Prinzip von Le Chatelier im virtuellen Labor: Qc und Kc

Aktualisiert am 2026-10-06

Dieses Material zeigt das Prinzip von Le Chatelier im virtuellen Labor und folgt dem Guided-Inquiry-Labor von AP Chemistry, in dem die Lernenden farbige Gleichgewichte stören und jeden Farbumschlag erklären. Die Lernenden arbeiten mit zwei Reagenzgläsern. Im ersten bilden Fe³⁺ und SCN⁻ blutrotes FeSCN²⁺; die Lernenden geben Edukte zu, entfernen eines durch einen Niederschlag und verdünnen. Im zweiten reagieren rosa [Co(H₂O)₆]²⁺ und blaues [CoCl₄]²⁻ auf Erwärmen und Abkühlen. Nach jeder Änderung zeigt die Simulation die Konzentrationen und vergleicht Qc mit Kc. Die Lernenden gehen mit einer Datentabelle, einer Regel für jede Art von Störung und einem Beleg für das Vorzeichen von ΔH aus der Stunde.

Prinzip von Le Chatelier in Farbe – FeSCN²⁺ und Cobaltchlorid

Lehrplanbezug

AP Chemistry Unit 7, Topics 7.9 Introduction to Le Châtelier's Principle (TRA-8.A) und 7.10 Reaction Quotient and Le Châtelier's Principle (TRA-8.B), sowie das Guided-Inquiry-Labor von AP Chemistry zum Prinzip von Le Chatelier.
NGSS HS-PS1-6 (US-Standard): den Aufbau eines chemischen Systems verbessern, indem Bedingungen geändert werden, um ein Gleichgewicht zu verschieben.
Das Material passt auch zu den Gleichgewichtsthemen von IB Chemistry und A-level Chemistry.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt das Material zum chemischen Gleichgewicht in der Oberstufe (Prinzip vom kleinsten Zwang, Massenwirkungsgesetz).

Vor dem Experiment (5 min)

Zeigen Sie das rote Eisenthiocyanat-Reagenzglas am Beamer und fragen Sie:

„Diese rote Mischung ist im Gleichgewicht: Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺. Sie geben einen Tropfen Silbernitrat zu. Ag⁺ entfernt SCN⁻ als weißen Feststoff. Was passiert mit der roten Farbe?“

Viele Lernende sagen „nichts, Silber kommt in der Gleichung nicht vor“. Sammeln Sie die Stimmen und machen Sie weiter.

Durchführung in der Simulation

Teil A: Eisenthiocyanat (Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺)

Öffnen Sie den ersten Reiter. Behalten Sie die Startwerte bei (Fe³⁺ 2,0 mM, SCN⁻ 1,5 mM). Warten Sie etwa 10 Sekunden, bis die Anzeige meldet, dass das System im Gleichgewicht ist. Notieren Sie die drei Konzentrationen und die Farbe.
Klicken Sie einmal auf Fe³⁺ zugeben. Beobachten Sie die Skala: Qc fällt unter Kc und kehrt dann zurück. Notieren Sie das neue Gleichgewicht.
Klicken Sie auf Zurücksetzen, warten Sie auf das Gleichgewicht und klicken Sie dann einmal auf AgNO₃ zugeben. Notieren Sie.
Klicken Sie auf Zurücksetzen, warten Sie und klicken Sie dann einmal auf Wasser zugeben (5 mL). Notieren Sie. Berechnen Sie, wie groß [FeSCN²⁺] allein durch die Verdünnung wäre (× 10/15).

Teil B: Cobaltchlorid ([Co(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ ⇌ [CoCl₄]²⁻ + 6H₂O)

Öffnen Sie den zweiten Reiter. Behalten Sie die Startwerte bei (Cl⁻ 6 M, Bad 25 °C). Warten Sie auf das Gleichgewicht und notieren Sie beide Cobaltkonzentrationen und Kc.
Stellen Sie die Wasserbadtemperatur auf 60 °C. Warten Sie, bis das Thermometer 60 °C anzeigt und sich Kc nicht mehr ändert (etwa 40 Sekunden). Notieren Sie.
Stellen Sie das Bad auf 0 °C und notieren Sie erneut, sobald sich Kc nicht mehr ändert (bis zu einer Minute).

Störung	Farbe danach	Qc gegenüber Kc direkt nach der Störung	Richtung der Verschiebung	Wichtige Konzentration (mM)
Keine (Start)
+ Fe³⁺
+ AgNO₃
+ Wasser
Bad 25 → 60 °C
Bad 60 → 0 °C

Erwartete Ergebnisse

Alle Werte stammen aus der Simulation mit den Einstellungen oben.

Schritt in Teil A	[Fe³⁺] (mM)	[SCN⁻] (mM)	[FeSCN²⁺] (mM)	Farbe
Gleichgewicht	1,710	1,210	0,290	orangerot
+ Fe³⁺	2,577	1,091	0,394	kräftiger rot
+ AgNO₃	1,791	0,796	0,199	blasser, weißes AgSCN
+ Wasser	1,190	0,857	0,143	blasser

Qc kehrt nach jeder Störung zu Kc = 140 zurück. Allein durch die Verdünnung blieben 0,193 mM FeSCN²⁺. Die gemessenen 0,143 mM zeigen eine Verschiebung zur Seite mit mehr gelösten Teilchen.

Bad in Teil B	[Co(H₂O)₆]²⁺ (mM)	[CoCl₄]²⁻ (mM)	Kc	Farbe
0 °C	48,0	2,0	3,16·10⁻⁵	rosa
25 °C	39,9	10,1	2,00·10⁻⁴	violett
60 °C	16,8	33,2	1,66·10⁻³	blau

Zugabe oder Entzug eines Stoffes ändert Qc, aber nie Kc. Nur die Temperatur ändert Kc. Erwärmen erhöht Kc etwa um das 8,3-Fache und färbt das Reagenzglas blau, die Hinreaktion ist also endotherm.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Sie geben AgNO₃ zur roten Gleichgewichtsmischung. Was passiert mit der roten Farbe?
Welche Variablen müssen zwischen den Cobalt-Messungen bei 25 °C und 60 °C gleich bleiben?
Wie groß ist [FeSCN²⁺] im Gleichgewicht bei den Startwerten?
Um welchen Faktor steigt Kc des Cobalt-Systems von 25 °C auf 60 °C?
Ist die Hinreaktion beim Cobalt exotherm oder endotherm? Erklären Sie mithilfe von Farbe und Kc.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie wird blasser: Der Entzug von SCN⁻ macht Qc > Kc, daher zerfällt FeSCN²⁺. (2) Die Menge an Cl⁻ und das Volumen: zwischen den Messungen kein HCl und kein Wasser zugeben. (3) 0,290 mM. (4) Etwa 8,3 (1,66·10⁻³ ÷ 2,00·10⁻⁴; akzeptiert 8,0–8,6). (5) Endotherm: Erwärmen färbt das Reagenzglas blau und erhöht Kc, das Gleichgewicht verschiebt sich also in Richtung Hinreaktion, um die zugeführte Wärme aufzunehmen.

Häufige Fehlvorstellungen

„Die Zugabe von Fe³⁺ verbraucht das ganze zusätzliche Fe³⁺.“ Die Verschiebung wirkt der Änderung nur teilweise entgegen: [Fe³⁺] ist am Ende trotzdem höher (2,577 gegenüber 1,710 mM).
„Kc ändert sich, wenn man ein Edukt zugibt.“ Die Skala zeigt, dass Qc sich bewegt und Kc bei 140 bleibt. Nur die Temperatur verändert Kc.
„Verdünnen macht die Farbe nur schwächer.“ Es verschiebt auch das Gleichgewicht, daher verblasst die Farbe stärker, als es der Verdünnungsfaktor allein erklärt.

Erweiterung

Kc selbst prüfen: Die Lernenden berechnen Qc aus den drei Messwerten nach jeder Störung, zum Beispiel 0,394 ÷ (2,577 × 1,091) × 1000 = 140 L/mol.
Den Start variieren: Legen Sie auf dem Klassenlink andere Startwerte für Fe³⁺ und SCN⁻ fest. Die Gleichgewichtskonzentrationen ändern sich, aber Qc pendelt sich jedes Mal bei 140 ein.

Häufige Fragen

Warum dauert die Einstellung des Gleichgewichts mehrere Sekunden?

Die Zeit ist verlangsamt, damit die Lernenden die Verschiebung beobachten können. In einem echten Reagenzglas stellen sich diese Gleichgewichte fast sofort ein.

Sind Kc und ΔH beim Cobalt echte Werte?

Es sind veranschaulichende Werte, die so gewählt sind, dass sich die beobachteten Farben ergeben. Die Richtung jeder Verschiebung stimmt, aber vergleichen Sie die Cobalt-Zahlen nicht mit einem Tabellenwerk.

Sollte ich den Versuch trotzdem im Labor durchführen?

Wenn möglich, ja: Echte Farben bleiben im Gedächtnis. Cobalt(II)-chlorid ist allerdings ein Gefahrstoff, daher nutzen viele Schulen die Simulation für den Cobalt-Teil und führen die Eisenthiocyanat-Versuche praktisch durch.