063 – Der Einfluss der Konzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit 1

Diese Laborübung dient der Quantifizierung des Gasvolumens, das bei der Reaktion zwischen pulverisiertem Magnesium und Salzsäure unterschiedlicher Konzentrationen entsteht. Durch dieses Verfahren werden die Studierenden die Prinzipien der chemischen Stöchiometrie, der Reaktionskinetik und den Einfluss der Reaktantenkonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit vertiefen.

Bildungsziele

• Stöchiometrie und Gasproduktion: Die Studierenden werden die stöchiometrischen Beziehungen zwischen festen Reaktanten und gasförmigen Produkten in chemischen Reaktionen untersuchen und ihr Verständnis für Massen-zu-Gas-Umwandlungen verbessern.
• Erforschung der chemischen Kinetik Das Experiment ermöglicht die Beobachtung, wie unterschiedliche Konzentrationen von Salzsäure die Geschwindigkeit der Gasproduktion beeinflussen, was ein praktisches Beispiel für Reaktionskinetik darstellt.
• Entwicklung experimenteller Techniken Die Teilnehmer werden ihre Fähigkeiten im Umgang mit Laborgeräten zur Messung von Gasvolumina verfeinern und ihre experimentelle Methodik verbessern.
• Dateninterpretationsfähigkeiten Schüler lernen, experimentelle Ergebnisse zu analysieren, um Einblicke in chemische kinetische Gesetze zu gewinnen und ihre Fähigkeit zu fördern, chemische Prinzipien zu verstehen und anzuwenden.

Durch die Teilnahme an diesem Labor erhalten die Studierenden praktische Einblicke in den Einfluss der Reaktantenkonzentration auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Sie lernen, die Gasentwicklung während einer Reaktion genau zu messen und zu analysieren, wie sich verschiedene Variablen auf diesen Prozess auswirken. Die Erfahrung unterstreicht die Bedeutung präziser experimenteller Praktiken und Datenanalysen zum Verständnis grundlegender chemischer Prinzipien und rüstet die Studierenden mit den notwendigen Fähigkeiten für die Durchführung experimenteller Forschung aus.

Protokoll

Zusammenbau der Gasbürette

1. Füllen Sie ein 1-Liter-Becherglas mit mindestens 800 ml Leitungswasser.
2. Stellen Sie den 1-L-Becher direkt rechts von der Heizplatte.
3. Befestigen Sie eine Universalspange am oberen Teil des Stativs oberhalb der Mitte des 1-l-Becherglases, um die Gasbürette zu stützen.
4. Füllen Sie den 250-ml-Messzylinder mit Leitungswasser.
5. Füllen Sie die Gasbürette bis zum Rand mit Wasser aus dem 250-ml-Becher.
6. Setzen Sie einen Gummistopfen auf die Gasbürette.
7. Befestigen Sie die umgedrehte Gasbürette an der Klemme, sodass sich die Öffnung (Ende mit dem Gummistopfen) nahe dem Boden des 1-Liter-Becherglases befindet.
8. Entfernen Sie den Gummi-Stopfen (die Bürette muss im Becherglas eingetaucht sein).

Wenn Wasser aus der Bürette tropft, liegt dies daran, dass entweder zu wenig Wasser im Becherglas ist oder die Bürette zu hoch ist. Falls dies der Fall ist, wiederholen Sie die Schritte 4 bis 8.

9. Platziere den blauen Kunststoffverbinder so, dass seine J-förmige Öffnung unter der Öffnung der Gasbürette liegt.

Messung der Reaktion

10. Stellen Sie den Erlenmeyerkolben auf die Heizplatte. Schalten Sie das Heizelement nicht ein.
11. Führen Sie den magnetischen Rührfisch in den Erlenmeyerkolben ein.
12. Gießen Sie 150 mL einer 0,3 M Salzsäure (HCl) in den Erlenmeyerkolben.
13. Nehmen Sie mit dem Spatel eine kleine Menge Magnesiumpulver (Mg) und geben Sie sie in die Wägeschale, um eine Menge von ungefähr 0,2 g abzuwiegen.
14. Geben Sie das pulverisierte Magnesium in den Erlenmeyerkolben mit der Salzsäurelösung.
15. Setzen Sie den Zweilochstopfen, verbunden mit dem Glasbogen, auf den Erlenmeyerkolben.
16. Stellen Sie sicher, dass das Glasrohr des Erlenmeyerkolbens mit dem Kunststoffverbinder an der Gasbürette ausgerichtet (verbunden) ist.
17. Die Stoppuhr starten.
18. Starten Sie den Magnetrührer.
19. Nehmen Sie alle 10 Sekunden für bis zu 2 Minuten eine Ablesung des Gasvolumens in der Bürette vor.

Die Ergebnisse sind auch in grafischer Form im Reiter Ergebnisse verfügbar. / Volumen vs. Zeit

20. Stoppen Sie nach 2 Minuten die Stoppuhr und den Magnetrührer.
21. Entfernen Sie den Stopfen aus dem Erlenmeyerkolben und nehmen Sie den Magnetrührer heraus.
22. Entfernen Sie den blauen Plastikstecker aus dem Messzylinder.
23. Gießen Sie den Inhalt des Erlenmeyerkolbens in den Auffangbecher und spülen Sie ihn mit destilliertem Wasser aus.
24. Stoppuhr zurücksetzen.
25. Wiederholen Sie die Schritte 4 bis 20 mit der 0,2 M Salzsäurelösung.
26. Wiederholen Sie die Schritte 4 bis 20 mit der 0,5 M Salzsäurelösung.

Beachten Sie, dass die Reaktion 10-fach beschleunigt wird.

Erwartete Ergebnisse

• 0,2076 g Mg(s) entsprechen 0,085 Mol, welche 0,085 Mol H produzieren werden₂.
• 0,085 Mol H₂ wird ein Volumen von ca. 204 mL einnehmen.
• Die Reaktion wird in etwa 120 bis 180 Sekunden abgeschlossen sein.
• Die Reaktion wird mit der 0,5M-Lösung schneller ablaufen, dann mit 0,3M und schließlich langsamer mit der 0,2M-Lösung.

Zusammenfassung der Aufgaben nach Klassenstufen

Klassen 3-5 (Alter 8-10)

• FokusGrundlegende Einführung in Reaktionsgeschwindigkeiten und Gaserzeugung.
• Aktivitäten: Beobachtung der Gasproduktion aus Reaktionen von pulverisiertem Magnesium mit unterschiedlichen Konzentrationen von Salzsäure, einfache Diskussionen darüber, wie die Konzentration die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst, grundlegende Sicherheitshinweise.

Klassen 6-8 (Alter 11-13)

• Fokus: Mittlere Kenntnisse in Stöchiometrie, Reaktionskinetik und Gasproduktion.
• Aktivitäten: Durchführung von Reaktionen mit Magnesiumpulver und unterschiedlichen Konzentrationen von Salzsäure, Messung des entstehenden Gasvolumens, Beobachtung, wie die Konzentration die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst, Einhaltung detaillierter Sicherheitsprotokolle.

Klassen 9-12 (Alter 14-18)

• FokusFortgeschrittenes Verständnis von Stöchiometrie, Reaktionskinetik und Dateninterpretation.
• Aktivitäten: Exaktes Durchführen von Reaktionen mit Magnesiumpulver und verschiedenen Konzentrationen von Salzsäure, Messen und Aufzeichnen des produzierten Gasvolumens, Analyse des Einflusses der Reagenzienkonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit, detaillierte Aufzeichnung und Interpretation der Ergebnisse, Einhaltung erweiterter Sicherheitsprotokolle, Festigung von Konzepten der chemischen Kinetik und Stöchiometrie.

Labor-Grundausstattung

Instrumente

• Becher (500 ml, 1000 ml)
• Elektronische Waage
• Ellbogenlochkappe
• Erle
• Gas-Bürette
• Messzylinder (250 ml)
• Heizplatte
• Laborstativ & Klemmen
• Magnetrührer
• Kunststoffverbinder
• Spatel
• Stopper
• Thermometer
• Timer

Produkte

• HCl 0,2 M (Lösung)
• HCl 0,3 M (Lösung)
• HCl 0,5 M (Lösung)
• Magnesium (Pulver)