D1 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur

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1 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, Kolbenprober Uhr mit Sekundeneinteilung Chemikalien Zinkgranalien Salzsäure, konz.: Gefahr/Achtung H 314, 335, P 280, , , 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.

2 D2 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration Geräte Reagenzgläser Volumenmessgerät Chemikalien Zinkgranalien Salzsäure verd. und halbkonz.: Achtung H 315, 319, 290, 335 P 102, , , 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.

3 D3 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit vom Zerteilungsgrad Geräte Reagenzgläser Uhr Chemikalien Zinkgranalien, Zinkpulver Salzsäure, konz.: Gefahr/Achtung H 314, 335, P 280, , , 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.

4 D4 Feuerregen Geräte Reagenzglas Passender Stopfen Chemikalien Eisenoxalat x 1,5 H 2 O Achtung H 302, 312 P 280 Geben Sie in das Reaganzglas bis zu ca. 1/5 seines Volumens gelbes Eisenoxalat x 1,5 H 2 O. 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 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?

5 D5 Katalyse Geräte Reagenzglas, Holzspan Chemikalien Braunstein = Mangan(IV)-oxid, Gefahr H 272, 302, 332 P 221, 261, 264.1, Wasserstoffperoxid: Gefahr H 302, 318, 332 P 261, 280, , , 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