3.1 Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Konzentration und Katalysator

Lernziele

Materialien und Übungen finden Sie auf der Themenseite zu Reaktionsverlauf und Reaktionsgeschwindigkeit.

• den Verlauf einer chemischen Reaktion mit Hilfe der Stoßtheorie erklären und in einem Konzentration-Zeit-Diagramm darstellen
• die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur und Konzentration erklären sowie verschiedenen Diagramme dazu erstellen und interpretieren
• die Begriffe Katalysator und Katalyse definieren und die Wirkungsweise von Katalysatoren beschreiben

Aufgabe

Teil 1

1. Führe das Experiment durch. Protokolliere allgemeine Beobachtungen (2 BE) sowie die Messwerttabellen.
2. Stelle die Messwerte in einem Masse-Reaktionszeit-Diagramm grafisch dar (6 BE).
3. Werte das Experiment anhand deiner grafischen Darstellung sowie der Reaktionsgleichung aus. Beziehe dich dabei auch auf das Kollisionsmodell bzw. die Stoßtheorie. (4 BE).

Punktzahl Teil 1: 12 BE

Teil 2

1. Berechne die für das Experiment benötigten Verdünnungen der bereitgestellten Wasserstoffperoxid-Lösung (Massenanteil w=30%). (2 BE)
2. Führe das Experiment durch. Protokolliere deine Beobachtungen (4 BE).
3. Erkläre den Einfluss der Faktoren Temperatur und Konzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit mit Hilfe der Stoßtheorie. (4 BE).
4. Nenne Merkmale eines Katalysators in der Chemie. (3 BE)
5. Zeichne ein Energie-Reaktionszeit-Diagramm für die Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit und ohne Katalysator (2 BE) Erkläre daran den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit (2 BE).
6. Interpretiere den Reaktionsverlauf mit Katalysator im Sinne der Stoßtheorie (Stichwort: reaktive Zwischenstufe) (2 BE).

Punktzahl Teil 2: 19 BE

Gesamtpunktzahl: 31 BE

Geräte und Chemikalien

Teil 1

• Petrischale
• Mörser und Pistill
• Waage
• Stoppuhr
• Marmor
• konzentrierte Salzsäure

  

Teil 2

• 2 Reagenzgläser
• Spatel
• Holzspan
• Wasserstoffperoxid w = 30%

  

  

  

• Mangandioxid

  

  

Durchführung

Teil 1

Dieser Versuch wird vollständig auf der Waage durchgeführt. Gemäß der Reaktionsgleichung für die Reaktion von Calciumcarbonat mit Salzsäure entsteht CO₂, welches fast vollständig aus der Petrischale entweicht und dessen Masse als Massenabnahme gewogen werden kann.

1. Mörsere einen Marmorkiesel. Gib das Pulver in eine Petrischale, die anschließend auf die Waage gestellt wird. Gib Anschließend zügig so viel verdünnte Salzsäure (Wasser:Salzsäure = 1:2) hinzu, dass die Petrischale annähernd gefüllt ist. Stelle die Waage direkt auf Null und stoppe ab jetzt die Zeit.
2. Notiere in regelmäßigen zeitlichen Abständen die Massenabnahme.
3. Beende nach ca. 5 Minuten die Reaktion. Wiederhole die Schritte 1-2 mit einem frischen Marmorstück und konzentrierter, nicht verdünnter Salzsäure.

Teil 2

1. Gib in vier Reagenzgläser jeweils ca. 2 ml kühlschrankkalte Wasserstoffperoxidlösung 30%, 3% und 2x10%.
2. Beobachte 1 Minute.
3. Gib nun zu Wasserstoffperoxidlösung 30%, 10% und 3% eine kleine Spatelspitze Mangandioxid (Braunstein).
4. Führe in den 3 Reagenzgläsern unverzüglich die Glimmspanprobe durch. Beobachte.
5. Gib nach ca. 30 Minuten eine kleine Spatelspitze Mangandioxid in die nun erwärmte Wasserstoffperoxidlösung 10%.
6. Führe die Glimmspanprobe durch. Beobachte erneut.

Entsorgung

Neutralisiere die Salzsäure mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid.

Vorsicht: Wärmeentwicklung. Entsorgung im Ausguss.

Literatur und Materialien

• EC2 132 V1
• Elemente Chemie 2 - Kapitel 4
• Simple Chemics - Reaktionsgeschwindigkeit