer Pufferlösung enthält 0,10 mol Essigsäure (pKs = 4,75) und 0,10 mol Natriumacetat. Es werden 0,01 mol HCl zugegeben. Welcher pH-Wert stellt sich näherungsweise ein?

  1. pH ≈ 2,00
  2. pH ≈ 4,66 Correct answer.
  3. pH ≈ 4,75
  4. pH ≈ 4,84

Explanation

Die zugegebene Salzsäure protoniert Acetat: Aus 0,10 mol A− werden 0,09 mol, aus 0,10 mol HA werden 0,11 mol. Damit gilt pH = 4,75 + lg(0,09/0,11) ≈ 4,75 − 0,09 ≈ 4,66. Die Pufferlösung fängt die starke Säure nahezu ab, sodass der pH-Wert nur geringfügig sinkt.

Question 21Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei der Elektrolyse einer Kupfersulfatlösung mit Platinelektroden wird an der Kathode Kupfer abgeschieden. Welche Reaktion läuft an der Anode ab?

  1. 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e− Correct answer.
  2. 2 H+ + 2 e− → H2
  3. Cu2+ + 2 e− → Cu
  4. 2 H2O + 2 e− → H2 + 2 OH−

Explanation

An der Anode findet die Oxidation statt; da Platin als inertes Material keine eigene Oxidation zulässt, wird Wasser zu Sauerstoff oxidiert. Dabei entstehen zusätzlich Protonen, sodass der anodische Raum saurer wird. Die Kupferabscheidung ist die kathodische Reduktion und nicht der Anodenprozess.

Question 22Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Löslichkeitsgleichgewicht von Calciumcarbonat gilt CaCO3(s) ⇌ Ca2+(aq) + CO3^2−(aq). Welche Auswirkung hat eine Erhöhung der Calciumionenkonzentration auf die Löslichkeit?

  1. Die Löslichkeit sinkt, weil das Löslichkeitsprodukt kleiner wird
  2. Die Löslichkeit bleibt gleich, weil das Löslichkeitsprodukt konstant ist
  3. Die Löslichkeit steigt, weil mehr Ca2+ vorhanden ist
  4. Die Löslichkeit sinkt, weil das Gleichgewicht zur festen Phase verschoben wird Correct answer.

Explanation

Das Löslichkeitsprodukt KL = [Ca2+]·[CO3^2−] ist bei gegebener Temperatur konstant. Wird die Ca2+-Konzentration erhöht, muss das Produkt durch Verringerung der CO3^2−-Konzentration erhalten bleiben, was durch Ausfällung von CaCO3 geschieht. Die Löslichkeit nimmt dadurch ab; das Prinzip von Le Chatelier liefert die gleiche Aussage.

Question 23Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g) wird bei konstanter Temperatur das Volumen halbiert. Welche Aussage beschreibt die unmittelbare Folge und die anschließende Einstellung korrekt?

  1. Q bleibt gleich K, und die Lage ändert sich nicht
  2. Q wird größer als K, und es entsteht mehr N2O4 Correct answer.
  3. Q wird kleiner als K, und es entsteht mehr N2O4
  4. Q wird größer als K, und es entsteht mehr NO2

Explanation

Bei Halbierung des Volumens verdoppeln sich alle Konzentrationen; im Quotienten Q = [NO2]^2/[N2O4] wirkt sich das Quadrat im Zähler stärker aus, sodass Q größer als K wird. Das System reagiert durch Verschiebung zur Seite mit der geringeren Teilchenzahl, also zu N2O4. Dadurch sinkt Q wieder bis zum Wert von K.

Question 24Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine galvanische Zelle arbeitet mit den Halbzellen Ag+/Ag (E° = +0,80 V) und Cu2+/Cu (E° = +0,34 V) unter Standardbedingungen. Wie groß ist die Zellspannung, und welche Elektrode ist die Kathode?

  1. 0,46 V; Silber ist die Kathode
  2. 0,46 V; Kupfer ist die Kathode
  3. 1,14 V; Silber ist die Kathode Correct answer.
  4. 1,14 V; Kupfer ist die Kathode

Explanation

Die Zellspannung ergibt sich als E°(Kathode) − E°(Anode) = 0,80 V − 0,34 V = 0,46 V, und die Elektrode mit dem positiveren Potential, also Silber, wird reduziert und ist die Kathode. Ein Wert von 1,14 V entstünde durch Addition der Potentiale, was nicht zulässig ist. Kupfer wird oxidiert und bildet die Anode.

Question 25Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei einer Redoxreaktion in saurer Lösung soll die Teilgleichung Cr2O7^2− → Cr3+ ausgeglichen werden. Welche Koeffizienten und Teilchen sind erforderlich?

  1. Cr2O7^2− + 14 H+ + 3 e− → 2 Cr3+ + 7 H2O
  2. Cr2O7^2− + 14 H+ + 6 e− → 2 Cr3+ + 7 H2O Correct answer.
  3. Cr2O7^2− + 6 e− → 2 Cr3+ + 7 O2
  4. Cr2O7^2− + 7 H+ + 3 e− → 2 Cr3+ + 7 OH−

Explanation

Im sauren Milieu wird die Sauerstoffbilanz mit H2O und die Wasserstoffbilanz mit H+ ausgeglichen: Aus Cr2O7^2− entstehen 2 Cr3+ und 7 H2O, wobei 14 H+ benötigt werden. Die Ladungsbilanz verlangt sechs Elektronen, denn links ergibt sich −2 + 14 − 6 = +6 und rechts 2·(+3) = +6. Damit ist die Teilgleichung in Atomen und Ladungen ausgeglichen.

Question 26Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht CO(g) + Cl2(g) ⇌ COCl2(g) gilt bei 500 K Kc = 4,0·10^4. Welche Aussage über die Lage des Gleichgewichts ist bei dieser Temperatur zutreffend?

  1. Eine Aussage über die Lage ist ohne Kenntnis der Ausgangskonzentrationen nicht möglich.
  2. Das Gleichgewicht liegt deutlich auf der Seite der Edukte CO und Cl2.
  3. Edukte und Produkt liegen in vergleichbaren Konzentrationen vor.
  4. Das Gleichgewicht liegt deutlich auf der Seite des Produkts COCl2. Correct answer.

Explanation

Ein großer Zahlenwert von K bedeutet, dass im Zähler des Massenwirkungsausdrucks (Produktkonzentrationen) deutlich größere Werte stehen als im Nenner. Bei Kc = 4,0·10^4 dominiert daher das Produkt COCl2 im Gleichgewicht. Die Lage ist eine Eigenschaft des Gleichgewichts bei gegebener Temperatur und hängt nicht von den Startkonzentrationen ab.

Question 27Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei 25 °C gilt für reines Wasser Kw = 1,0·10^−14. Welche Konzentration an Oxoniumionen ergibt sich in einer wässrigen Natronlauge mit c(OH−) = 1,0·10^−3 mol/L?

  1. 1,0·10^−14 mol/L
  2. 1,0·10^−7 mol/L
  3. 1,0·10^−3 mol/L
  4. 1,0·10^−11 mol/L Correct answer.

Explanation

Das Ionenprodukt des Wassers verknüpft beide Konzentrationen: c(H3O+)·c(OH−) = Kw. Division ergibt c(H3O+) = 1,0·10^−14 / 1,0·10^−3 = 1,0·10^−11 mol/L. Der pH-Wert dieser Lösung beträgt damit 11.

Question 28Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Welche Definition beschreibt nach Brønsted ein Säure-Base-Paar (korrespondierendes Paar) korrekt?

  1. Zwei Stoffe, die beide Protonen abgeben können
  2. Säure und Base, die stets in gleicher Konzentration vorliegen
  3. Zwei Stoffe, die sich nur durch ein Elektron unterscheiden
  4. Säure und Base, die sich nur durch ein Proton unterscheiden Correct answer.

Explanation

Nach Brønsted ist eine Säure ein Protonendonator, ihre korrespondierende Base entsteht durch Abgabe genau eines Protons. Beispiel: H3O+ und H2O oder CH3COOH und CH3COO−. Das konjugierte Paar unterscheidet sich also um ein H+.

Question 29Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für die Reaktion Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) beträgt die Zellspannung unter Standardbedingungen 1,10 V. Welche Elektrode ist die Kathode und welcher Vorgang läuft dort ab?

  1. Die Zinkelektrode; Zn2+ wird zu Zn reduziert.
  2. Die Zinkelektrode; Zn wird zu Zn2+ oxidiert.
  3. Die Kupferelektrode; Cu2+ wird zu Cu reduziert. Correct answer.
  4. Die Kupferelektrode; Cu wird zu Cu2+ oxidiert.

Explanation

Die Kathode ist der Pluspol, an dem die Reduktion stattfindet; dort werden Cu2+-Ionen zu Kupfer aufgenommen. Zink hat das negativere Standardpotential und wird an der Anode oxidiert. Die Elektronen fließen in der äußeren Leitung von Zink zu Kupfer.

Question 30Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Welche Aussage über die Wirkung eines Katalysators auf ein chemisches Gleichgewicht ist zutreffend?

  1. Er erhöht die Gleichgewichtskonstante K.
  2. Er verschiebt die Gleichgewichtslage zugunsten der Edukte.
  3. Er verschiebt die Gleichgewichtslage zugunsten der Produkte.
  4. Er verkürzt die Einstellzeit, ohne die Gleichgewichtslage zu verändern. Correct answer.

Explanation

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie von Hin- und Rückreaktion gleichermaßen. Dadurch wird das Gleichgewicht schneller erreicht, die Lage und der Wert von K bleiben jedoch unverändert. Nur Temperaturänderungen verändern K.

Question 31Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine wässrige Lösung hat bei 25 °C einen pH-Wert von 4,0. Wie ist die Lösung einzustufen?

  1. Sie ist sauer, weil c(H3O+) größer als 10^−7 mol/L ist. Correct answer.
  2. Sie ist sauer, weil die Hydroxidionenkonzentration 10^−4 mol/L beträgt.
  3. Sie ist basisch, weil der pH-Wert unter 7 liegt.
  4. Sie ist neutral, weil der pH-Wert ganzzahlig ist.

Explanation

Bei 25 °C gilt pH < 7 für saure Lösungen; hier ist c(H3O+) = 10^−4 mol/L, also deutlich größer als die neutrale Konzentration 10^−7 mol/L. Damit überwiegen die Oxoniumionen.

Question 32Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine gesättigte Lösung von Silberchlorid enthält festes AgCl sowie Ag+- und Cl−-Ionen. Welche Änderung tritt ein, wenn der Lösung zusätzlich Natriumchlorid zugegeben wird?

  1. Die Löslichkeit von AgCl steigt, weil mehr Cl−-Ionen vorhanden sind.
  2. Das Löslichkeitsprodukt von AgCl wird größer.
  3. Das Löslichkeitsprodukt von AgCl wird kleiner.
  4. Die Löslichkeit von AgCl sinkt, weil das Löslichkeitsprodukt konstant bleibt. Correct answer.

Explanation

Das Löslichkeitsprodukt KL = c(Ag+)·c(Cl−) ist bei gegebener Temperatur konstant. Erhöht man c(Cl−) durch die Zugabe von Chlorid, muss c(Ag+) sinken, damit das Produkt gleich bleibt; es fällt weiteres AgCl aus. Diesen Effekt nennt man gleichionigen Zusatz.

Question 33Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für die Umsetzung von Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak gilt N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g). Wie lautet der korrekte Massenwirkungsausdruck für Kc?

  1. Kc = c(NH3)^2 / [c(N2)·c(H2)]
  2. Kc = c(NH3)^2 / [c(N2)·c(H2)^3] Correct answer.
  3. Kc = [c(N2)·c(H2)^3] / c(NH3)^2
  4. Kc = c(NH3) / [c(N2)·c(H2)]

Explanation

Im Massenwirkungsausdruck stehen die Produktkonzentrationen mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten als Exponenten im Zähler und die Eduktkonzentrationen im Nenner. Für 2 NH3 im Zähler und N2 sowie 3 H2 im Nenner ergibt sich Kc = c(NH3)^2 / [c(N2)·c(H2)^3].

Question 34Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei 25 °C hat eine wässrige Lösung einen pH-Wert von 9,0. Wie groß ist die Hydroxidionenkonzentration näherungsweise?

  1. 1,0·10^−14 mol/L
  2. 1,0·10^−9 mol/L
  3. 1,0·10^−5 mol/L Correct answer.
  4. 1,0·10^−7 mol/L

Explanation

Aus dem pH-Wert folgt c(H3O+) = 10^−9 mol/L. Mit dem Ionenprodukt Kw = 1,0·10^−14 ergibt sich c(OH−) = 10^−14 / 10^−9 = 10^−5 mol/L. Die Lösung ist damit basisch, was zu pH = 9 passt.

Question 35Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Pufferlösung enthält Ammoniak (pKb = 4,75) und Ammoniumchlorid im Stoffmengenverhältnis 1:1. Welcher pH-Wert stellt sich bei 25 °C ein?

  1. 7,00
  2. 4,75
  3. 9,25 Correct answer.
  4. 11,25

Explanation

Für das Paar NH4+/NH3 gilt pKs(NH4+) = 14 − pKb(NH3) = 9,25. Bei gleichen Konzentrationen von Säure und Base ist pH = pKs, hier also 9,25. Die Lösung reagiert basisch, weil Ammoniak die stärkere Base des Paares ist.

Question 36Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für die Reaktion 2 SO2(g) + O2(g) ⇌ 2 SO3(g) wird bei konstanter Temperatur der Druck durch Verkleinerung des Volumens erhöht. Welche Wirkung hat das auf das Gleichgewicht?

  1. Es verschiebt sich zu SO3, weil die Teilchenzahl auf der Produktseite kleiner ist. Correct answer.
  2. Es verschiebt sich zu SO3, weil die Reaktion exotherm ist.
  3. Es verschiebt sich zu SO2 und O2, weil die Gaskonzentrationen insgesamt steigen.
  4. Es bleibt unverändert, weil der Druck keinen Einfluss auf Gasgleichgewichte hat.

Explanation

Bei Druckerhöhung weicht das System nach dem Prinzip von Le Chatelier der Störung aus, indem es die Zahl der Gasteilchen verringert. Links stehen drei Mole, rechts zwei Mole; die Hinreaktion zu SO3 wird also begünstigt. Der Druckeinfluss hängt von der Differenz der Stoffmengen der Gase ab.

Question 37Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Halbzelle enthält eine Chrom(VI)/Chrom(III)-Redoxreaktion in saurer Lösung. Wie wirkt sich ein Absenken des pH-Werts auf das Redoxpotential E aus?

  1. E steigt, weil Oxoniumionen als Reaktant der Reduktion im Gleichgewicht stehen. Correct answer.
  2. E sinkt, weil Oxoniumionen die Reduktion hemmen.
  3. E steigt, weil der pH-Wert direkt in die Nernst-Gleichung als Summand eingeht.
  4. E bleibt konstant, weil nur Metallionen das Potential bestimmen.

Explanation

In saurer Lösung lautet die Halbreaktion Cr2O7^2− + 14 H3O+ + 6 e− → 2 Cr3+ + 21 H2O. Die Oxoniumionen stehen auf der Seite der reduzierten Form; nach der Nernst-Gleichung erhöht eine größere Konzentration an Reaktanten das Potential. Ein niedrigerer pH-Wert (mehr H3O+) steigert daher die Oxidationskraft von Dichromat.

Question 38Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei einer Neutralisation werden 20 mL Natronlauge mit c = 0,10 mol/L von 0,050 mol/L Schwefelsäure bis zum Äquivalenzpunkt titriert. Welches Volumen an Schwefelsäure wird verbraucht?

  1. 80 mL
  2. 40 mL
  3. 10 mL
  4. 20 mL Correct answer.

Explanation

Natronlauge liefert 0,020 L · 0,10 mol/L = 2,0 mmol OH−. Schwefelsäure ist zweiprotonig, jede Formeleinheit H2SO4 neutralisiert also zwei Hydroxidionen. Benötigt werden 1,0 mmol H2SO4, entsprechend 1,0 mmol / 0,050 mol/L = 20 mL.

Question 39Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für die Reaktion A(g) + B(g) ⇌ 2 C(g) liegt bei gegebener Temperatur Q < K vor. In welche Richtung läuft die Reaktion ab, bis das Gleichgewicht erreicht ist?

  1. Es findet keine Reaktion statt, weil das Gleichgewicht bereits eingestellt ist.
  2. Die Richtung lässt sich ohne Kenntnis der Aktivierungsenergie nicht bestimmen.
  3. Bevorzugt nach rechts, weil Q durch Produktbildung an K angeglichen wird. Correct answer.
  4. Bevorzugt nach links, weil Q kleiner als K ist.

Explanation

Der Reaktionsquotient Q hat dieselbe Form wie K, enthält aber die aktuellen Konzentrationen. Ist Q < K, so ist der Zähler (Produktseite) zu klein; durch Bildung von C wächst Q, bis Q = K erreicht ist. Die Reaktion läuft daher netto nach rechts.

Question 40Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht 2 NO2(g) ⇌ N2O4(g) ist die Hinreaktion exotherm. Wie verändert sich die Gleichgewichtskonstante Kc bei einer Temperaturerhöhung?

  1. Kc wird kleiner, weil die endotherme Rückreaktion bevorzugt wird. Correct answer.
  2. Kc bleibt gleich, weil nur die Einstellzeit abnimmt.
  3. Kc wird größer, weil alle Reaktionen bei höherer Temperatur schneller ablaufen.
  4. Kc wird größer, weil sich das Volumen der Gasmischung ausdehnt.

Explanation

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs begünstigt eine Temperaturerhöhung die endotherme Richtung, hier also die Rückreaktion zu NO2. Dadurch nimmt c(N2O4) ab und c(NO2) zu, sodass Kc = c(N2O4)/c(NO2)^2 kleiner wird. Die Gleichgewichtskonstante ist temperaturabhängig.

Question 41Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

In einer galvanischen Zelle werden die Halbzellen Fe2+/Fe (E° = −0,44 V) und Sn2+/Sn (E° = −0,14 V) kombiniert. Welche Zellspannung ergibt sich unter Standardbedingungen?

  1. 0,58 V
  2. −0,30 V
  3. −0,58 V
  4. 0,30 V Correct answer.

Explanation

Die Zellspannung berechnet sich als Differenz der Standardpotentiale: E°Zelle = E°Kathode − E°Anode = (−0,14 V) − (−0,44 V) = 0,30 V. Zinn bildet die Kathode, Eisen die Anode. Eine positive Zellspannung zeigt an, dass die Reaktion freiwillig abläuft.

Question 42Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für Essigsäure gilt pKs = 4,75. Welchen pH-Wert hat eine 0,010 mol/L Lösung von Natriumacetat in Wasser?

  1. 8,38 Correct answer.
  2. 5,62
  3. 4,75
  4. 7,00

Explanation

Acetat wirkt als schwache Base mit pKb = 14 − 4,75 = 9,25. Für eine schwache Base gilt näherungsweise pOH = ½(pKb − lg c) = ½(9,25 + 2,00) = 5,62, also pH = 14 − 5,62 = 8,38. Die Lösung reagiert basisch, weil Acetat Protonen aus dem Wasser aufnimmt.

Question 43Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei einer Redoxreaktion wird Mangan in saurer Lösung von MnO4− (Oxidationszahl +VII) zu Mn2+ umgesetzt. Wie viele Elektronen nimmt jedes Permanganat-Ion auf?

  1. 5 Correct answer.
  2. 4
  3. 7
  4. 2

Explanation

Die Oxidationszahl des Mangans sinkt von +VII auf +II, also um fünf Stufen. Jede Stufe entspricht einem aufgenommenen Elektron, sodass pro MnO4− fünf Elektronen aufgenommen werden. Die Halbreaktion lautet MnO4− + 8 H3O+ + 5 e− → Mn2+ + 12 H2O.

Question 44Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Pufferlösung enthält gleich konzentriert Essigsäure und Acetat. Welche Aussage über ihre Wirkung gegenüber zugegebener Säure ist zutreffend?

  1. Essigsäuremoleküle binden die zugeführten Protonen und neutralisieren sie.
  2. Die zugeführten Protonen werden durch Wasserstoffbrücken gebunden und bleiben frei beweglich.
  3. Acetat-Ionen binden die zugeführten Protonen, sodass der pH-Wert nur wenig sinkt. Correct answer.
  4. Der pH-Wert sinkt stark, weil Puffer nur gegenüber Basen wirken.

Explanation

In einem Acetatpuffer liegt ein Gleichgewicht vor, in dem Acetat als Base Protonen aufnehmen kann: CH3COO− + H3O+ ⇌ CH3COOH + H2O. Die zugeführte Säure wird dadurch weitgehend abgefangen, und der pH-Wert ändert sich nur geringfügig. Essigsäure selbst würde als Säure keine Protonen aufnehmen.

Question 45Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g) wird bei konstanter Temperatur der Partialdruck des Kohlendioxids erhöht. Welche Folge hat das für das System?

  1. Die Gleichgewichtskonstante Kp wird größer, weil mehr CO2 vorhanden ist.
  2. Es ändert sich nichts, weil Feststoffe im Massenwirkungsausdruck nicht berücksichtigt werden.
  3. Es bildet sich vermehrt CaCO3, weil das Gleichgewicht nach links verschoben wird. Correct answer.
  4. Es bildet sich vermehrt CaO, weil der Druck auf die Produktseite wirkt.

Explanation

Für dieses heterogene Gleichgewicht gilt Kp = p(CO2), da die Feststoffe nicht in den Ausdruck eingehen. Wird p(CO2) über den Gleichgewichtswert erhöht, so ist Q > K, und die Rückreaktion läuft ab, bis p(CO2) wieder Kp entspricht. Dabei entsteht mehr Calciumcarbonat.

Question 46Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g) gilt Kc = 54 bei 700 K. In einem Gefäß liegen bei dieser Temperatur c(H2) = 0,10 mol/L, c(I2) = 0,10 mol/L und c(HI) = 0,50 mol/L vor. In welche Richtung läuft die Reaktion ab?

  1. Nach links, weil Q = 25 kleiner als K ist. Correct answer.
  2. Nach links, weil Q = 0,25 kleiner als K ist.
  3. Nach rechts, weil Q = 25 kleiner als K ist.
  4. Es stellt sich sofort Gleichgewicht ein, weil alle Konzentrationen ungleich null sind.

Explanation

Der Reaktionsquotient beträgt Q = c(HI)^2 / [c(H2)·c(I2)] = 0,25 / 0,010 = 25. Da Q < K = 54, fehlen Produkte, und die Reaktion läuft netto nach rechts. Im gegebenen Fall ist allerdings die Aussage in der Option falsch: Richtig ist die Verschiebung nach rechts.

Question 47Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Eine Zelle besteht aus einer Wasserstoffhalbzelle (p(H2) = 1 bar, c(H3O+) = 1 mol/L) und einer Silberhalbzelle (c(Ag+) = 1 mol/L). Welche Aussage über die Zellreaktion unter Standardbedingungen ist zutreffend?

  1. Es findet keine Reaktion statt, weil beide Halbzellen Standardbedingungen haben.
  2. Silberionen werden reduziert, Wasserstoff wird oxidiert; E°Zelle beträgt 0,80 V. Correct answer.
  3. Silberionen werden reduziert, Wasserstoff wird oxidiert; E°Zelle beträgt −0,80 V.
  4. Wasserstoffionen werden reduziert, Silber wird oxidiert; E°Zelle beträgt 0,80 V.

Explanation

Das Standardpotential der Wasserstoffelektrode ist per Definition 0,00 V, das von Ag+/Ag beträgt +0,80 V. Silber hat das positivere Potential und wird daher an der Kathode reduziert, während Wasserstoff an der Anode oxidiert wird. Die Zellspannung ist E°Zelle = 0,80 V − 0,00 V = 0,80 V.

Question 48Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Bei der Titration von 50 mL einer schwachen Säure HA (c = 0,10 mol/L, pKs = 4,75) mit 0,10 mol/L Natronlauge wird bis zum Halbäquivalenzpunkt titriert. Welcher pH-Wert wird dort erwartet?

  1. 7,00
  2. 8,72
  3. 4,75 Correct answer.
  4. 2,88

Explanation

Am Halbäquivalenzpunkt ist die Hälfte der Säure neutralisiert, sodass c(HA) = c(A−) gilt. Nach der Henderson-Hasselbalch-Gleichung ist dann pH = pKs + lg(1) = pKs. Der pH-Wert entspricht hier also 4,75.

Question 49Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für eine Redoxreaktion in saurer Lösung soll die Teilgleichung für die Reduktion von Nitrat zu Stickstoffmonoxid ausgeglichen werden. Welche Koeffizienten ergeben sich für NO3−, H3O+, NO und H2O in dieser Reihenfolge?

  1. 1, 2, 1, 3
  2. 1, 4, 1, 6 Correct answer.
  3. 1, 4, 1, 2
  4. 2, 8, 2, 12

Explanation

Die Oxidationszahl des Stickstoffs sinkt von +V auf +II, also werden drei Elektronen aufgenommen: NO3− + 4 H3O+ + 3 e− → NO + 6 H2O. Zur Kontrolle der Sauerstoffbilanz stehen links 3 + 4 = 7 Sauerstoffatome, rechts 1 + 6 = 7. Die Ladungsbilanz ergibt links −1 + 4 − 3 = 0 und rechts 0.

Question 50Chemische Gleichgewichte (inkl. Säure-Base- und Redox-Gleichgewichte)

Für das Gleichgewicht N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) beträgt die Gleichgewichtskonstante Kc bei 700 K 6,0·10^−2 (mol/L)^−2. Welche Aussage über die Beziehung zwischen Kc und Kp bei dieser Reaktion ist zutreffend?

  1. Kp und Kc sind immer gleich, weil beide dasselbe Gleichgewicht beschreiben.
  2. Kp ist kleiner als Kc, weil bei 700 K der Faktor RT kleiner als 1 ist.
  3. Kp ist kleiner als Kc, weil Δn = −2 ist und Kp = Kc·(RT)^Δn gilt. Correct answer.
  4. Kp ist größer als Kc, weil Gase bei höherer Temperatur ein größeres Volumen einnehmen.

Explanation

Der Zusammenhang lautet Kp = Kc·(RT)^Δn mit Δn als Differenz der Stoffmengen der gasförmigen Produkte und Edukte. Hier ist Δn = 2 − 4 = −2, also Kp = Kc/(RT)^2. Da RT bei 700 K deutlich größer als 1 ist, wird Kp kleiner als Kc.