Materialien

3 Messkolben (V= 500 mL), Messzylinder (V= 500 mL), 3 Messzylinder (V= 50 mL), Stoppuhr, ggf. Overheadprojektor

für a): 3 Bechergläser (V=800 mL)

für b): 3 Bechergläser (V= 800 mL), Thermometer, Heizplatte, Plastikschüssel

Chemikalien

Kaliumpermanganat, Oxalsäure, Schwefelsäure (konzentriert)

für b): Eis

Durchführung

Vorbereitung (sollte aus Zeitgründen vor der Stunde vorgenommen werden):

Zunächst werden drei Lösungen mit den aufgelisteten Stoffen angesetzt. Hierzu wird die in Tabelle 1 beschriebene Menge des Stoffes eingewogen und im Messkolben auf 500 mL aufgefüllt. Bei der Schwefelsäure sollten zunächst 100 mL Wasser mit der Säure versetzt werden und erst nach Abkühlen sollte weiteres Wasser hinzugegeben werden.

Tabelle 1: EInwaagen der Stoffe zur Herstellung von 500 mL Lösung

Anmerkung: Wird dieser Versuch, wie hier empfohlen, als Lehrerversuch durchgeführt, so sollte man mindestens zwei Messungen machen, um den SuS einerseits klar zu machen, dass ihre Ergebnisse fehlerbehaftet sind und um zu zeigen, dass man um die Genauigkeit zu erhöhen den Mittelwert aus mehreren Messungen bildet.

Durchführung Teil a)

In drei Bechergläsern werden jeweils 25 mL der Oxalsäure-Lösung mit 50 mL der Schwefelsäurelösung gemischt. Nun wird die Lösung in einem der Bechergläser mit 250 mL destilliertem Wasser verdünnt, eine andere mit 500 mL destilliertem Wasser. Die dritte Lösung behält die Anfangskonzentration bei.

Nun werden je drei Messzylinder mit jeweils 20 mL Kaliumpermanganat-Lösung gefüllt. Die drei Säure-Lösungen werden nun gleichzeitig mit der Kaliumpermanganat-Lösung versetzt und die Zeit bis zur Entfärbung gemessen und dokumentiert. Die Entfärbung wird besonders deutlich, wenn die Bechergläser auf den Overheadprojektor gestellt werden.

Durchführung Teil b)

In 3 Bechergläsern wird ein Gemisch von jeweils 25 mL Oxalsäure-Lösung und 50 mL der Schwefelsäure-Lösung sowie 250 mL destilliertem Wasser hergestellt. Man erwärmt nun ein Becherglas um 20 °C und kühlt ein anderes um 20 °C ab. Das dritte bleibt als Referenzprobe bei Raumtemperatur. Wenn die drei Lösungen die gewünschte Temperatur haben, gibt man wieder gleichzeitig jeweils 20 mL Kaliumpermanganat-Lösung hinzu und stoppt die Zeit bis zur Entfärbung.

Beobachtung

Bei Zugabe der Kaliumpermanganat-Lösung färben sich alle Lösungen lila. Nach einiger Zeit entfärben sich die Lösungen, wofür sie jedoch unterschiedlich lange brauchen.

Tabelle 2: Beobachtungen der Versuchsdurchführung

Deutung

Es findet die folgende Reaktion statt:

2 MnO₄^-_(aq) + 5 C₂O₄^2-_(aq) + 16 H₃O⁺_(aq) → 2 Mn²⁺_(aq) +24 H₂O_(l) + 10 CO_{2 (g)}

Auswertung Teil a)

Je höher die Stoffkonzentration der Edukte ist, desto schneller läuft eine Reaktion ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei diesem Versuch also abhängig von der Konzentration der Ausgangsstoffe. Aus den Werten kann man sehen, dass bei einer Verringerung der Konzentration auf ein Viertel der Ausgangskonzentration der Lösung die Reaktion ungefähr viermal so lange dauert, die Reaktionsgeschwindigkeit also ebenfalls auf ein Viertel der Ausgangsgeschwindigkeit verringert wird. Verringert man die Konzentration auf ein Achtel der Ausgangskonzentration, verringert sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit auf ein Achtel der Ausgangsgeschwindigkeit.

Auswertung Teil b)

Je höher die Temperatur ist, bei der eine Reaktion abläuft, desto schneller läuft die Reaktion ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist also abhängig von der Temperatur. Wenn die Temperatur um20° C erhöht wird, so vervierfacht sich die Reaktionsgeschwindigkeit. Wird die Temperatur um 20° C vermindert, verringert sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Vierfache. Hieraus kann, wenn es gewünscht ist, die RGT-Regel hergeleitet werden. Sollte dies gewünscht sein, sollte die Regel anschließend an weiteren Experimenten erprobt werden.

Entsorgung

Die abreagierten sauren Lösungen neutralisieren und über das Abwasser entsorgen. Die restlichen Lösungen weiterverwenden oder abreagieren lassen und ebenfalls über den Abfluss entsorgen.

Literatur

H. Böhlan, et al., Chemische Schulexperimente Band 3: Allgemeine, physikalische und analytische Chemie- Chemie und Umwelt, Volk und Wissen Verlag, 1. Auflage, 2002, S. 98-99.