Über dieses Experiment
Untersuche eine reversible Gasreaktion zwischen blassem N₂O₄ und braunem NO₂. Erwärmen begünstigt in diesem endothermen Modell die Dissoziation, während Kompression die Seite mit weniger Gasmolekülen begünstigt. Vergleiche die beiden Reaktionsgeschwindigkeiten: Im dynamischen Gleichgewicht sind sie gleich, obwohl beide Reaktionen weiter ablaufen. Jede Parameteränderung startet einen neuen Durchlauf mit den ausgewählten Anfangsmengen.
Lernziele
- Dynamisches Gleichgewicht von einer zum Stillstand gekommenen Reaktion unterscheiden
- Die Auswirkungen von Temperatur, Volumen und Anfangskonzentration auf die Gleichgewichtszusammensetzung vorhersagen
- Gleichen Sie die Vorwärts- und Rückwärtsreaktionsgeschwindigkeiten mit dem Gleichgewichtskonzentrationsquotienten ab.
- Wende das Prinzip von Le Chatelier auf Änderungen von Temperatur und Volumen an
- Erkläre, warum eine Änderung des Volumens Kc nicht verändert, wohl aber die Gleichgewichtsmengen
Anleitung
- 1Führen Sie den Versuch bei 298 K und 1 L durch, bis sich die beiden Geschwindigkeitsanzeigen einander annähern. Vergleichen Sie die beiden Konzentrationen.
- 2Erhöhe die Temperatur auf 350 K, starte den neuen Durchlauf und vergleiche die endgültige Konzentration des braunen NO₂ und Kc.
- 3Verringern Sie bei konstanter Temperatur das Volumen und vergleichen Sie die endgültigen Stoffmengen, Konzentrationen und den Druck.
- 4Füge mit dem Schieberegler für die anfängliche NO₂-Menge etwas NO₂ hinzu und untersuche die anfängliche Rückreaktionsgeschwindigkeit sowie die Annäherung an das Gleichgewicht.
- 5Stelle das Volumen auf 5 L ein und vergleiche, wie lange es bis zum Erreichen des Gleichgewichts dauert, mit dem Fall bei 1 L.
Das Modell
Annahmen
- Das Gas ist ideal und gut durchmischt und wird während jedes Versuchs bei gleichmäßiger, konstanter Temperatur und konstantem Volumen gehalten.
- Die gewählten Lehrparameter sind Kc = 0.006 mol/L bei 298 K, eine Reaktionsenthalpie von 57 kJ/mol und eine Rückreaktionsgeschwindigkeitskonstante von 5 L/(mol s). Sie dienen der Veranschaulichung und sind kein an experimentelle Daten angepasstes Datenset.
- Die Rückreaktionskonstante bleibt fest, und die Vorwärtsreaktionskonstante beträgt kr mal Kc. Die analytische Lösung erhält die NO₂-Äquivalente exakt.
- Jeder Durchlauf beginnt mit 0,10 mol N₂O₄ und der ausgewählten NO₂-Menge. Die Teilchensymbole kennzeichnen die Stoffe und stellen keine exakten Atomstrukturen dar.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum wird das braune Gas in diesem Modell bei steigender Temperatur häufiger?
- Q2Verringert eine Kompression zwangsläufig die endgültige NO₂-Konzentration, oder können sich Stoffmenge und Konzentration unterschiedlich verändern?
- Q3Warum können im Gleichgewicht beide Reaktionsgeschwindigkeiten positiv sein, während die Nettokonzentrationsänderung null beträgt?
- Q4Ein verschlossener Kolben mit braunem Gas wird in Eiswasser gestellt. Was geschieht mit der Farbe und warum?
- Q5Ein Katalysator würde beide Reaktionen gleichermaßen beschleunigen. Würde er die Endkonzentrationen verändern?
Häufig gestellte Fragen
Ändert eine Volumenänderung Kc?
Bei konstanter Temperatur nicht. Eine Volumenänderung verändert die Konzentrationen und verschiebt dadurch die Gleichgewichtsmengen. Im ausgewählten thermodynamischen Modell ändert sich Kc mit der Temperatur.
Warum entsteht durch das Erhitzen ab dem Zeitpunkt null eine neue Kurve?
Die Kontrollen vergleichen separate Versuche in geschlossenen Systemen mit den ausgewählten Anfangsmengen. Sie simulieren weder eine Temperaturerhöhung noch eine Kompression durch einen Kolben während eines einzigen, durchgehenden Versuchs.
Warum werden N₂O₄ und NO₂ als Beispiel verwendet?
Es ist ein klassischer Unterrichtsversuch, weil NO₂ braun und N₂O₄ nahezu farblos ist. Verschlossene Röhrchen mit dem Gasgemisch werden in heißem Wasser sichtbar dunkler und in Eiswasser heller, wodurch sich Gleichgewichtsverschiebungen leicht beobachten lassen.