Über dieses Experiment
Wähle die Anzahl der Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aus und lasse sie anschließend jeweils in einer Reaktionscharge reagieren. Jede Charge verbraucht zwei Wasserstoffmoleküle und ein Sauerstoffmolekül, wobei zwei Wassermoleküle entstehen. Verbrauchte Moleküle verblassen im Hintergrund, während die Produkte erscheinen. So werden überschüssige Reaktanten und die theoretische Ausbeute sichtbar, ohne verbleibende Teilchen auszublenden.
Lernziele
- Bestimme den limitierenden Reaktanten mithilfe der ausgeglichenen stöchiometrischen Koeffizienten
- Sage die theoretische Produktanzahl und die verbleibenden Reaktanten voraus
- Überprüfe die Erhaltung der Atome statt der Erhaltung der Molekülanzahl
- Erkläre den Unterschied zwischen dem limitierenden Reaktanden und dem Reaktanden im Überschuss.
Anleitung
- 1Sage voraus, welcher Reaktant die Ausbeute begrenzt, bevor du die Reaktion startest, wenn 12 Wasserstoff- und 8 Sauerstoffmoleküle vorhanden sind.
- 2Führe eine Reaktionscharge aus und zähle die Abnahme der einzelnen Reaktanten sowie die Zunahme der Wassermenge.
- 3Lasse alle verfügbaren Chargen reagieren und vergleiche die gebildete Wassermenge mit der theoretischen Ausbeute.
- 4Probiere zunächst die Voreinstellung für das exakte Verhältnis und dann eine ungerade Anzahl Wasserstoffmoleküle, etwa 13. Erkläre, warum Wasserstoff übrig bleibt.
- 5Stelle 6 Wasserstoff- und 10 Sauerstoffmoleküle ein. Sage voraus, wie viel Wasser entsteht und welcher Reaktand übrig bleibt. Lass anschließend alle reagieren, um deine Vorhersage zu überprüfen.
Das Modell
Annahmen
- Teilchenzahlen sind ganzzahlig. Für eine vollständige Reaktionscharge sind genau zwei H₂-Moleküle und ein O₂-Molekül erforderlich.
- Alle verfügbaren vollständigen Reaktionschargen reagieren mit einer Modellausbeute von 100 %. Nebenreaktionen, Gleichgewicht, Aktivierungsenergie und tatsächliche Reaktionsgeschwindigkeiten werden nicht berücksichtigt.
- Die Animationsdauer wurde zu Lehrzwecken festgelegt und stellt keine chemische Reaktionsgeschwindigkeit dar. Die Moleküldarstellungen sind schematisch, einschließlich der Bindungswinkel.
- Das Modell zählt Moleküle und Atome, kein gemessenes Gasvolumen oder die Masse einer Probe. Koeffizienten können unabhängig davon als molare Verhältnisse interpretiert werden.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum kann Sauerstoff übrig bleiben, wenn Wasserstoff der limitierende Reaktand ist?
- Q2Warum beträgt die theoretische Wasserausbeute bei 13 Wasserstoff- und 8 Sauerstoffmolekülen 12 statt 13?
- Q3Wie viele Wasserstoff- und Sauerstoffatome gibt es vor und nach einer vollständigen Reaktionscharge?
- Q4Welcher Reaktand ist in einem Automotor normalerweise im Überschuss: Kraftstoff oder Sauerstoff? Was passiert, wenn es umgekehrt ist?
- Q5Skaliere die Reaktion auf Mol hoch: 4 mol H₂ reagieren mit 3 mol O₂. Wie viele Mol Wasser entstehen, und was bleibt übrig?
Häufig gestellte Fragen
Warum ändert sich die Molekülzahl, obwohl die Materie erhalten bleibt?
Atome werden zu verschiedenen Molekülen umgruppiert. Ein Reaktionsansatz beginnt mit drei Molekülen und endet mit zwei, enthält aber weiterhin vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome.
Was ist der Unterschied zwischen theoretischer und tatsächlicher Ausbeute?
Die theoretische Ausbeute ist die durch die bereitgestellten Reaktanten und die ausgeglichene Reaktionsgleichung maximal mögliche Ausbeute. Die tatsächlich gemessene Ausbeute kann geringer sein. Dieses Modell geht davon aus, dass jede mögliche vollständige Reaktion erfolgreich abläuft.
Ist der Reaktand mit weniger Molekülen immer der limitierende?
Nein. Du musst die Mengen mit den Koeffizienten in der ausgeglichenen Gleichung vergleichen. Hier geht der Wasserstoff immer zuerst aus, wenn es weniger als doppelt so viele Wasserstoffmoleküle wie Sauerstoffmoleküle gibt, selbst wenn insgesamt mehr Wasserstoffmoleküle vorhanden sind.