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Sprudelnde Reaktionen

GrundschuleChemieStöchiometrie im Verhältnis eins zu eins von Hydrogencarbonat und Essigsäure, vorgegebene Gasbildung und ein ideales Gas in einem Ballon mit linearer Druck-Volumen-Steifigkeit

Bringe den Ballon an, gib das Natron in den Essig und miss das Gas. Entferne den Ballon bei einem neuen Versuch, damit das Gas entweichen kann.

3D

Ziehe den Apparat, um ihn anzupassen. Ziehe den Hintergrund, um ihn zu drehen. Scrolle zum Zoomen.

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Befestigen Sie einen Ballon an einem Gefäß mit Essig, geben Sie Natron hinein und beobachten Sie, wie sich der Gassammler aufbläht. Ändern Sie die Mengen der Reaktionsstoffe, um den limitierenden Reaktionsstoff zu bestimmen, und vergleichen Sie anschließend einen weichen mit einem steifen Ballon. Bei einem Versuch mit offenem Gefäß wird derselbe chemische Prozess der Gasbildung damit verknüpft, dass das Gas entweicht, statt zurückgehalten zu werden.

Lernziele

  • Sagen Sie voraus, welche Menge an Natron oder Essigsäure den limitierenden Faktor darstellt.
  • Setzen Sie die Ballongröße mit der Gasmenge und dem Druck in Beziehung, nicht nur mit der Anzahl der Blasen.
  • Vergleichen Sie zurückgehaltenes Gas mit Gas, das eine offene Grenze passiert.

Anleitung

  1. 1Befestigen Sie den Ballon, geben Sie die vorgegebene Pulvermenge hinein und notieren Sie das endgültige Gasvolumen.
  2. 2Erhöhen Sie die Natronmenge, während die Essigmenge unverändert bleibt, und ermitteln Sie das Plateau der Gasproduktion.
  3. 3Lassen Sie die Mengen der Reaktionsstoffe unverändert, erhöhen Sie die Steifigkeit des Ballons und vergleichen Sie Druck und Volumen.
  4. 4Entfernen Sie den Ballon bei einem neuen Versuch, wiederholen Sie die Reaktion und untersuchen Sie die Masse des entwichenen Gases.

Das Modell

Limitierende Menge im Verhältnis 1:1
Gekoppelte Gleichung für ideales Gas und Ballonnachgiebigkeit

Annahmen

  • Die ideale Reaktionsgleichung lautet NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. Die Dichte des Essigs beträgt 1 g/mL, und seine gewählte Konzentration ist der Massenanteil der Essigsäure.
  • Die Gasbildung nähert sich bei konstanten 298,15 K der Grenzmenge gemäß 1 minus exp(-0.07t). Gelöstes CO₂, das Essigsäuregleichgewicht und Temperaturänderungen bleiben unberücksichtigt.
  • Ein angeschlossener Auffänger hält ideales CO₂ bei einem Absolutdruck von P = 101.325 kPa + K mal Gasvolumen in Litern zurück. Diese positive lineare Steifigkeit ist ein didaktisches Nachgiebigkeitsgesetz und kein reales Materialmodell für Latexballons. Ein abgetrennter Auffänger hält kein Gas zurück.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum nimmt die Ballongröße durch zusätzliches Natron nicht weiter zu?
  2. Q2Warum enthält ein steiferer Ballon bei kleinerem Volumen dieselbe Gasmenge?

Häufig gestellte Fragen

Entspricht das Ballonvolumen dem Volumen des idealen Gases bei Umgebungsdruck?

Nur bei einer ausgewählten Steifigkeit von null. Bei positiver Steifigkeit ist der Gasdruck höher und sein Volumen kleiner.

Warum verliert das offene Gefäß an Masse, der befestigte Ballon jedoch nicht?

Im offenen Fall verlässt das Kohlendioxid das gemessene System. Im geschlossenen Fall bleibt der Auffänger innerhalb der Systemgrenze.