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Reaktionskinetik Learncard 6771872


Question

Reaktionsgeschwindigkeit


Zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung von Zink mit Salzsäure werden in einer geschlossenen Apparatur (Erlenmeyer- kolben mit angeschlossenem Kolbenprober) 2 g Zinkpulver mit 5 ml Salzsäure (c = 2 mol/l) zur Reaktion gebracht. Das Volumen des entstehenden Wasserstoffs wird in Abhängigkeit von der Zeit gemessen:



t (s)

0

60

120

180

240

300

360

V (ml)

0

25

36

44

49

53

55


  1. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung.
  2. Berechnen Sie die jeweiligen Stoffmengenkonzentrationen ct (H3O+) und ct (Zn 2+) zu den angegebenen Zeiten in der Lösung. Das Volumen des Zinkpulvers spielt keine Rolle.
  3. Zeichnen Sie in ein Koordinatensystem die Konzentration-Zeit-Diagramme für die Zn2+- und die H3O+ -Ionen.


Answer

Reaktionsgeschwindigkeit


  1. Reaktionsgleichung:
    Zn + 2 H3O+ Zn2++ 2 H2O + H2
  2. Ein Lösungsansatz befindet sich am Ende des Abschnitts „Wissen“.
  3. Konzentration-Zeit-Diagramm:


    Die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit nimmt gegen Ende der Reaktionszeit stark ab, da dieKonzentration an H3O+-Ionen in hohem Maße abnimmt und damit auch die Wahrscheinlichkeitfür eine Reaktion.

Wissensteil:


Der zeitliche Verlauf einer ReaktionReagiert verdünnte Salzsäure mit Zinkpulver, lässt sich der Reaktionsfortschritt am Volumen des entstehenden Wasserstoffs verfolgen. Die zunächst starke Volumenzunahme wird im Verlauf der Reaktion immer geringer, d.h., für gleiche Zeitintervalle Δt wird die zugehörige Volumenzunahme ΔV immer kleiner. Der Quotient aus ΔV und Δt kann zur Beschreibung der Reaktionsgeschwindigkeit herangezogen werden. Da bei dieser Reaktion der Volumenzunahme des Wasserstoffs eine Abnahme der Oxoniumionenkonzentration c(H3O+) entspricht, kann auch deren zeitliche Veränderung zur Erfassung der Reaktionsgeschwindigkeit dienen. Sowohl c(H3O+) als auch die Konzentrationsabnahme Δc lassen sich aus den Versuchsdaten berechnen (siehe unten).

Da bei diesem Beispiel die Konzentration der Oxoniumionen im Verlauf der Reaktion abnimmt, besitzt Δc = c(t1 + Δt) – c(t1) ein negatives Vorzeichen. Anstelle der Abnahme der Oxoniumionenkonzentration kann man auch die Zunahme der Zinkionenkonzentration verfolgen. Allgemein wird man bei einer Reaktion dasjenige Edukt oder Produkt zur Messung heranziehen, das sich am einfachsten quantitativ bestimmen lässt.

Reaktionsgeschwindigkeit

Verfolgt man z.B. die Konzentration eines sich bildenden Stoffes, so kann man die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit im Zeitintervall Δt angeben durch:

Die auf diese Weise ermittelte Reaktionsgeschwindigkeit ist ein Mittelwert, dessen Größe von der gewählten Zeitspanne Δt abhängt. Wird die Konzentrationsabnahme eines reagierenden Stoffes bestimmt, so ist Δc negativ. Damit die Geschwindigkeit einen positiven Wert annimmt wird in diesem Fall definiert:

Berechnung von c (H3O+) und c (Zn2+) aus V (Wasserstoff)

Bei der Reaktion von Zink und Salzsäure




und damit folgende Konzentrationsänderung:

Die Konzentration ct (H3O+) zu einem bestimmten Zeitpunkt t lässt sich mithilfe der Ausgangskonzentration c0 (H3O+) berechnen:

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