das estergleichgewicht - eine möglichkeit der einführung des chemischen gleichgewichts
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Das Estergleichgewicht
-
Eine Möglichkeit der Einführung
des chemischen Gleichgewichts
Wieso das Estergleichgewicht?
• Anknüpfung und gleichzeitige Wiederholung
(10. Klasse NTG und SG)
• „echte Gleichgewichtseinstellung“
• Gleichgewichtseinstellung ist gut im Versuch
durchführbar
• Darstellbarkeit der Konzentrationsänderung/en im
Versuch
Das Estergleichgewicht
Grundsätzliche Überlegungen:
- Von welchem Stoff kann während des Versuchs in
geeigneter Weise die Konzentration verfolgt
werden?
- Welches Edukte bzw. welcher Ester?
- Schüler- oder Lehrerversuch oder nur theoretisch?
Von welchem Stoff kann während des Versuchs in geeigneter Weise die Konzentration verfolgt werden?
Verfolgung der Konzentration der Säure durch:
• Leitfähigkeitsmessung (Lösungsmittel Wasser-
Alkohol-
Gemisch)
• Messung der Säurekonzentration durch Titration
(z.B. Galvani Chemie 12 Seite 120 Versuch 3)
Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?
Essigsäureethylester
→ alle Edukte und Produkte für Schülerhände erlaubt
→ Problem der Dauer bis zur Gleichgewichtseinstellung
bei niederen Temperaturen
→ Für dieses System ist nicht überprüft, dass die
Leitfähigkeit der Säurekonzentration proportional ist
Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?
Ameisensäuremethylester
→ Problematik der Giftigkeit von Methanol
Grundsätzliche Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?
Ameisensäuremethylester
→ Problematik der Giftigkeit von Methanol
→ GG stellt sich bei RT vergleichsweise schnell ein
→ Für dieses System ist überprüft, dass die Leitfähigkeit
der Säurekonzentration proportional ist
Grundsätzlich Überlegungen – welche Edukte bzw. welche Ester?
Ameisensäureethylester
→ alle Edukte & Produkte für Schülerhände
uneingeschränkt erlaubt
→ GG stellt sich bei 45°C vergleichsweise schnell ein
→ Für dieses System ist überprüft, dass die Leitfähigkeit
der Säurekonzentration proportional ist
Versuche
1. Lehrerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim
säurekatalysierten Estergleichgewicht
(Ameisensäuremethylester) als zwei gleichzeitig
laufende Meßreihen
2. Schülerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim
säurekatalysierten Estergleichgewicht am
Beispiel der Ameisensäureethylestersynthese
Experimentelle Schwierigkeiten
• Methanol
• Kenntnis im Umgang mit dem Messwert-
erfassungssystem
• Katalysator:
konz. Schwefelsäure/Natronlauge vs.
Ionenaustauscher
(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-
methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen
• Anleitung: http://www.multimedia-chemieunterricht.uni-
erlangen.de/versuche/v25.shtml
• Eingesetzte Chemikalien:
Estersynthese Esterhydrolyse
1/30 mol Ameisensäure 99%ig → 1,26 ml
1/30 Ameisensäuremethylester→ 2,05 ml
6/30 mol Methanol → 8,11 ml
7/30 Methanol → 9,46 ml
15 ml Wasser 15 ml Wasser
1,5 g saurer Kationenaustauscher 1,5 g saurer Kationenaustaucher
(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen
• Versuchsaufbau:
Schülerversuch: Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten
Estergleichgewicht am Beispiel der Ameisensäureethylestersynthese
Ergebnis:
(1) Gleichgewichtseinstellung beim säurekatalysierten Ameisensäure-methylestergleichgewicht als zwei gleichzeitig laufende Messreihen
Was kann nun aus dem/n gewonnen Diagramm/en abgeleitet werden?
• Säurekonzentration nimmt zuerst kontinuierlich ab,
bleibt dann auf gleichem Niveau (nicht bei 0!) →
keine „vollständige“ Reaktion
• Unabhängig davon ob von den Edukten oder
Produkten ausgegangen wird, die gleiche
Säurekonzentration wird erreicht
→ Ausweitung zu folgendem Diagramm (leider so im Versuch nicht aufzeichenbar, aber prinzipiell aus
den Werten im Diagramm berechenbar )
Was ist mit den anderen an der Reaktion beteiligten Stoffen?
Abhängigkeit der Edukt- und Produktkonzentrationenvon der Zeit z.B. bei der Estersynthese
Definition des GG auf Stoffebene
• Im Gleichgewichtszustand einer reversiblen Reaktion
liegen alle Reaktionsteilnehmer (Edukt/e und
Produkt/e) als Gemisch konstanter Zusammen-
setzung vor.
• Bei gleichen Versuchsbedingungen ist der GG-
Zustand unabhängig davon, ob von der Edukt- oder
Produktseite ausgegangen wird.
Chemisches Gleichgewicht auf Teilchenebene
Durchführung des „Saugheberversuchs“Notation der Wassermenge in beiden Standzylindern und in den Pipetten/Glasrohren → Diagrammerstellung
Volumen Mess-
zylinder
Zylinder 2
Zylinder 1 .
→ Vergleich mit der Estersynthese
Volumen Pipette
Wem oder Was entspricht die Wassermenge in den Pipetten?
→ Wieso ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit in dieser Art
und Weise?
→ Erklärung über die Stoß/Kollisionstheorie (Anknüpfung an Q11)
→ Ausweitung der vorigen Definition des GG-Zustandes
Ausweitung der vorigen Definition des GG-Zustandes
• Der GG-Zustand ist dynamisch, d.h. sowohl Hin- als
auch Rückreaktion laufen ab, und zwar mit dem-
selben Stoffumsatz → es gilt: vhin = vrück
• ABER! Dies ist nicht gleichbedeutend mit
cEdukte = cProdukte!
Ausweitung: Systeme
Problem: Ist die Reaktion von Zink in verd. Salzsäure auch eine
Gleichgewichtsreaktion?
→ Wie muss ein Versuch gestaltet sein, um dies herauszufinden?
Zusammenfassung
Vorteile• „echte Gleichgewichtseinstellung“• Anknüpfung und Wiederholung• Möglichkeit der Versuchsdurchführung
im L- oder S-Versuch → direkte Verfolgung der Konzen- trationsänderung
• Nachvollziehbarkeit• Übertragung / Vergleich mit Saug-
heberversuch zum tieferen Verständnis und zur Veranschau-lichung der Teilchenebene
• Berechnung der Gleichgewichts-konstanten aus den Messdaten ist möglich
Nachteile• Experimentelle Schwierigkeit-
en (Katalysator, Methanol, Messwerterfassungssystem)
• Relativ lange Dauer der GG-Einstellung und v.a. der Versuchsdurchführung
Abbildungsverzeichnis:
• Folie 4 „Estersynthese“: http://www.versuchschemie.de/ptopic,105781.html• Folie 7 aus: http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_ch3oh.htm und
http://de.wikipedia.org/wiki/Methanol• Folie 13: http://www.multimediachemieunterricht.uni-erlangen.de/versuche/v25.shtml• Folie 17: Brückl, Große, Preitschaft, Zehentmaier: elemente chemie 12, Ernst-Klett-Verlag,
Stuttgart 2011, Seite 30, Abbildung B2• Folie 19 und 20: verändert nach: http://w-hoelzel.de/extern/chemie/Basiskurs12-
13/01gleichgewicht/01StechheberversuchDiagramm-gross.jpg• Folie 22 „Offene und geschlossene Systeme“ http://www.seilnacht.com/Lexikon/tnglsyst.gif
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