Kohlenstoffdioxid herstellen-Simulation

Über dieses Experiment

Gib Kalkstein in ein Reaktionsgefäß, schließe eine Gasspritze an und füge verdünnte Säure hinzu. Vergleiche das verbleibende Carbonat und die verbleibende Säure mit dem aufgefangenen Kohlenstoffdioxid, wenn sich der limitierende Reaktand ändert. Bei einem Versuch mit offenem Gefäß entweicht dasselbe Gas über die Wägegrenze hinweg, anstatt in die Spritze zu gelangen.

Lernziele

Verwende das Reaktionsverhältnis von zwei Teilen Säure zu einem Teil Carbonat.
Bestimme vor Beginn eines Versuchs den limitierenden Reaktanden.
Setze die Stoffmenge des Produkts mit dem Gasvolumen und der entwichenenen Masse in Beziehung.

Anleitung

1Schließe die Spritze an und führe den voreingestellten Versuch mit Kalkstein und Säure durch.
2Verringern Sie die Säurekonzentration, wiederholen Sie den Versuch und prüfen Sie, ob Kalkstein zurückbleibt.
3Erhöhen Sie bei gleichbleibender Kalksteinmasse die Säurekonzentration und beobachten Sie die endgültige Produktgrenze.
4Verwenden Sie ein offenes Gefäß, führen Sie den Versuch erneut durch und vergleichen Sie die entwichene Gasmasse mit dem Versuch mit der Gasspritze.

Das Modell

n_{C O_{2}, ma x} = min (n_{C a C O_{3}}, n_{H C l} /2)

Stöchiometrisch begrenzende Menge

V = n R T / P, m_{esc a p e d} = n_{esc a p e d} M_{C O_{2}}

Gasvolumen und entwichene Masse

Annahmen

Die modellierte Reaktion lautet CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O. Kalkstein wird als reines Calciumcarbonat mit einer molaren Masse von 100,0869 g/mol behandelt.
Der Reaktionsfortschritt nähert sich der begrenzenden Menge gemäß 1 minus exp(-0,045t), wobei die Zeit in Sekunden angegeben wird. Auswirkungen von Partikelgröße, Säureaktivität, Passivierung und Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit werden nicht berücksichtigt.
Die Gasspritze enthält trockenes, ideales CO₂ bei 298,15 K und dem ausgewählten Druck, mit vernachlässigbarer anfänglicher Luftmenge und ohne Lecks. Die Auflösung von CO₂ wird nicht berücksichtigt; daher wird das Auffangen über Wasser nicht modelliert.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Warum kann eine Verdopplung des Säurevolumens dazu führen, dass sich das endgültige Gasvolumen nicht verdoppelt?
Q2Welche Masse verlässt das Gerät, wenn das Gefäß offen ist?

Häufig gestellte Fragen

Warum befindet sich zu Beginn keine Luft in der Gasspritze?

Es ist ein idealer Gassammler mit null Totvolumen. Totvolumen und Luftverdünnung werden in diesem Modell bewusst ausgeschlossen.

Ist verbleibender Kalkstein ein Hinweis darauf, dass die Reaktion fehlgeschlagen ist?

Nicht unbedingt. Das ist das erwartete Ergebnis, wenn die Säure der limitierende Reaktand ist.