Arbeitstag 4

Arbeitstag 4 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
Chemische Reaktionen verlaufen nicht alle mit der gleichen Geschwindigkeit. Sehr schnelle
Reaktionen, wie z.B. die Neutralisationsreaktion oder die Knallgasreaktion erfolgen in Bruchteilen
einer Sekunde. Daher sind diese Reaktionen zu schnell, um mit einfachen Mitteln eine Aussage über
die Reaktionsgeschwindigkeit treffen zu können. Die folgenden Reaktionen laufen so langsam ab,
dass es uns möglich ist, die sukzessive Zunahme eines Reaktionsprodukts zu beobachten und zu
messen. Heute sollen Sie erfahren, welche Faktoren einen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Reaktionen haben. Für ein besseres Verständnis sollten Sie sich in die kinetische
Stoßtheorie einarbeiten.
D1 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur
Geräte
Reagenzgläser
Volumenmessgerät,
Uhr mit Sekundeneinteilung
Kolbenprober
Chemikalien
Zinkgranalien
Salzsäure, konz.:
Gefahr/Achtung
H 314, 335,
P 280, 301+330+331,
305+351+338, 309+310
Geben Sie jeweils 2ml halbkonzentrierte Salzsäure (hergestellt aus konz. Salzsäure durch
verdünnen) in fünf verschiedene Reagenzgläser. Erwärmen Sie das erste auf ca. 50 °C mithilfe eines
Wasserbads, geben Sie einige Zinkgranalien hinzu und schließen Sie ein Volumenmessgerät an.
Nehmen Sie die Zeit, wenn eine von Ihnen bestimmte Menge Gas (z.B. 20 ml) entstanden ist.
Kühlen Sie anschließend das Wasserbad auf 40 °C ab und verfahren Sie wie oben beschrieben.
Führen Sie die Messung bei drei weiteren Temperaturen (30, 20, 10 °C) durch.
Das Volumenmessgerät besteht aus einem durchbohrten Stopfen mit Gasableitungsrohr, an das
über einen kurzen Schlauch ein Kolbenprober angeschlossen ist. Beachten Sie, dass bei heftiger
Gasentwicklung der Kolben des Kolbenprobers aus der Führung heraus gedrückt werden kann. Um
eine Beschädigung dieses teuren Geräts zu vermeiden, sollte daher stets der Kolben gegen
Herunterfallen gesichert werden.
Arbeitstag 4 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
D2 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration
Geräte
Reagenzgläser
Volumenmessgerät
Chemikalien
Zinkgranalien
Salzsäure verd. und halbkonz.:
Achtung
H 315, 319, 290, 335
P 102, 305+351+338,
301+330+331, 406
Wiederholen Sie die unter D1 beschriebene Messung bei Raumtemperatur. Variieren Sie dabei die
Konzentration der eingesetzten Salzsäure. Führen Sie drei Bestimmungen mit 3 unterschiedlichen
Konzentrationen (konzentriert, halb konzentriert, viertel konzentriert) durch.
Arbeitstag 4 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
D3 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit vom Zerteilungsgrad
Geräte
Reagenzgläser
Uhr
Chemikalien
Zinkgranalien, Zinkpulver
Salzsäure, konz.:
Gefahr/Achtung
H 314, 335,
P 280, 301+330+331,
305+351+338, 309+310
Geben Sie eine Zinkgranalie in ein Reagenzglas mit halbkonz. Salzsäure und messen Sie die Zeit
bis zur vollständigen Auflösung.
Wiederholen Sie diesen Versuch mit der gleichen Menge an Zinkpulver.
Es kann sein, dass, abhängig von der Qualität des Zinkpulvers, ein Teil davon auf der Salzsäure
„schwimmt“ und nicht aufgelöst wird. Vergleichen Sie in diesem Fall nur die Heftigkeit der beiden
Reaktionen oder variieren Sie den Versuch, indem Sie verdünnte Schwefelsäure an Stelle der
Salzsäure verwenden.
Aufgaben zu D1 bis D3
1. Tragen Sie die in D1 und D2 gemessenen Reaktionszeiten gegen die Temperatur bzw. die
Konzentration der Salzsäure auf. Formulieren Sie einen Zusammenhang.
2. Wie wird in der kinetischen Stoßtheorie der Zusammenhang von Reaktionsgeschwindigkeit und
Temperatur (Konzentration, Zerteilungsgrad) begründet.
3. Formulieren Sie die RGT-Regel und vergleichen Sie mit Ihren Messungen.
4. Welche Faktoren der Arrhenius-Gleichung berücksichtigen die Temperatur, die Konzentration
und den Zerteilungsgrad?
5. Stellen Sie eine Geschwindigkeitsgleichung für die Abreaktion der Salzsäure und eine für die
Bildung von Wasserstoff auf.
Arbeitstag 4 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
D4 Feuerregen
Geräte
Reagenzglas
Chemikalien
Eisenoxalat x 1,5 H2O
Passender Stopfen
Achtung
H 302, 312
P 280
Geben Sie in das Reaganzglas bis zu ca. 1/5 seines Volumens gelbes Eisenoxalat x 1,5 H2O.
Erhitzen Sie das RG unter Schütteln, bis sich ein schwarzes Produkt gebildet hat. Eventuell am
Glasrand kondensierendes Wasser wird vorsichtig mit einem Papier abgetupft. Dann verschliessen
das RG mit dem Stopfen und lassen es abkühlen. Anschließend löschen Sie, soweit möglich die
Lichter im Labor und lassen das schwarze Pulver aus einer Höhe von 50 – 80 cm (Armlänge) im
Abzug auf die Keramikunterlage rieseln. Entfernen Sie vorher alle brennbaren Gegenstände und
Chemikalien.
Aufgaben zu D4
1. Das reagierende schwarze Pulver ist im Wesentlichen Eisen. Wie kommt es zur Bildung von
Eisen aus dem Oxalat?
2. Warum reagiert das Eisen in diesem Versuch anders als es z.B. ein Eisennagel oder auch die
bereits bekannte Eisen/Stahlwolle tut? Stellen Sie den Zusammenhang zu D3 her.
3. Herr Prof. Mathur führte diesen Versuch bei seiner Antrittsvorlesung vor und erzählte, dass es
sich dabei um Nanochemie handeln würde. Was meinte er damit?
Arbeitstag 4 Die Geschwindigkeit von Reaktionen
D5 Katalyse
Geräte
Reagenzglas, Holzspan
Chemikalien
Braunstein = Mangan(IV)-oxid, Wasserstoffperoxid:
Gefahr
Gefahr
H 272, 302, 332
H 302, 318, 332
P 221, 261, 264.1, 301+312
P 261, 280, 302+353,
305+351+338, 311
Geben Sie in ein Reagenzglas einige Milliliter verdünnte Wasserstoffperoxid-Lösung. Beobachten
Sie, ob eine Gasentwicklung auftritt. Geben Sie anschließend eine Spatelspitze Braunstein zu der
Lösung. Weisen Sie das entstehende Gas mit einem glimmenden Holzspan nach.
Aufgaben zu D5
1. Zeichnen Sie jeweils ein Energiediagramm (Energieinhalt der Reaktanden gegen den
Reaktionsverlauf) für die Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit und ohne Einwirkung von
Braunstein.
2. Wie kann man sich die Einwirkung von Braunstein vorstellen?
3. Ähnlich wie in D5 verläuft die Zersetzung von Ameisensäure ohne Einwirkung von konz.
Schwefelsäure und mit konz. Schwefelsäure unterschiedlich schnell. Im Lehrbuch Allgemeine
und Anorganische Chemie I
von Meyer und Christen finden Sie die unterschiedlichen
Mechanismen beider Reaktionen. Erläutern Sie kurz die unterschiedlichen Mechanismen und die
makroskopisch beobachtbaren Auswirkungen.
Für die Vorbereitung des Versuchstages sind folgende Stichworte relevant:
Kinetische Stoßtheorie, Reaktionsgeschwindigkeit, Reaktionsordnung, RGT-Regel, Katalyse

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