Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Reaktionsgeschwindigkeit der Marmor-Salzsäure-Reaktion

 
Versuchsdurchführung: In der unten stehenden Versuchsanordnung gibt man V = 40 mL Salzsäure der Konzentration c(HCl) = 2 mol/L zu 20 g Marmor CaCO3 in kleinen Stücken und startet sogleich die Stoppuhr, wenn die Salzsäure eingelaufen ist. Für die Masse des entweichenden Kohlenstoffdioxids ermitteln wir nach Tara-Stellung der Waage folgende Werte:
t [min]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

m (CO2) [g]                    
Reaktionsgleichung: CaCO3 (s) + 2 H3O+ (aq) —> Ca2+ (aq) + 3 H2O (l) + CO2 (g)

Arbeitsaufträge:

1. Zeichne in ein Koordinatensystem das Masse-Zeit-Diagramm für das entweichende Kohlenstoffdioxid-Gas.
2.
Berechne die Stoffmenge nt (CO2) zu den gegebenen Zeiten. Für die Molare Masse M gilt: M(CO2) = 44 g/mol.
Zur Erinnerung: n (CO2) = m (CO2) / M (CO2)
3. Ermittle die jeweilige Stoffmengenkonzentration ct (Ca2+) und ct (H3O+) in der Lösung. (Hinweis: Beachte die Reaktionsgleichung! Das Volumen des festen Marmors spielt keine Rolle!)
4.
Zeichne in ein Koordinatensystem das c-t-Diagramm für die Calcium- und die Oxonium-Ionen.
5.
Berechne die mittleren Reaktionsgeschwindigkeiten v (Ca2+) = Δ c(Ca2+) / Δ t für die einzelnen Zeitintervalle und interpretiere die berechneten Werte!

 Hinweis:
1. Die Diagramme sind auf Millimeter-Papier zu zeichnen.
2. Die Tabellenwerte müssen jeweils mindestens für den 1. Wert den Rechenweg transparent machen. Alle anderen Werte aus dem jeweiligen Aufgabenteil sind tabellarisch darzustellen.
3. Alle weiteren Angaben gehen aus der Versuchsbeschreibung hervor.
4. Computer-Diagramme und -Rechnungen sind erlaubt, solange sie transparent und richtig sind.
5. Stoffmengenkonzentration ist die Stoffmenge in mol, bezogen auf ein bestimmtes Volumen, in L oder mL.
6. Statt mit hohen Exponentialzahlen oder vielen Nullen vor dem Komma zu arbeiten, benutzt man besser mmol: 1mol = 1000 mmol; 1 mmol = 1/1000 mol

Literatur

Der Versuch, die Anordnung und die Auswertung sind dem Buch "Materialien-Handbuch Kursunterricht Chemie" Band 3 [Kinetik - Gleichgewichte - Massenwirkungsgesetz], Hrsg. Heinz Wambach, Aulis-Verlag Deubner&Co 1993 entnommen. (Kap. 1.3)

Der gleiche Versuch wird beschrieben in "Praktikum elemente Chemie - Praktikum für die Oberstufe",  von Bernd Schilling, vom Ernst Klett-Verlag, Stuttgart 1999, Kap. 5.1. Hier werden Salzsäure und Essigsäure in ihren Auswirkungen beschrieben.

Lösungen:
 

Arbeitsaufträge:

1. Zeichne in ein Koordinatensystem das Masse-Zeit-Diagramm für das entweichende Kohlenstoffdioxid-Gas.
 
t [min]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

m (CO2) [g] 0 0,98 1,38 1,54 1,58 1,60 1,62 1,63 1,63 1,64
n (CO2) [mol] 0 0,0223 0,0314 0,0350 0,0359 0,0364 0,0368 0,0370 0,0370 0,0373
ct(Ca2+) 0 0,5568 0,7841 0,8750 0,8977 0,9091 0,9205 0,9261 0,9261 0,9318
ct (H3O+)

2,0000

1,4432

1,2159

1,1250

1,1023

1,0909

1,0795

1,0739

1,0739

1,0682

dc(Ca2+)/dt

0,5568

0,2273

0,0909

0,0227

0,0114

0,0114

0,0057

0,0000

0,0057

dc(H+)/dt

0,5568

0,2273

0,0909

0,0227

0,0114

0,0114

0,0057

0,0000

0,0057

2. Berechne die Stoffmenge nt (CO2) zu den gegebenen Zeiten. Für die Molare Masse M gilt: M(CO2) = 44 g/mol.
Zur Erinnerung: n (CO2) = m (CO2) / M (CO2)
3. Ermittle die jeweilige Stoffmengenkonzentration ct (Ca2+) und ct (H3O+) in der Lösung. (Hinweis: Beachte die Reaktionsgleichung! Das Volumen des festen Marmors spielt keine Rolle!)

4. Zeichne in ein Koordinatensystem das c-t-Diagramm für die Calcium- und die Oxonium-Ionen.

5. Berechne die mittleren Reaktionsgeschwindigkeiten v (Ca2+) = Δ c(Ca2+) / Δ t für die einzelnen Zeitintervalle und interpretiere die berechneten Werte!

Diagramm zum Arbeitsauftrag 1:

Diagramm zu den Arbeitsaufträgen 4 und 5:

Die mittleren Reaktionsgeschwindigkeiten, auf die Bildung von Ca-Ionen bezogen, nehmen mit der Reaktionszeit sehr schnell ab, da die hierzu benötigten Wasserstoffionen sehr schnell verbraucht werden.

Beziehungen zwischen den verschiedenen Größen:
1. m(CO2) [g] wird mit der Waage gewogen.
2. Aus n(CO2) = m(CO2)/M(CO2) errechnen sich die Werte von n(CO2)
3. Aus der Rggl. geht hervor: n(CO2) = n(Ca2+)
4. Damit ist die zeitliche Konzentration ct (Ca2+) = nt (Ca2+) / V(Lösung)
5. Für jedes Ca2+-Ion werden zwei H+-Ionen umgesetzt. Also gilt: 2 nt (H+, umgesetzt) = n (Ca2+)
6. Damit ist die Restmenge nt (H+) = n0 (H+) - 2 nt(H+, umgesetzt)
7. ct (H+) = nt (H+) / V(Lösung)

update am 25.02.2017                                                                                                                                                                          zurück       zur Hauptseite