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Computergestützte Experimente - Messung: Temperatur

Reaktionskinetik
Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Kaliumdichromat

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der
Konzentration des Katalysators

Peter Keusch


Messwerterfassung mit dem Programm CHEMEX und dem Analog-Digital-Wandler CHEMBOX
IBK electronic + informatic


English version




Chemikalien:
0.4 M Kaliumdichromat - Lösung  (117.5 g / 1000 mL Wasser)
Wasserstoffperoxid 10 %

Durch Verdünnen der 0.4 molaren Kaliumdichromat - Lösung werden 0.1, 0.15, 0.2 und 0.3 molare Lösungen bereitet.

Geräte und Glaswaren:
Magnetrührer
Magnetrührstäbchen
Rührstabentferner
Dewargefäß, 500 mL, mit Kunststoffdeckel, geeignet für Magnetrührer
Temperatursonde
Vollpipette 8 mL
Vollpipette 25 mL
Vollpipette 50 mL
3 Peleusbälle
Entsorgungskanister


Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Kaliumdichromat kann Krebs erzeugen und erweist sich als verhängnisvoll wenn eingeatmet, verschluckt oder über die Haut aufgenommen. Reizt Augen und Atmungsorgane.
Wasserstoffperoxid entwickelt eine starke Ätzwirkung auf Haut, Schleimhäuten und Augen Verschlucken führt zu starken Leibschmerzen sowie Übelkeit und Erbrechen.

Schutzbrille, Schutzhandschuhe und gute Raumdurchlüftung erforderlich.


Theoretischer Hintergrund:

Wasserstoffperoxid reagiert mit Dichromat sehr heftig unter Freisetzung von Energie. Da die Reaktion sehr schnell abläuft, steigt die Temperatur der Reaktionslösung rasch an. Folglich kann die Reaktion durch Temperaturmessung verfolgt werden.


Versuchsdurchführung:


Versuchsaufbau
Abb. 1: Versuchsaufbau
Die Temperatursonde ist an Eingang Sensor2 angeschlossen.



Anschließend legt man im Dewargefäß 75 mL 10 %ige Wasserstoffperoxidlösung vor und fügt 8 mL einer 0.1 molaren Kaliumdichromatlösung hinzu. Nachdem das Dewargefäß mit einem Kunststoffdeckel, in dessen Bohrung die Temperatursonde gehaltert ist, verschlossen wurde, startet man die Messung.

Die Temperaturänderung kann auf dem Messbildschirm verfolgt werden  (Abb. 2).  Sobald das Temperaturmaximun erreicht ist, wird die Messwertaufnahme beendet.

Das Experiment wird mit einer 0.2 und 0.32 molaren Kaliumdichromatlösung wiederholt.

















Messbildschirm
Abb. 2: Messbildschirm     0.2 molare Dichromatlösung


Versuchsauswertung:

Auswertung der bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit der CHEMBOX erfassten Messdaten in Microsoft Excel

Die Messdaten werden in Microsoft Ecel importiert und hier ein Punktdiagramm mit der Auftragung von T [°C] gegen t [s] erstellt. Durch die markierten Messpunkte des linearen Bereichs der einzelnen Temperaturkurven wird eine Trennlinie gelegt. Der Koeffizient vor x in den Geradengleichungen (y = ax + b) gibt den Wert für die Steigung m an (Abb. 3), der auch unmittelbar auf dem Messbildschirm von Chemex ermittelt werden kann (Abb. 2).


Temperaturkurven
Abb. 3: Temperatur T     1:   0.1 M     2:   0.15 M     3:   0.2 M     4: 0.3 M    Dichromatlösung



Versuchsergebnis:



Abb. 4: Auftragung der Steigung m gegen die Molarität der Dichromatlösung


Die Reaktionsgeschwindigkeit ist der Konzentration des Katalysators proportional  (Abb. 4)   - ein Charakteristikum für homogene Katalysen, bei denen der Katalysator in der selben Phase wie der Reaktionspartner vorliegt (siehe auch Experiment Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Kaliumiodid. Die Temperaturkurven zeigen den für katalytische Reaktionen typischen Reaktionsverlauf. Erst nach einer Induktionsphase kommt die Reaktion in Gang  (Abb. 2 und 3).


Hinweise:
Computergestützte Experimente   Reaktionskinetik: Katalytische Zersetung von Wasserstoffperoxid mit Kaliumdichromat - eine Reaktion erster Ordnung
Computergestützte Experimente   Reaktionskinetik; Katalytische Zersetung von Wasserstoffperoxid mit Kaliumiodid
Computergestützte Experimente   Enzymkinetik: Enzymatische Spaltung von Wasserstoffperoxid mit Katalase
 Demonstrationsexperiment auf Video   Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Katalase
Kyle Smith und Mark Iannone Improved Data Analysis for an Adiabatic Kinetics Experiment


Liste der Chembox-Experimente






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